第2节 实验 探究加速度与力、质量的关系
2019-2020年人教版高中物理必修1 第4章第2节 实验 探究加速度与力、质量的关系(教案)
2019-2020年人教版高中物理必修1 第4章第2节实验探究加速度与力、质量的关系（教案）【知识与技能】1、理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关。
2、通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。
【过程与方法】1、使学生掌握在研究三个物理量之间关系时，用控制变量法实现。
2、指导学生根据原理去设计实验。
3、帮助学生会分析数据表格，利用图象寻求物理规律。
【情感态度与价值观】1、通过实验探究激发学生的创新精神。
2、使学生体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
【教学过程】【实验目的】1．学会用控制变量法研究物理规律。
2．验证牛顿第二定律。
3．掌握利用图象处理数据的方法。
【实验原理】探究加速度a与力F及质量M的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量M不变，探究加速度a与力F的关系；再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，探究加速度a与小车质量M的关系。
【实验器材】打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码、薄木块。
【实验步骤】1．称量质量：用天平测小盘的质量m0和小车的质量M0。
2．安装器材：按照实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即无小车牵引力)。
3．平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动薄木块的位置，直至小车在不挂小盘和砝码的情况下能沿木板做匀速直线运动为止。
4．测量加速度：(1)保持小车的质量不变：把小车靠近打点计时器，挂上小盘和砝码，先接通电源，再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带。
计算小盘和砝码的重力，即为小车所受的合力，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表(一)中。
改变小盘内砝码的个数，并多做几次。
(2)保持小盘内的砝码个数不变：在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。
计算砝码和小车的总质量M，并由纸带计算出小车对应的加速度，并将所对应的质量和加速度填入表(二)中。
第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系
[微点拨] 实验操作的注意事项 (1)两个重要条件：①平衡摩擦力；②使 m≪M。
(2)连接装置时： ①打点计时器要固定在长木板远离滑轮的一端。 ②调节定滑轮，使拉小车的细绳与长木板平行。 ③实验时要将小车靠近打点计时器，先接通电源后释放小车。
[对点训练]
1．用如图所示装置做“探究加速度与力、质量
的关系”的实验，在平衡摩擦力的过程中，
下列操作正确的是
()
A．移动木块，使挂砂桶的小车在斜面上匀
速运动
B．移动木块，使不挂砂桶的小车在斜面上匀速运动
C．移动木块，使挂砂桶的小车在斜面上静止
D．移动木块，使不挂砂桶的小车在斜面上静止
解析：在平衡摩擦力时不应挂砂桶，但是要连纸带，调节斜面的倾 角，即移动木块，给小车一个初速度，使小车做匀速直线运动即可， 故选项 B 正确，A、C、D 错误。 答案：B
E．保持槽码的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增 加后的 M 值，重复上述实验
F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值 G．作 a-M 关系图像，并由图像确定 a 与 M 的关系 (1)请改正实验装置图中的错误。 ①电磁打点计时器位置________________； ②小车位置__________________________； ③滑轮位置__________________________。
[解题指导] 解答本题时可按以下思路分析：
[解析] (1)用逐差法计算加速度，由纸带上的数据可知：x1＝6.19 cm，x2＝6.70 cm，x3＝7.21 cm，x4＝7.72 cm。电火花打点计时器的打 点周期为 T＝0.02 s，故加速度 a＝x4＋4x×3－2xT2－2 x1＝3.2 m/s2。
高中物理第2节《实验探究加速度与力、质量的关系》参考课件1
预习导学
一、电磁振荡
