2025版新教材高中物理第5章牛顿运动定律第2节科学探究加速度与力质量的关系学案鲁科版必修第一册.docxVIP

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第2节科学探究:加速度与力、质量的关系

课标解读

课标要求

素养要求

1.能够依据试验要求进行试验设计,学会选择合理试验方案进行探究试验。

2.驾驭试验数据处理的方法。

3.理解试验探究的过程,知道减小试验误差的方法。

1.科学思维:理解探究加速度与力、质量的关系的科学探究方案,理解平衡摩擦力的原理及方法,有限制变量的意识。

2.科学探究:能完成“探究加速度与力、质量的关系”试验,能设计试验方案,培育学生收集信息、获得证据的实力。

3.科学看法与责任:经验试验操作和测量的过程,体会探究过程中的严谨性,培育与人合作、学会共享的团队精神。

一、试验目的

1.探究加速度与力、质量的关系。

2.学会用限制变量法探讨物理规律。

3.驾驭运用图像处理数据的方法。

二、试验器材

带滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物(小钩码或沙桶等)、打点计时器、纸带、交变电流、天平、砝码、刻度尺。

三、试验原理与设计

1.放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动,试验装置如图所示。

(1)小车质量的测量

利用天平测出小车的质量,在小车上增减砝码可变更小车的质量。

(2)拉力的测量

当悬挂重物的质量m远小于小车的质量时,可以认为重物的重力大小近似等于对小车的拉力的大小,即F≈mg,通过增减重物的方式来变更拉力的大小。

(3)加速度的测量:通过分析纸带上的点迹利用逐差法求得加速度。

2.试验设计有一个关键点:如何测量小车受到的合外力?常用方法是将木板一端垫高,使小车不挂重物时能匀速运动,此时小车重力沿斜面的分力恰好抵消其所受摩擦力及其他阻力;同时,所挂重物的质量应远小于小车的质量。在此条件下,所挂的重物重力大小便可近似认为等于作用于小车的合外力大小。

四、试验步骤

1.用天平测出小车的质量M,重物的质量m。

2.按试验装置图把试验器材安装好,不把悬挂重物的细绳系在车上。

3.平衡摩擦力:在木板装有打点计时器的一端下面垫一木块,移动木块的位置,直至小车拖着纸带运动时打点计时器在纸带上打出的点分布匀称为止。这时,小车受到的摩擦力恰好与小车重力沿斜面的分力平衡。

4.在细绳一端挂上重物,另一端通过滑轮系在小车前端,留意重物质量应远小于小车质量。

5.将小车靠近打点计时器后先接通电源,稍后再将小车由静止释放,打点计时器在纸带上打下一系列的点,打完点后切断电源,取下纸带。

6.保持小车的质量M不变,变更重物的质量m,重复步骤4和步骤5,再做三次试验。

7.在每条纸带上选取一段比较志向的部分,计算小车的加速度a,将相关数据填入设计好的表格中。

8.作a-F的图像,若图像为过原点的直线,则证明加速度与力成正比。

9.保持重物的质量m不变,变更小车质量M,重复步骤1、4、5和7,作a-1M

五、数据处理

1.小车质量M肯定时,将所受拉力F与相应加速度a的试验数据填入表中。

次数

1

2

3

4

5

6

小车加速度a/(m·s-2)

重物的质量m/kg

拉力F/N

用纵坐标表示加速度,横坐标表示拉力,依据试验结果画出小车运动的a-F图像,从而得出加速度a与拉力F的关系。

2.保持拉力肯定,将小车质量M与相应的加速度试验数据填入设计好的表格中。

次数

1

2

3

4

5

6

小车加速度a/(m·s-2)

小车质量M/kg

1M/kg

依据试验结果画出小车运动的a-1M图像,从而得出加速度a与质量M

3.试验结论

(1)保持小车质量不变时,小车的加速度a与所受拉力F成正比。

(2)在力F不变时,小车的加速度a与质量M成反比。

六、误差分析

误差分类

产生缘由

减小方法

偶然

误差

质量测量不准,计数点间距测量不准

多次测量求平均值

小车所受拉力测量不准

1.正确平衡摩擦力

2.使细绳和纸带与长木板平行

作图不准

(1)合理选取坐标轴的单位长度,使全部数据点尽量分布在整个坐标平面

(2)使尽可能多的点落在直线上,不能落在直线上的点匀称分布在直线两侧,偏离直线较远的点舍去

系统误差

重物的重力代替小车所受拉力

使重物的质量远小于小车的质量

七、留意事项

1.试验中应先接通电源后释放小车。

2.在平衡摩擦力时,不要悬挂重物,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,假如在纸带上打出的点间隔匀称,表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面对下的分力大小相等、方向相反。

3.变更悬挂重物的质量过程中,要始终保证重物的质量远小于小车的质量。

4.作图时应使所作的直线通过尽可能多的点,不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧,但若遇到个别偏离较远的点可舍去。

探究点一试验原理和试验操作

例在“探究加速度与力、质量的关系”的试验中,采纳如图所示的装置。

(1)本试验应用的试验方法是。?

A.假设法B.志向试验法