1、2實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系知識內(nèi)容探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系考試屬性必考加試課時要求1.學(xué)會用“控制變量法”研究物理規(guī)律.2.通過實驗測量加速度、力、質(zhì)量，會作出aF、a的圖象，能根據(jù)圖象得出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.3.知道平衡摩擦力的方法，會對實驗誤差做初步分析.一、實驗器材小車、砝碼、小桶、砂、細(xì)線、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點(diǎn)計時器、交流電源、紙帶、刻度尺、天平.二、實驗原理實驗的基本思想控制變量法1.保持研究對象即小車的質(zhì)量不變，改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量，即改變作用力，測出小車的對應(yīng)加速度，驗證加速度是否正比于作用力.2.保持小桶中砂的質(zhì)量不變，即保持作用力不變，改變研究對象即

2、小車的質(zhì)量，測出對應(yīng)不同質(zhì)量的加速度，驗證加速度是否反比于質(zhì)量.3.要測的是：(1)小車與砝碼的總質(zhì)量M.(2)小車受的拉力F(小桶和桶內(nèi)砂的總重力).(3)小車的加速度.三、實驗步驟1.用天平測出小車的質(zhì)量M，并把數(shù)值記錄下來.2.按圖1所示的裝置把實驗器材安裝好.圖13.平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，多次移動木塊位置，直到輕推小車，使小車在斜面上運(yùn)動時可保持勻速直線運(yùn)動為止.4.在小桶里放入適量的砂，用細(xì)線繞過定滑輪系在小車上，在小車上加放適量的砝碼，用天平測出小桶和砂的質(zhì)量m，并記錄下來.先接通電源，再放開小車，待打點(diǎn)計時器在紙帶上打好點(diǎn)后取下紙帶.5.保持小車的質(zhì)量

3、不變，改變砂和小桶的質(zhì)量，按步驟4再做5次實驗.6.在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，算出每條紙帶對應(yīng)的加速度的值并記錄在表格的相應(yīng)位置.次數(shù)123456小車的加速度a/(m·s2)砂和小桶的質(zhì)量m/kg拉力F/N7.用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示作用力，根據(jù)實驗結(jié)果畫出小車運(yùn)動的aF圖象，從而得出a、F之間的關(guān)系.8.保持砂和小桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，重復(fù)上面的實驗，求出相應(yīng)的加速度，并設(shè)計表格如下.根據(jù)實驗結(jié)果畫出小車運(yùn)動的a圖象，從而得出a、M之間的關(guān)系.次數(shù)123456小車的加速度a/(m·s2)小車質(zhì)量M/kg/kg19.整理實驗器材，結(jié)束實驗.四、注意

4、事項1.實驗中應(yīng)先接通電源后釋放小車.2.在平衡摩擦力時，不要懸掛小桶，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源.用手輕輕地給小車一個初速度，如果在紙帶上打出的點(diǎn)間隔均勻，表明小車受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡.3.改變砂的質(zhì)量過程中，要始終保證砂桶(包括砂)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量.4.作圖時應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)也要盡可能地分布在直線的兩側(cè)，但若遇到個別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去.一、實驗方案的設(shè)計及數(shù)據(jù)處理例1在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，某次實驗測得如下數(shù)據(jù)：當(dāng)M一定時，a與F的關(guān)系如表一所示；當(dāng)F一定時，a與的關(guān)系如表二所示.表一F/N1.002.003.00

5、4.00a/(m·s2)1.903.955.857.62表二/kg10.520.670.801.00a/(m·s2)1.532.102.493.10(1)在如圖2所示的相應(yīng)坐標(biāo)系中，根據(jù)表一、表二所給數(shù)據(jù)作出圖象.圖2(2)在研究a與M的關(guān)系時，作了a圖象，而沒作aM圖象，那么作a圖象有何優(yōu)點(diǎn)？答案(1)作出圖象如圖所示(2)aM圖象是曲線，難以找出規(guī)律；a圖象是直線，容易找出規(guī)律.1.三個物理量的測量方法近似法本實驗的研究對象：放在長木板上的小車.(裝置如圖3所示).圖3(1)小車質(zhì)量的測量利用天平測出，在小車上增減砝碼可改變小車的質(zhì)量.(2)拉力的測量當(dāng)小桶和砂的質(zhì)量遠(yuǎn)