1．振荡电流的产生 电磁振荡
(1)振荡电流和振荡电路
①振荡电流：大方向小和 性迅速变化的电流．
都随时间做周期
②振荡电路：能够振荡产电生流
路电容．器由C
和线圈L的电组成的电路是最简单的振荡电
路，称为LC振荡电路．
预习导学
(2)电磁振荡的过程
放电过程：由于电感线圈对交变电流的阻碍
起变化的电场……于是，变化的电场和变化
探究加速度与力、质 量的关系
力是产生加速度的原因 有外力作用 → 物体运动状态改变 →
速度改变 → 有加速度产生
力越大
运动状态改变越大
加速度越大
质量是物体惯性大小的量度
物体质量越大 → 运动状态越难改变 → 相同外力作用下，速度变化越慢 → 加速度
越小
物体质量一定时，受力越大， 加速度越大．
物体受力一定时，它的质量越大， 加速度越小．
4.有什么方法可以进一步减少摩擦呢？
三.进行实验探究
m一定， 研究a与F的关系．
指导学生分组实验，把小车在不同拉力下的加 速度填在设计好的表格中。
(参考表格)
第一次
第二次
小 小车 拉力F 小车 拉力F 小车
车 编 号
质量 m/kg
（砝码＋ 盘
质量／kg）
位移 s／ m
（砝码＋ 盘
质量／kg）
位移 s／m
磁场能 ，磁场能电逐场能渐
转化为电场能．充电完毕，电流减小为零，
全部转化为
. 此后电容器再放电，再充
预习导学
(3)电磁振荡 电容器不断地充电和放电，电周路期中性就出现了
变化的振荡电流，这种现象叫做电磁振荡．
4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系(PXH)
（2）打点计时器应使用低压交流电源
1．关于“探究加速度与力、质量的关系”的实验，下列说法
D 正确的是( )
A．通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加 速度、力、质量三者之间的关系
B．通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳 出加速度、力、质量三者之间的关系
思考： 如何使小车所 受的合力等于 拉力？
（一）平衡摩擦力： 把木板的一侧垫高，利用小车重力的下滑分力来平衡
打点计时器对小车的阻力及其他阻力。 调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿
木板匀速运动。
（二）测量小车所受的合力： 平衡摩擦力后，当小车受拉力时，则小车所受合力即为拉力。
测出盘和重物的总重量，它近似等于小车运动时所受的拉力。
C．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加 速度、力、质量三者之间的关系
④每次小车开始释放时，应尽量靠 近打点计时器，而且先接通电源， 再释放小车。
⑤若没平衡摩擦力或平衡不足（倾角过小）， 则a-F图象不过原点，与F轴相交；
若平衡过度（倾角过大），则a-F图象与 a轴相交。
实验器材
小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、薄木块 、打点计时器、低压交流电源、导线、纸带、复写纸、天平、 刻度尺。
m一定，F越大，a越大；
②物体的受力一定时，它的质量越小，加速度也越大；
F一定，m越小，a越大。
这只是定性关系！
物体的加速度a与它所受到的合外力F、 它的质量m有什么的定量关系？
【思考】用什么科学方法来探究它们的关系？
研究方法： （控制变量法）
保持m不变，研究a 与F的关系; 保持F不变，研究a与m的关系。
第三章 第2节 探究加速度与力、质量的关系
实验探究
数据处理
1 数据采集
在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一 牵引力 F = N 般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位 －2 小车质量 m = ( M+m )/K g 加速度 a / m· s 次数 i 移，计算打每条纸带的加速度 ai ( i = 1、2、……)，并 1 记录在表格中 2 3 4 5
注意：只有当盘和砝码的质量要比小车的质量 小得多时，小车所受拉力才近似等于盘和砝码 的总重力。
实 实 验 方 案
质量保 持不变
实验视频
合外力 保持不 变
探 究 保持 质量不变，探究 F 与 a 的关系 加 速 小车质量M= 300 g,小车上砝码质量m=0 g,小盘质量M’=10 g 度 小车1 小车2 与 次 盘中砝码质(M’+m’1)/g (表 位移 盘中砝码 (M’+m’2)/g (表 位移 力 数 量m’1/g 示F1大小) x1/cm 质量m’2/g 示F2大小) x2/cm 20 的 1 关 2 30 系 3 50 40
实验探究
数据处理
1 数据采集
