4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系（导学案）高一物理同步备课系列（人教版2019必修第一册）.docxVIP

第2节实验：探究加速度与力、质量的关系

导学案

【学习目标】

1.能够设计探究加速度与力、质量的关系实验方案。

2.能够完成实验的操作和测量过程，以及通过控制变量法对数据进行图像处理，体验如何平衡摩擦力，减小系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作方法。

【学习重难点】

1.怎样测量物体的加速度；（重点）

2.平衡摩擦力和测量物体所受的合外力；（重点）

3.对平衡摩擦力方法的理解以及测量物体所受的合力的方法；（难点）

4.指导学生选器材、设计方案、进行实验、作出图像、得出结论。（难点）

【知识回顾】

1.牛顿第一定律：一切物体总保持状态或静止状态，除非作用在它上面的迫使它改变这种状态。

2.意义：揭示了运动与力的关系，即力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。

3.惯性：物体保持原来状态或静止状态的性质叫作惯性。牛顿第一定律也被叫作惯性定律。

4.惯性与质量：决定物体惯性大小的物理量是它的质量，质量大的物体惯性。说明惯性大小只由质量大小决定，与其他因素无关。

【自主预习】

1.实验方法：法

2.实验思路：本实验有三个需要测量的量：物体的、物体所受的和物体的。测出它们的值，分析数据，得出结论。

(1)质量M：用测量。

(2)测量物体的加速度a

方案一：利用打出的纸带测量小车的加速度a。

“逐差法”求解加速度：

方案二：

让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动，在相等的时间内，由x＝eq\f(1,2)at2知，把测量加速度转换成测量位移。

(3)测物体受到的拉力F

方案一：用法补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力，小车所受的拉力近似等于槽码的总重力。

阻力补偿后，绳的拉力F为小车所受合外力，绳的拉力F＝mg须满足的条件，其中m为槽码质量，M为小车质量。

方案二：用测拉力

【课堂探究】

思考与讨论：

(1)由牛顿第一定律的学习，什么是改变物体运动状态的原因？

(2)由牛顿第一定律的学习，质量的大小对物体状态的改变是否有影响？

(3)我们知道描述物体状态改变的物理量是速度，那么速度变化的快慢我们通常用哪个物理量来描述？

(4)加速度与力、质量之间存在怎样的定量关系呢？

一、实验思路

思考与讨论：

(1)当我们要探究某个物理量与另外两个或多个物理量之间的定量关系时，我们在探究过程中通常需要如何来做比较合理？

(2)我们在探究加速度与力、质量的关系时，我们应当如何应用控制变量法来进行实验？

(3)根据以上讨论，你认为实验过程中我们需要测量哪些物理量呢？

(4)为最终实现对加速度与力、质量关系的探究，你是否可以用以下实验器材设计一个或几个方案完成这一任务呢？

二、物理量的测量

（一）物理量的测量

1.质量的测量：用测量

2.加速度的测量：

方法一：如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，则可利用刻度尺测量位移和秒表测量时间，然后由公式可算出。

方法二：利用进行实验，根据纸带上打出的点可测量加速度。

方法三：利用比值法。由于a=(2x)/t2测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1，x2，位移之比就是加速度之比

思考与讨论：

(1)在此实验中，通过测力计用手直接给小车施加一个恒力是否可行？

(2)若不能用测力计直接给小车施加一个恒力，你认为哪种方法更合适？

(3)此种方法中，对于小车来说，受到几个力的作用？如何消除沿板方向摩擦力的影响呢？

3.力的测量：

(1)平衡摩擦力：把轨道的一端，使重力的分力与平衡。

(2)具体操作：先不加，轨道无定滑轮一端，使小车连同纸带下滑，若纸带上打出点间隔，则为下滑，从而消除摩擦力的影响。

(3)注意事项：

①多次测量，摩擦力只需要平衡摩擦；

②在槽码的质量小车质量时，绳的拉力大小等于槽码重力大小。（学习了第三节后解释）

（二）实验方案

1.方案一：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系

实验装置如图4.2-2所示。把木板的一侧垫高，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。通过改变槽码的个数而改变小车所受的拉力，通过处理打点计时器打下点的纸带来测量加速度。保持小车受的拉力不变，通过