6、小于小車的質(zhì)量時，可以認(rèn)為小桶和砂的重力近似等于對小車的拉力，即Fmg.(3)加速度的測量：逐差法.2.實驗數(shù)據(jù)的處理方法圖象法、“化曲為直”法(1) 研究加速度a和力F的關(guān)系以加速度a為縱坐標(biāo)，力F為橫坐標(biāo)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)描點(diǎn)，然后作出圖象，如圖4所示，若圖象是一條通過原點(diǎn)的直線，就能說明a與F成正比.圖4(2)研究加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系如圖5甲所示，因為aM圖象是曲線，檢查aM圖象是不是雙曲線，就能判斷它們之間是不是反比例關(guān)系，但檢查這條曲線是不是雙曲線，相當(dāng)困難.若a和M成反比，則a與必成正比.我們采取“化曲為直”的方法，以a為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)，作出a圖象，若a圖象是一條直線，如圖乙所示，

7、說明a與成正比，即a與M成反比.圖5二、實驗注意事項及誤差分析例2某實驗小組利用圖6所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.圖6(1)下列做法正確的是_(填字母代號).A.調(diào)節(jié)滑輪的高度，使?fàn)恳緣K的細(xì)繩與長木板保持平行B.在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動摩擦力時，將裝有砝碼的砝碼桶通過定滑輪拴在木塊上C.實驗時，先放開木塊再接通打點(diǎn)計時器的電源D.通過增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時，不需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度(2)圖7是甲、乙兩同學(xué)根據(jù)實驗數(shù)據(jù)畫出的圖象.圖7形成圖線甲的原因是_.形成圖線乙的原因是_.答案(1)AD(2)長木板傾角過大未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠解析(1)實驗中細(xì)繩要與長木板保持

8、平行，A項正確；平衡摩擦力時不能將裝有砝碼的砝碼桶通過細(xì)繩繞過滑輪拴在木塊上，這樣無法平衡摩擦力，B項錯誤；實驗時應(yīng)先接通打點(diǎn)計時器的電源再放開木塊，C項錯誤；平衡摩擦力后，改變木塊上的砝碼的質(zhì)量后不需要再重新平衡摩擦力，D項正確.(2)圖線甲中F0時，木塊就有了加速度，可見是長木板傾角過大.圖線乙中，有了拉力時，加速度仍為0，說明未平衡摩擦力或平衡摩擦力不夠.三、對實驗方法的探究例3兩個相同的小車并排放在光滑水平桌面上，小車前端系上細(xì)線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤里分別放有不同質(zhì)量的砝碼(圖8甲).小車所受的水平拉力F的大小可以認(rèn)為等于砝碼(包括砝碼盤)所受的重力大小.小車后端也系

9、有細(xì)線，用一只夾子夾住兩根細(xì)線(圖乙)，控制兩輛小車同時開始運(yùn)動和結(jié)束運(yùn)動.圖8由于兩個小車初速度都是零，運(yùn)動時間又相同，因為x，即xa，所以只要測出兩小車位移x之比就等于測出它們的加速度a之比.實驗結(jié)果是：當(dāng)兩小車質(zhì)量相同時，_；當(dāng)拉力F相等時，_.實驗中用砝碼(包括砝碼盤)所受的重力Gmg的大小作為小車所受拉力F的大小，這樣做會引起實驗誤差，為了減小這個誤差，G與小車所受重力Mg之間需要滿足的關(guān)系是：_.答案加速度與拉力成正比加速度與質(zhì)量成反比GMg解析實驗過程中，當(dāng)兩小車質(zhì)量相同時，砝碼(包括砝碼盤)重力越大，相同時間內(nèi)位移越大，則加速度越大，進(jìn)行實驗時會發(fā)現(xiàn)，加速度與所受拉力成正比；若