在上述实验的每条纸带上都选取一段比较理想（一 小车质量 M = kg 般舍头去尾）的部分，选择计数点，测量相应的位 次数 牵引力 F/N F = (m+mi )g 加速度 a /（m/s2） 移，计算打每条纸带的加速度 ai ( i = 1、2、……)，并 1 记录在表格中 2 3 4 5
第三章 牛顿运动定律 第2节 探究加速度与力、质量的关系
玉林中学 万军
复习思考
牛顿第一定律 从牛顿第一定律你能做出那些思考？ 力是产生加速度的原因 物体运动状态改变的原因是什么
运动状态变化
表现为 迫使 产生
第二节 探究加速度与力、质量的关系教案
第四章运动和力的关系第二节探究加速度与力、质量的关系一、教学目标1.知识与技能：理解并掌握牛顿第二定律的基本内容，即加速度与力、质量之间的关系。
学会通过实验方法探究加速度、力、质量三者之间的定量关系。
能够运用控制变量法设计实验，并准确记录和分析实验数据。
2.过程与方法：通过实验操作和数据分析，培养学生的动手能力和科学探究精神。
引导学生运用逻辑推理和数学方法处理实验数据，得出科学结论。
3.情感态度与价值观：激发学生对物理学的兴趣和好奇心，培养严谨的科学态度。
培养学生团队合作和沟通交流的能力，增强团队协作精神。
二、教学重难点1.教学重点：牛顿第二定律的内容及其理解。
通过实验探究加速度与力、质量之间的关系。
2.教学难点：实验设计的合理性，确保控制变量的准确性。
数据处理和分析，正确得出加速度、力、质量之间的定量关系。
三、教学方法实验探究法：通过设计实验，让学生亲手操作，探究加速度与力、质量之间的关系。
讨论交流法：引导学生分组讨论实验设计、数据记录和分析方法，培养团队合作和沟通能力。
归纳总结法：通过实验数据和逻辑推理，归纳总结出牛顿第二定律。
四、教学用具实验器材：小车、打点计时器、纸带、刻度尺、砝码、弹簧秤、斜面等。
多媒体设备：用于展示实验步骤、数据记录表格和实验结果。
五、教学过程1.导入新课：通过回顾牛顿第一定律，引出物体运动状态改变需要力的作用，进而提出加速度与力、质量之间可能存在的关系。
2.讲授新课：介绍牛顿第二定律的基本内容，即F=ma，其中F为物体受到的合力，m为物体的质量，a为物体的加速度。
讲解控制变量法的原理及其在物理实验中的应用。
3.实验设计：引导学生分组讨论实验设计，确定实验步骤和注意事项。
强调控制变量法在实验中的应用，即分别探究加速度与质量、加速度与力的关系时，需要保持另一个变量不变。
4.实验操作：学生分组进行实验，记录实验数据。
教师巡回指导，确保实验操作的正确性和安全性。
5.数据分析：学生根据实验数据，运用数学方法（如比例法、图像法等）分析加速度与力、质量之间的关系。
新教材高中物理第4章第2节实验探究加速度与力质量的关系课件新人教版
(2)丙同学提出，不需测出两小车加速度的数值，只量出两条纸 带上从第一个打印点到最后一个打印点间的距离 x1、x2，也能 完成实验探究，若 x1∶x2 近似等于________，也可说明质量一 定的情况下，物体的加速度与力成正比，理由是_____________．
[解析] (1)每隔 4 个打印点选取一个计数点，计数点间的时间
3．平衡摩擦力：把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移 动其位置，使小车在不挂小盘和砝码的情况下，能沿木板做匀 速直线运动(纸带上相邻点的间距相等)．
4．测 a、F (1)把小车停在打点计时器处，挂上小盘和砝码，先接通电源， 再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑，打出一条纸带，纸带 记录了小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码及此时 所挂小盘和砝码的总重力 m1g. (2)保持小车的质量不变，改变小盘中砝码的质量，重复步骤(1)， 多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂小盘和砝码的 总重力 m2g，m3g，…
车 B 受到拉力的12，两车的质量 m 相等，两车的加速度之比：aa12
＝FFmAB＝FFAB＝12FFBB＝12； m
(2)两小车都做初速度为零的匀加速直线运动，它们的运动时间 t 相等，它们的位移之比：xx21＝1212aa12tt22＝aa21＝12，如果xx21＝12也可以 说明质量一定的情况下，物体的加速度与其质量成正比．
[解析] (1)在连续相等的时间间隔内，从纸带上可得到四段位 移的大小，可以选用公式法计算加速度． 由题图乙可知 x1＝6.19 cm，x2＝6.70 cm，x3＝7.21 cm，x4＝ 7.72 cm， 电火花计时器的打点周期 T＝1f ＝0.02 s， a＝（x4＋x3（）4－T）（2x2＋x1）＝ （7.72＋7（.214）×－0.0（2）6.720＋6.19）×10－2 m/s2≈3.2 m/s2.
