高中人教版 (2019)2 实验：探究加速度与力、质量的关系导学案及答案

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eq \a\vs4\al(活动一：实例说明加速度与力、质量有关系)
1. 运动状态的变化可以用什么物理量描述？运动状态变化的快慢又可以用什么物理量描述？
2. 初步探究加速度与质量和所受外力的关系．
实验器材：轨道两个，带细线的小车两辆，钩码一盒，沙桶两个，一元硬币若干．
(1)两轨道并排放置，两端对齐，将小车置于水平轨道上，通过细线与沙桶相连，其中一沙桶中放一枚硬币，另一沙桶中放三枚硬币，其他情况完全相同．将两车从同一水平位置并排释放，观察小车的运动情况，并根据现象总结加速度在什么情况下大些？
(2)上述实验中，将两沙桶中均放三枚硬币，并在其中一辆小车上加放两只钩码，其他条件不变，观察小车的运动情况，并根据现象总结加速度又在什么情况下大些？
活动二：设计实验探究加速度与力、质量的关系
1. 小组讨论：探究加速度与力、质量的关系时，需要测量加速度、力和质量，可以通过哪些途径分别测量这些物理量？
2. 阅读教材中的“参考案例一”．
(1)思考：
①如果轨道水平，使小车受牵引时能做匀加速运动，此时小车受到的合力是什么？控制悬吊重物质量不变，改变小车的质量，小车受到的合力会不会变化？
②调节轨道的倾斜度，使小车不受牵引时能做匀速运动(平衡摩擦力)．实验中，若改变小车的质量，小车受到的摩擦力会不会变化？需要重新平衡摩擦力吗？
3. 阅读教材中的“参考案例二”．
(1)说一说：在什么条件下可以根据小车的位移之比得出加速度之比？
(2)想一想：实验中可能会遇到什么问题？
(2)教材强调： 悬吊重物的质量要比小车的质量小很多的情况下细绳的拉力才近似等于悬吊重物的重力，这一点以后可以证明．你认为这两个力实际上哪个大，为什么？
活动三：使用控制变量法来研究加速度与力、质量的关系
1. 研究加速度与力的关系：下表是在物体质量不变的情况下，通过实验得出的加速度随力变化的一组数据：
(1)你能通过这组数据看出加速度和力之间存在什么关系吗？
(2)以加速度a为纵坐标、力F为横坐标建立坐标系，画出a-F图象，根据图象你能得出什么结论？
2. 研究加速度与质量的关系：阅读教材中的“加速度与质量的关系”部分，回答下列问题：
(1)根据a-m图象你能得出加速度和质量有什么关系？根据a-eq \f(1,m) 图象你又能得出加速度和质量之间存在什么关系？哪个图象更容易看出两者的定量关系？
(2)若假设a与m2成反比，你该怎样探究两者的关系？
(3)教材为什么要先假设a与m成反比？若假设不成立，你准备怎么办？
检测反馈
1. 利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列说法中正确的是( )
A. 保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系
B. 保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量之间的关系
C. 先保持小车所受拉力不变，研究加速度与力的关系；再保持小车质量不变，研究加速度与质量的关系；最后归纳出加速度与力、质量的关系
D. 先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系；最后归纳出加速度与力、质量的关系
、
2. 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，需要平衡摩擦力．平衡摩擦力时，应该让小车( )
A. 挂上小盘，拖上纸带，开动打点计时器
B. 不挂小盘，拖上纸带，开动打点计时器
C. 挂上小盘，不拖纸带
D. 不挂小盘，不拖纸带
课题2 实验操作与数据处理
eq \a\vs4\al(活动一：进行实验操作，记录实验数据)
实验器材：小车、砝码、钩码(质量m0＝50 g)、小桶、细线、一端附有定滑轮的斜面轨道、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平．
1. 实验前，先思考以下的注意事项：
(1)打点前小车应________(选填“靠近”或“远离”)打点计时器，释放小车前应先________________．
(2)在平衡摩擦力时，________(选填“要”或“不要”)悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔________，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡．
(3)为使小车所受的拉力F近似等于小桶及内部砝码的重力，改变砝码的质量的过程中，要始终保证小桶和砝码的质量________小车的质量．
2.实验的具体步骤
(1)用________测出小车的质量、小桶的质量.
(2)按下图所示的装置把实验器材安装好(待平衡摩擦力后小车再系绳)．
(3)平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持________________运动为止(表现为纸带上相邻点间距相等)．
(4)将细绳绕过定滑轮系在小车上．
(5)探究加速度与力的关系：
①在小车上加放适量的钩码后，保持小车的________不变；
②在小桶中加放砝码，记录小桶中砝码的质量m2；
③接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，在纸带上做好实验次数标记；
④改变小桶中砝码的质量，按步骤②和③再做5次实验；
⑤在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，记入准备好的表格中．
(6)探究加速度与质量的关系：
①在小桶中放入适量的砝码后，保持小桶中砝码的________不变；
②在小车上加放钩码，记录钩码的数量n；
③接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，在纸带上做好实验次数标记；
④改变小车中钩码的个数，按步骤②和③再做5次实验；
⑤在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中．
(7)整理实验器材，结束实验．
eq \a\vs4\al(活动二：处理实验数据，得出实验结论)
1. 用图象法处理实验数据：
作图时应注意：①顺势连线：若描绘出的点大致在一条直线上，作图时应使所作的直线尽可能多地通过这些点，实在不在直线上的点也要尽可能的对称分布在直线的两侧；②排除偶然误差：但若遇到个别偏离较远的点可舍去．
(1)根据实验数据，分别在甲、乙图中画出小车运动的aF图象和aeq \f(1,M) 图象．
2. 实验中经常会出现下面的几种图象，请分析产生误差的原因．
甲：________________________________________________________________________.
乙：________________________________________________________________________.
丙：________________________________________________________________________.
丁：________________________________________________________________________.F/N
0.152
0.250
0.351
0.490
0.595
0.750
加速度a/(m·s－2)
0.38
0.62
0.92
1.20
1.49
1.90
次数
1
2
3
4
5
6
小桶中砝码的质量m2/kg
拉力F/N
小车加速度a/(m·s－2)
次数
1
2
3
4
5
6
钩码数n
小车质量M/kg
eq \f(1,M)/kg－1
小车加速度a/(m·s－2)