10、砝碼重力不變，即拉力不變時，質(zhì)量越大的小車，相同時間內(nèi)位移越小，即加速度越小，進(jìn)行測量分析知，加速度與質(zhì)量成反比.如果砝碼(包括砝碼盤)的重力G遠(yuǎn)小于小車的重力Mg時，G近似等于拉力F.1.控制變量法：當(dāng)研究多個物理量的變化規(guī)律時，為了簡便，可設(shè)計保持其他物理量不變，只研究剩余兩個變化物理量的關(guān)系，這種方法叫做控制變量法.兩個相同的小車放在光滑水平面上，前端各系一條細(xì)繩，繩的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中各放數(shù)目不等的砝碼，就可以驗證質(zhì)量一定的條件下，加速度與力的關(guān)系.2.對比實驗法：對比實驗法在物理實驗中經(jīng)常用到.兩小車后端各系一條細(xì)繩，一起被一個夾子夾著而使小車靜止(如圖9所示).打開

11、夾子，兩小車同時開始運(yùn)動，關(guān)上夾子，兩小車同時停下來.用刻度尺測出兩小車通過的位移，位移之比就等于它們的加速度之比.圖9(2015·溫州平陽期中)用如圖10所示裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗.實驗中小車及砝碼的總質(zhì)量為m1，鉤碼質(zhì)量為m2，并用鉤碼所受的重力作為小車受到的合力，用紙帶測出小車運(yùn)動的加速度.圖10(1)下列說法正確的是_.A.每次改變小車質(zhì)量時，應(yīng)重新平衡摩擦力B.實驗時應(yīng)先釋放小車后接通電源C.本實驗中m1應(yīng)遠(yuǎn)大于m2D.在用圖象探究加速度與質(zhì)量關(guān)系時，應(yīng)作a圖象(2)平衡摩擦力的方法是_.(3)如圖11，某同學(xué)得到以下兩個實驗圖線a、b，其中描述加速度與

12、力的關(guān)系圖線的是_.圖11答案(1)CD(2)將木板沒有定滑輪的一端墊高(3)a解析(1)假設(shè)木板傾角為，則有：Ffmgsin mgcos ，m約掉了，故不需要重新平衡摩擦力，故A錯誤；實驗時應(yīng)先接通電源后釋放小車，故B錯誤；讓小車及砝碼的總質(zhì)量m1遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量m2，因為：實際上繩子的拉力Fm1am2g，故應(yīng)該是m2m1，而當(dāng)m2不再遠(yuǎn)小于m1時a，隨m2的增大小車的加速度逐漸增大且無限趨近于g，故C正確；Fm1a，所以：aF，當(dāng)F一定時，a與成正比，故D正確.(2)平衡摩擦力只需將木板沒有定滑輪的一端墊高，用重力的分力來平衡摩擦力即可.(3)由Fma可得，加速度與力成正比，故圖象應(yīng)為a.

13、課時作業(yè)一、單選題1.利用如圖1所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，下列說法中正確的是()圖1A.保持小車所受拉力不變，只改變小車的質(zhì)量，就可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系B.保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力，就可以探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系C.先保持小車所受拉力不變，研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系D.先保持小車質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系；再保持小車受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系答案D解析該實驗采用的是控制變量法，即保持一個量不變，研究其他兩個量之間的關(guān)系.在探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系

14、時，應(yīng)保持拉力的大小不變，在探究加速度與力的關(guān)系時，應(yīng)保持質(zhì)量不變，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，A、B、C錯誤，D正確.2.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，為了消除打點(diǎn)計時器和木板對小車阻力的影響，關(guān)于該操作環(huán)節(jié)，下列四種裝置圖中正確的是()答案B解析依靠重力來平衡阻力，同時阻力包含紙帶與打點(diǎn)計時器之間的摩擦力，故操作為：需要連上紙帶，但是不能掛重物，把打點(diǎn)計時器所在的一端墊高.故B正確，A、C、D錯誤.二、非選擇題3.(2015·浙江重點(diǎn)中學(xué)期末)物理學(xué)的科學(xué)研究方法較多，請將研究的對象與所采用的方法進(jìn)行正確配對，填在相應(yīng)的橫線上.(填A(yù)、B、C、D)伽利略理想實驗探