第四章运动和力的关系-第2节实验：探究加速度与力、质量的关系
2x
度。
高中物理 必修第一册
第四章 运动和力的关系
当堂检测
1.如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置。
（1）下图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是
A
（2）关于本实验，下列做法正确的是
B
C
B
（选填字母）。
C
。
A.在用打点计时器打纸带时，应该先放开小车，再接通打点计时器的电源
B.在探究加速度与质量的关系时，应改变拉力F的大小
A
（3）实验中，沙和沙桶的总重力
B
C
。
C
大于
D
（选填“大于”“小于”或“等于”）绳子对小车的拉力，为了让沙和沙桶的总
重力大小更接近绳子对小车的拉力，应让沙和沙桶的总质量
远小于
（选填“远大于”或“远小于”）小车的质量。
（4）若（2）中四个图像中的图线（包括B、C中的直线部分）的斜率都为k，k可能与什么有关？
小车质量
。
高中物理 必修第一册
第四章 运动和力的关系
4.［多选］如图是探究加速度与力、质量关系的实验方案之一，通过位移的
测量来代替加速度的测量，即1 = 1，用这种替代操作的要求是（ BC ）
2
2
A.实验前必须先平衡摩擦力
B.必须保证两小车的运动时间相等
C.两小车都必须从静止开始做匀加速直线运动
砝码来改变小车所受到的合力。砝码质量 m 和小车总质量 M 分别选取下列四组值：
A. M=500 g，m分别为50 g 、70 g 、100 g、125 g
B. M=500 g，m分别为20 g、30 g 、40 g 、50 g
C. M=200 g，m分别为50 g 、70 g 、100 g 、125 g
实验：探究加速度与力、质量的关系
实验：探究加速度与力、质量的关系【教材分析】本节选自人教版高中物理教材第四章第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》，牛顿第二定律是动力学的核心规律，是本章重点和中心内容，而探究加速度与力和质量的关系是学习下一节的重要铺垫。
教材中实验的基本思路是采用控制变量法。
本实验要测量的物理量有质量、加速度和外力。
测量质量用天平，需要研究的是怎样测量加速度和外力。
（1）测量加速度的方案：①方法1：小车做初速度为0的匀加速直线运动，直接测量小车移动的位移x和发生这段位移所用的时间t，a=2x/t2计算出加速度a。
②方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。
③方法3：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，那么由a=2x/t2可知，它们的位移之比就等于加速度之比。
（2）提供并且测量物体所受的外力的方案：由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力。
但测力有一定困难，还需平衡摩擦，教材的参考案例提供的外力比较容易测量。
【教学目标与核心素养】一、教学目标1．学会通过实验探究物体加速度与力、质量的关系2．在实验中掌握打点计时器的用法3．对自己的实验结果进行归纳分析二、核心素养物理观念：在处理实验问题时建立采用控制变量的方法对a、F、m三个物理量间的数量关系进行定量研究和根据实验数据，归纳、推理实验结论定量分析的物理观念。
科学思维：理解实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性科学探究：经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验如何平衡摩擦阻力、减少系统误差的操作方法。
科学态度与责任：通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学之间的关系。
3．实验思路将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。
小车可以在槽码的牵引下运动。
出示图片（1）加速度与力的关系保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度，分析加速度与力的关系。
实验：探究加速度与力、质量的关系(解析版)-2023-2024学年高一物理(人教版必修第一册)
第2节实验：探究加速度与力、质量的关系姓名：___________班级：__________1.基础练1(2023春·江苏盐城·高一校考阶段练习)用如图所示的装置做“探究加速度与质量的关系”实验()A.平衡摩擦力时，不应将装砝码的砝码盘用细绳通过定滑轮系在小车上B.每次改变小车的质量时，都需要重新平衡摩擦力C.实验时，先放开小车，再接通打点计时器电源D.小车运动的加速度可由牛顿第二定律直接求出【答案】A【详解】A．平衡摩擦力时，不应将盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上，故A正确；B．在实验前平衡一次摩擦力即可，每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，故B错误；C．实验时，先接通打点计时器电源，后放开小车，故C错误；D．小车的加速度应该根据打点计时器打出的纸带应用匀变速运动规律求出，加速度不能直接用公式求出，故D错误。
故选A。
