【物理】2018届人教版第3章实验5探究加速度与力、质量的关系教案

【物理】2018届人教版第3章实验5探究加速度与力、质量的关系教案

实验5　探究加速度与力、质量的关系 ‎1．实验原理 ‎(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系．‎ ‎(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．‎ ‎(3)作出aF图象和a图象，确定其关系．‎ ‎2．实验器材 小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺．‎ ‎3．实验步骤 ‎(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m.‎ ‎(2)安装：把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)．‎ ‎(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，使小车能匀速下滑．‎ ‎(4)操作：①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码．‎ ‎②保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m′，重复步骤①.‎ ‎③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a.‎ ‎④描点作图，作aF的图象．‎ ‎⑤保持砝码和小盘的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a图象．‎ ‎1．注意事项 ‎(1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动．‎ ‎(2)不重复平衡摩擦力．‎ ‎(3)实验条件：m≫m′.‎ ‎(4)一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．‎ ‎2．误差分析 ‎(1)因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力．‎ ‎(2)摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差．‎ ‎3．数据处理 ‎(1)利用Δx＝aT2及逐差法求a.‎ ‎(2)以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比．‎ ‎(3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比．‎ 一、实验原理与实验操作 ‎1．通过小车在拉力作用下的加速运动，来探究加速度、力、质量三者之间的关系，下列说法符合实际的是(　　)‎ 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．通过保持小车的质量不变，只改变小车受到的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 C．通过保持小车受力不变，只改变小车的质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系 D．先不改变小车的质量，研究加速度与力的关系；再不改变小车受到的拉力，研究加速度与质量的关系；最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 D　[探究加速度与力、质量的关系时，先使质量不变，研究加速度与力的关系；再使受到的拉力不变，研究加速度与质量的关系；最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系．所以，只有选项D正确．]‎ ‎2．(2017·温岭模拟)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，当力一定(小盘和重物的重力不变)，探究加速度与质量的关系时，以下说法中正确的是 ‎(　　)‎ A．平衡摩擦力时，应将小盘和重物用细绳通过定滑轮系在小车上 B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源 D．求小车运动的加速度时，可用天平测出小车的质量m和小盘与重物的总质量m0，直接用公式a＝g求出 B　[在平衡摩擦力时，不应将小盘和重物用细绳通过定滑轮系在小车上，而是在长木板不带滑轮的一端垫上薄木块并调整到恰当的位置，使小车能在长木板上带着纸带匀速下滑，故选项A错误，选项B正确；操作时应先接通打点计时器的电源，再放开小车，故选项C错误；牛顿第二定律是本实验要验证的目的，不能把它作为理论依据来计算加速度，其加速度只能从纸带提供的数据通过计算得出，故选项D错误．]‎ 二、数据处理与误差分析 ‎3．如图1所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置示意图．同一实验小组中的四位同学利用同一条纸带求小车运动的加速度，分别作出了四幅图象，其中最规范的是(　　) 【导学号：81370125】‎ 图1‎ C　[描绘图象时取坐标标度不能随意，要使得大部分点落在整个坐标区域中，故A、D错误；描完点后，先大致判断这些点是不是在一条直线上，画一直线，让尽可能多的点落在直线上，其余的点均匀地分布在这条直线的两侧，故B错误，C正确．]‎ ‎4．用如图2所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验．实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度．‎ 图2‎ ‎(1)实验时先不挂钩码，反复调整垫块的左右位置，直到小车做匀速直线运动，这样做的目的是________________________________________________．‎ ‎(2)如图为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出，测出各计数点到A点之间的距离，如图3所示．已知打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源两端，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a＝________ m/s2.(结果保留两位有效数字)‎ 图3‎ ‎(3)实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度．根据测得的多组数据画出aF关系图象，如图4所示．此图象的AB段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是________．(选填下列选项的序号)‎ 图4‎ A．小车与平面轨道之间存在摩擦 B．平面轨道倾斜角度过大 C．所挂钩码的总质量过大 D．所用小车的质量过大 ‎【解析】　(1)使平面轨道的右端垫起，让小车重力沿斜面方向的分力与它受到的摩擦阻力平衡，才能认为在实验中小车受的合外力就是钩码的重力，所以这样做的目的是平衡小车运动中所受的摩擦阻力．‎ ‎(2)由逐差法可知 a＝＝ m/s2≈‎1.0 m/s2‎ ‎(3)在实验中认为细绳的张力F就是钩码的重力mg 实际上，细绳张力F′＝Ma，mg－F′＝ma 即F′＝·mg a＝·mg＝F 所以当细绳的张力F变大时，m必定变大，必定减小．当M≫m时，aF图象为直线，当不满足M≫m时，便有aF图象的斜率逐渐变小，选项C正确．‎ ‎【答案】　(1)平衡小车运动中所受的摩擦阻力　(2)1.0　(3)C ‎5．如图5为验证牛顿第二定律的实验装置示意图．‎ 图5‎ ‎(1)平衡小车所受阻力的操作：取下________，把木板不带滑轮的一端垫高；接通电火花计时器电源，轻推小车，让小车拖着纸带运动．如果打出的纸带如图6所示，则应________(选填“减小”或“增大”)木板的倾角，反复调节，直到纸带上打出的点迹________为止．‎ 图6‎ ‎(2)如图7为研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”时所得的实验图象，横坐标m为小车上砝码的质量．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿第二定律成立，则小车受到的拉力为____________，小车的质量为________. 【导学号：81370126】‎ 图7‎ ‎【解析】　(1)平衡小车所受阻力时，需要将砝码取下；题图纸带反映了小车在做加速运动，即垫木垫高了，应减小木板的倾角，直到纸带打出的点迹均匀为止．‎ ‎(2)当小车上的砝码为零时，小车加速度为a0＝，设小车的质量为M，则小车受到的拉力为F＝Ma0＝；图中直线的函数关系式为＝km＋b，根据牛顿第二定律F＝(m＋M)a，可解得：M＝，F＝.‎ ‎【答案】　(1)砝码　减小　间隔相等(均匀)　(2)