15、究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系研究共點(diǎn)力的合成部分研究方法：A.比值定義法B.科學(xué)的類比推理法C.控制變量法D.等效替代法問：對應(yīng)_，對應(yīng)_，對應(yīng)_.答案BCD解析伽利略理想實驗，是通過推論和將理想斜面實驗進(jìn)行外推得出的.在探究加速度與力、質(zhì)量三者關(guān)系的實驗中，應(yīng)用了控制變量法.研究共點(diǎn)力的合成的實驗中，要求兩次拉橡皮筋到同一點(diǎn)，因此采用的是“等效替代法”.4.(2015·溫州市期末)如圖2所示是某同學(xué)“研究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時已接通電源正要釋放紙帶時的情況，請你指出該同學(xué)在實驗操作過程中的三個不正確的地方.圖2(1)_；(2)_；(3)_.答案(1)打點(diǎn)計時器不應(yīng)使用干電池(

16、2)調(diào)整滑輪使拉線水平(3)沒有平衡摩擦力解析(1)該實驗中電磁打點(diǎn)計時器是使用46 V的交流電源，電火花計時器是使用220 V的交流電源；不是直流電源.(2)應(yīng)該調(diào)整滑輪使拉線水平.(3)在本實驗中我們認(rèn)為繩子的拉力等于小車所受的合外力，故在實驗前首先要平衡摩擦力.5.(2016·杭州期末)在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗時，采用如圖3所示的實驗裝置，讓重物通過輕繩拖動小車在長木板上做勻加速直線運(yùn)動.其中小車質(zhì)量用M表示，重物質(zhì)量用m表示，加速度用a表示.圖3(1)實驗時需要將長木板的一端墊起適當(dāng)?shù)母叨?，這樣做是為了消除_的影響，使小車所受合外力F等于繩對小車的拉力.(2)

17、實驗中由于繩對小車的拉力_(選填“大于”“等于”或“小于”)重物所受的重力，會給實驗帶來系統(tǒng)誤差.為減小此誤差，實驗中要對小車質(zhì)量M和重物質(zhì)量m進(jìn)行選取，以下四組數(shù)據(jù)中最合理的一組是_.(填寫相應(yīng)序號)M200 g，m40 g、60 g、80 g、100 g、120 g、140 gM200 g，m30 g、35 g、40 g、45 g、50 g、55 gM400 g，m20 g、40 g、60 g、80 g、100 g、120 gM400 g，m10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g(3)實驗中某同學(xué)先保持重物質(zhì)量m不變，改變小車質(zhì)量M，測出了相應(yīng)的加速度a.為便于得到a與

18、M的關(guān)系，他采用圖象法處理數(shù)據(jù)，你建議他作a與_的圖象.答案(1)木板對小車的摩擦力(2)小于(3)解析(1)為了消除小車所受摩擦力對實驗的影響，在實驗中需將長木板一端適當(dāng)墊高.(2)重物與小車一起加速運(yùn)動，因此重物對小車的拉力小于重物的重力，只有mM時才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于重物的重力，因此符合要求.(3)因a圖象是一條過原點(diǎn)的直線，容易判斷，故應(yīng)作a與的圖象.6.“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置如圖4甲所示.圖4(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖乙所示.計時器打點(diǎn)的時間間隔為0.02 s，從比較清晰的點(diǎn)起，每5個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn)，測量并標(biāo)出相鄰計數(shù)點(diǎn)之間的距離.該小車的加速度a_ m/s2.(2)平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上.掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度.小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力F的實驗數(shù)據(jù)如下表：砝碼盤中砝碼總重力F/N0.1960.