2(2023秋·天津河西·高一天津市新华中学校考期末)在“探究物体的加速度与物体所受外力、物体质量间的关系”的实验中，采用如图所示的实验装置。
小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示()A.补偿阻力时，应将盘用细绳通过定滑轮系在小车上，且每次改变小车的质量时，都要重新平衡摩擦力B.甲图上端弯曲的原因是盘及盘中砝码的质量m太大，已经不满足m≪MC.乙图不过原点的原因是补偿阻力过度D.实验时，若拉力可以用力学传感器直接测量，则也需满足条件m≪M【答案】B【详解】A．平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动；每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，故A错误；B ．只有当m ≪M 时，小车所受的拉力才可以认为等于盘和砝码的总重力。
图甲中a -F 图像发生弯曲，这是由于没有保证小车及车中砝码的总质量远大于盘及盘中砝码的总质量造成的，故B 正确；C ．图乙中直线没过原点，当F ≠0时，a =0，也就是说当绳子上有拉力时小车的加速度还为0，说明该组同学实验操作中没有平衡摩擦力或平衡摩擦力时木板倾角过小，故C 错误；D ．实验时，若拉力可以用力学传感器直接测量，则不需满足条件m ≪M ，故D 错误。
第二节实验：探究加速度与力、质量的关系)
(2) 在上述步骤中，有错误的是 D ，应把 6 V的蓄电池 改 为 6 V以下交流电压的学生电源 。 (3) 在上述步骤中，处理不恰当的是 G ，应把 a－M 改 为 a－1/M 。
数据处理的考查 例 2. 某实验小组的同学在“探究加速度与物体的质量以及 外力的关系”的实验中，当物体的质量一定时，分别根据实 验数据画出了不同的实验图象，如图所示。则下列说法中正
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
F一定时，a ∝ 1/m
实验步骤的考查
例1. 在用如图所示的装置研究作用力 F 一定时，小车的加速度 a与小车质量 M 的关系时，某位同学设计的实验步骤如下：
A. 用天平称出小车和小桶及内部所装砂子 的质量 B. 按图装好实验器材 C. 把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶 D. 将电磁打点计时器接在 6 V电压的蓄电池上，接通电源，放
方案二：以小车、一端带有定滑轮的长木板 、细线、砝码、刻度尺、天平、夹子为实验 器材，研究小车的运动，利用两小车位移之 比就等于加速度之比来研究加速度与力和质 量的关系。
m
1. 探究加速度与合 力的关系
a/m·s -2 0.75 0.60 0.45 0.30 0.15
次数 F/N a/m ·s -2
答案：a1/ a2 = x1/x2
七、【误差来源】
1．测量误差： （1）质量的测量． （2）打点间隔距离的测量．
2．操作误差： （1）拉线或纸带不与木板平行． （2）倾斜角度不当，平衡摩擦力不准．
3．原理误差： 本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受
到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘 和砝码的总重力)，存在系统误差.
——参考方案二：
小结
人教版高中物理必修一第4章 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系
图4－2－1
优质课件
①对此实验中力的理解：除了在真空中抛出或落下的
物体(仅受重力)外，仅受一个力的物体几乎是不存在的。然 而，一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合 力的作用效果是相同的，因此，实验中的力F的含义可以是 物体所受的合力。
②平衡摩擦力：如图4－2－1所示，纸带穿过打点计时
器。为了消除摩擦力对小车的影响，可将木板无滑轮的一端 稍微垫高一些，用小车的重力的分力来抵消它所受到的摩擦 力，直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止。
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3．实验方案 这个实验中需要测量的物理量有三个：物体的加速度、 物体所受的力、物体的质量。质量用天平测量，因此本实
验要解决的主要问题是怎样测量加速度和物体所受的力。
(1)怎样测量(或比较)物体的加速度： 在运动物体上安装一条穿过打点计时器的纸带，根据 纸带上打出的点来测量加速度。在这个实验中也可以测加 速度与其他量之间的比例关系。测量不同情况下(即不同受
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当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么 我们可近似认为托盘和砝码所受的重力大小等于小车所受的 合力的大小。增减盘中砝码的个数可改变小车所受到的合力。 (3)怎样由实验结果得出结论： 根据实验数据以 a 为纵坐标、F 为横坐标，和以 a 为纵坐 1 标、m为横坐标作出图像。如果图像是过原点的直线，则说明 加速度与力成正比与质量成反比。
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三、实验器材
打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定
滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电
源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。
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四、实验步骤
(1)用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并 把数值记录下来。 (2)按图4－2－2将实验器材安装好(小车上不系绳)。
第五章第2节科学探究：加速度与力、质量的关系知识点归纳总结
第五章第2节科学探究：加速度与力、质量的关系本节重点：①理解加速度产生的原理；②理解实验原理及设计，完成实验及数据处理。
本节难点：①运用图像分析实验数据得出结论；②分析产生误差的原因知识点：1.产生加速度的原因2.猜想影响加速度的因素：（1）体验1：在课本上撒一些碎纸片，先用嘴轻吹，再用力使劲吹，观察现象。
现象及结论：对某一物体，受到的力越大，其运动状态越容易改变，即加速度越大。
猜想1：m一定，a∝F；（2）体验2：在课本上撒一些碎纸片和一些小石子，用力使劲吹，观察现象。
现象及结论：对不同的物体，受到相同的力，质量越小的，其运动状态越容易改变，即加速度越大。
猜想2：F一定，a∝1/m3.设计实验：（1）实验探究：探究加速度与力、质量的关系（2）实验目的：定量探究加速度与力、质量的关系。
（3）实验方法：控制变量法①保证质量一定，探究加速度与力的关系；②保证合外力一定，探究加速度与质量的关系。
（4）实验器材：带滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物（小钩码或沙桶）、打点计时器、纸带、交变电流、天平、砝码、刻度尺（5）实验原理与设计：①测量物体的a：利用打点计时器进行实验，根据纸带上打出的点可测量加速度。
处理数据：计数点时间间隔：T=0.1s，位移差公式：2∆s=aT逐差法：②如何提供并测量小车所受的恒力问题？问题1：在水平桌面上运动小车的合外力是由什么力提供？问题2：如何得到绳子上的拉力T及小车所受到的摩擦力f？近似认为绳子上的拉力T等于钩码的重力；小车所受的f等于小车匀速运动时的拉力。
问题3：在探究a与m之间的定量关系实验中，f随小车质量的改变而改变，为了操作更方便、准确，该如何改进实验方案？消掉摩擦力改进实验装置实施办法：木板一端垫高，用重力的分力G1将摩擦力f 平衡抵消掉；形成一斜面。
受力分析：则小车所受到的合外力等于细线上的拉力，F合=F拉。
粗糙斜面上，用悬吊重物的方法为小车提供拉力, 通过改变增减重物的质量就可改变小车受到的拉力。
高中物理必修一第4章第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系
4.收集纸带数据:将小车靠近打点计时器后开启打点计 时器,并让小车由静止释放,打点计时器在纸带上打出 一系列点,据此计算出小车的加速度。
5.改变小车受力: (1)保持小车的质量不变,通过增加槽码的数量,增加重 物的质量(总质量仍远小于小车质量)。接通电源后放 开小车,用纸带记录小车的运动情况。取下纸带。并在 纸带上标上号码及所挂槽码的总重力m1g。 (2)重复步骤4,多做几次实验,并记录好相应纸带的编 号及所挂槽码的总重力m2g、m3g…
【解析】(1)为了使细绳对小车拉力F等于细砂和小桶 的总重力,则需要满足小车和小车上的砝码总质量远远 大于细砂和小桶的总质量,若小车和小车上的砝码总质 量为800 g,则细砂和小桶的总质量较为合理的是50 g, 故A正确,B、C、D错误。
(2)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的
瞬时速度,即B点的瞬时速度,故vB= 由逐差法求解小车的加速度,
【思考·讨论】 请从改进实验器材的角度,讨论改进测量小车所受拉力 的方法,减小实验的系统误差。 (科学探究)
提示:为了减小由于小车所受拉力而产生的系统误差, 可将力传感器和位移传感器的发射器装在运动的小车 上,将接收器装在小车运动轨道的末端,并通过数据采 集器输入计算机,就可以测出小车所受的拉力。
二、数据收集与分析 1.列F、a数据收集表: 把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中:
物理量 1 2 3 4 5 6 作用力(槽 码的重力) 加速度a
2.作a -F图像的方法: 以a为纵坐标、F为横坐标,根据数据作a-F 图像,用曲 线拟合测量点,找出规律,分析a与F的关系。
3.列M、a收集表格: 把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产 生的加速度填在表中:
6.改变小车质量: (1)保持重物(小车所受的拉力)不变,通过增加或减少 小车上的砝码的方式,改变小车的质量,接通电源后放 开小车,用纸带记录小车的运动情况。取下纸带,并在 纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M1。
高一教科版物理必修一第三章第2节探究加速度与力质量的关系——实验误差分析(讲义)
重点：理解实验原理及减小误差的方法。
难点：理解变形实验的原理。
实验拓展的总体思路：一、由于本实验中拉力小于砝码和砝码盘的重力，而实验中记录的砝码和砝码盘的重力，用来替代小车所受合外力，导致原理上出现误差，所以从出现误差的原因角度，改进实验具体思路如下：1.在小车前端安装拉力传感器，直接得到拉力。
2.改进实验装置，用弹簧测力计直接读出拉力。
如下图，拉力即为小车所受合外力，所以不需要m<<M 。
3.改进装置及原理消除系统误差（如下图）调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下做匀速运动。
取下细绳和砝码盘，记下砝码盘中砝码的质量m ，则mg 即为小车所受合外力，不需要m<<M 。
4.转换研究对象法：保证小车、砂和砂桶的总质量不变（如下图）从固定在小车上的盒子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力mg ，小车及砂子的总重力M ，此实验可保证M ＋m 为定值，即可认为系统所受合外力为mg 。
注意：实验原理的改进需要理解误差产生的原因，利用所学规律去拓展、研究。
例题1用如图所示的实验装置可以探究加速度与力、质量的关系，小车上固定一个盒子（图中未画出），盒子内盛有砂子，小车的总质量（包括车、盒子及盒内砂子）记为M ，砂桶的总质量（包括桶以及桶内砂子）记为m 。
（1）验证“在质量不变的情况下，加速度与合外力成正比”。
从盒子中取出一些砂子，装入砂桶中，称量并记录砂桶的总重力mg ，将该力视为合外力F ，对应的加速度a ，则从打点纸带中计算得到。
多次改变合外力F 的大小，每次都会得到一个相应的加速度。
以合外力F 为横轴、加速度a 为纵轴画出a -F 图象，图象是一条过原点的直线。
①a -F 图象斜率的物理意义是________________________________________。
②你认为把砂桶的总重力mg 当作合外力F 是否合理？答：________（填“合理”或“不合理”）。
高中物理第四章牛顿运动定律第2节实验：探究加速度与力质量的关系3作业含解析新人教版必修
实验：探究加速度与力、质量的关系1.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,采用如图所示的实验装置。
(1)本实验采用的实验方法是( )A.控制变量法B.理想实验法C.等效替代法D.实验推理法(2)下列说法中正确的是( )A.在探究加速度与质量的关系时,应该改变拉力的大小B.在探究加速度与外力的关系时,应该改变小车的质量C.在探究加速度a与质量M的关系时,为了直观判断二者的关系,应作出a -图像D.当小车的质量远小于砝码盘和砝码的总质量时,才能近似认为细线对小车的拉力大小等于砝码盘和砝码的总重力大小【解析】(1)选A。
该实验是探究加速度与力、质量的关系,研究三者关系必须运用控制变量法,故A正确,B、C、D错误。
(2)选C。
该实验采用的是控制变量法,即保持一个量不变,研究其他两个量之间的关系,在探究加速度与质量的关系时,应保持拉力的大小不变,故A错误;在探究加速度与外力的关系时,应保持小车的质量不变,故B错误;要直观地反映两个量之间的关系,可以通过作图来解决,但是只有作出一条直线,才可以直观地反映两个变量之间的关系,在探究加速度a与质量M的关系时,为了直观判断二者间的关系,应作出a -图像,故C 正确;设小车的质量为M,砝码盘和砝码的质量为m,只有M≫m时才可以认为绳对小车的拉力F大小等于盘和盘中砝码的重力mg,故D错误。
答案：(1)A (2)C2.用如图所示的装置研究在作用力F一定时,小车的加速度a与小车质量M的关系,某位同学设计的实验步骤如下：A.用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量B.按图示安装好实验器材C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶D.将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上,接通电源,放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列点,并在纸带上标明小车的质量E.保持小桶及内部砂子的质量不变,增加小车上的砝码个数,并记录每次增加后的M值,重复上述实验F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值G.作a -M关系图像,并由图像确定a与M的关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是,该步骤应排在步实验之后。
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第2节实验探究加速度与力、质量的关系
【学习目标】
1、学会用控制变量法研究物理规律，
2、学会怎样由试验结果得出结论，
3、探究加速度与力、质量的关系
【学习过程】
任务一：认真阅读教材p71-74页，对照给出的实验视图完成下列问题
1．描述物体运动状态的物理量是？什么情况下说明物体的运动状态变了？你怎么理解加速度？
2．根据自己经验，物体加速度的大小跟哪些因素有关？可能有什么关系？我们用什么方法来探究加速度跟这些物理量的关系？
3．实验时我们需要测量哪些物理量，怎么测量？测量的数据怎么处理？为什么？
4．小车运动过程中要受到木板给它的摩擦力，怎样平衡这个摩擦力？又怎样去验证摩擦力被完全平衡了？在探究加速度与力、质量的关系的实验中平衡了摩擦力后，改变重物的质量，或者是改变小车的质量，是否还需要重新平衡摩擦力呢?
5．实验结论：物体的加速度与物体的成反比，与物体成正比。
任务二：根据上面的原理，设计试验步骤并完成试验
试验步骤：
1.
2.
3.
4.
5.
任务三：小组讨论在试验中那些步骤会产生误差?下面这些数据问题是那些步骤出错造成的？
课后练习：
1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，渗透了研究问题的多种科学方法：
(1)实验环境的等效法：____________________________________________________；
(2)实验条件设计的科学方法：_____________________________________________；
(3)实验原理的简化：__________________________________________________，即当小车质量M车≫m沙时，细绳对小车的拉力大小近似等于沙及桶的总重力m沙g；
(4)实验数据处理的科学方法：____________________________________；
(5)由a－M车图象转化为a－
1
M车
图象，所用的科学方法：________________。
(以上各题均选填“理想实验法”、“图象法”、“平衡摩擦力法”、“化曲为直法”、“控制变量法”或“近似法”)
2．(重庆一中2013～2014学年高一上学期期末)(1)某同学设计了一个探究小车的加速度a与小车所受拉力F关系的实验，图甲为实验装置简图。
他想用钩码的重力表示小车受到的合外力，为了减小这种做法带来的实验误差，你认为下列说法正确的是()
A．实验时要平衡摩擦力
B．实验时不需要平衡摩擦力
C．钩码的重力要远小于小车的总重力
D．实验进行时应先释放小车再接通电源
(2)如图乙所示是某次实验中得到的一条纸带，其中A、B、C、D、E是计数点，相邻计数点
间的时间间隔为T ，距离如图所示。
则打C 点时小车速度的表达式为________________；该同学计算小车加速度的表达式为__________________________。
3．某同学设计了一个探究加速度a 与物体所受合力F 及质量m 关系的实验，图(a)表示为实验装置简图。
(交流电的频率为50Hz)
(1)图(b)所示为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为________________m/s 2。
(保留两位有效数字)
(2)保持沙和沙桶质量不变，改变小车质量m ，分别得到小车加速度a 与质量m 及对应的1
m 数
据如下表：
请在下图所示的坐标纸中画出a －1m 图线，并由图线求出小车加速度a 与质量倒数1
m 之间的
关系式是__________________________。
4．(天津市2014～2015学年高一上学期五校期末联考)在《探究加速度与力、质量的关系》实验中，某组同学用如图1所示装置，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到力的关系。
(1)图2是实验中获取的一条纸带的一部分，其中0、1、2、3、4是计数点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示，打“3”计数点时小车的速度大小为________________m/s ，由纸带求出小车的加速度的大小为a ＝________________m/s 2。
(计算结果均保留2位有效数字)
(2)下列措施中不正确的是________________。
A ．首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力
B ．平衡摩擦力的方法就是在塑料小桶中添加砝码，使小车能匀速滑动
C ．每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力
D ．实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力
(3)某组同学由实验得出数据，画出的a －1
M 的关系图线，如图3所示，从图象中可以看出，作
用在小车上的恒力F ＝________________N 。
当小车的质量为5kg 时，它的加速度为________________m/s 2。