实验：探究加速度与力、质量的关系 （第1课时）导学案 --高一上学期物理人教版（2019）必修第一册 .docx

第四章 第二节 实验：探究加速度与力、质量的关系（1）学习目标 1.通过目标1及其活动了解影响物体加速度大小的因素，体会控制变量法在实验中的应用。（物理观念、科学思维）2.通过目标2及其活动学习探究加速度与力、质量关系的实验步骤及注意事项，知道补偿阻力的意义及方法。（科学探究）导入新课：通过第一节课的学习，我们已经知道：力是改变物体运动状态的原因，而物体运动状态的改变即产生了加速度，由此可见，物体的加速度与物体受力有关。如图所示，一个乒乓球滚来时，用球拍轻轻一挡，就能改变其运动状态；若一个网球以相同速度滚来，需用很大的力握球拍，才能迫使它改变运动状态。由此推断，物体的加速度除了跟力有关，还与哪些因素有关？加速度与这些因素之间又有怎样的定量关系？通过本节课的学习，你将得到答案。合作探究、自主学习学习目标1 实验原理阅读课本中“实验思路”部分，同学们讨论后回答下列问题。1.猜想影响物体加速度的因素会有哪些？2.探究一个物理量与两个或更多个物理量之间的关系时，要使用什么方法进行探究？3.结合上述问题和课本内容，提出你的实验思路。知识生成：1.探究加速度与力的关系：保持小车的_不变，通过改变槽码的个数来改变小车所受到的_，测得不同拉力作用下小车的加速度，分析加速度与拉力的变化情况，找出二者之间的定量关系。注意：只有当槽码的质量_小车的质量时，才能近似地认为小车受到的拉力等于槽码的重力。2.探究加速度与质量的关系：保持小车所受到的_不变，通过在小车上增减重物来改变小车的_，测得不同质量的小车在这个拉力作用下的加速度，分析加速度与质量的变化情况，找出二者之间的定量关系。应用探究：活动1创新实验方法某探究小组同学设计了如图所示的实验装置进行实验。实验中，通过测量两小车的位移之比，进而得出二者的加速度之比，探究加速度与力、质量的关系。（1） 实验中若用小车的位移之比代替加速度之比，需要满足什么条件？（2）若要探究加速度与力的关系，实验过程中如何操作？学习目标2：进行实验情境引入：某实验小组按照图示装置进行实验，讨论并回答以下问题。1.实验前，为什么要将木板的一端垫高？ 2.如果要小车所受细线的拉力充当其合力，需要满足哪些条件？3.在槽码加速下降过程中，槽码的重力和细线的拉力大小相等吗？在满足什么条件下，可以认为二者近似相等？ 知识生成：实验步骤1.用_测出小车的质量 M ，把数值记录下来。2.按图把实验器材装好，不挂槽码。3.阻力补偿：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，让连着纸带的小车能在长木板上做_运动。4.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂槽码，先_，再_，取下纸带并标上号码。5.保持小车_不变，增加槽码个数，重复几次上述实验，把力对应的纸带标好。6.保持槽码个数不变，改变小车的_，重复几次上述实验，将质量对应的纸带标好。7.依次算出各纸带的加速度，填入设计好的表中 应用探究.活动2.怎么进行阻力补偿如图所示，把长木板没有定滑轮的一端适当垫高，练习用“阻力补偿法”来消除阻力对加速度的影响。（1）阻力补偿时要不要挂槽码？要不要系上纸带？理由是什么？（2）阻力补偿的原理是什么？（3）怎样判断恰好进行了阻力补偿？活动2.典例分析（习案1、2题）例1 某高中生想用如图所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验。本实验采用 50 Hz 电磁打点计时器进行实验。（1）实验开始时要先调节木板上的定滑轮，使牵引的细绳与木板平行。这样做的目的是_。A.避免小车在运动过程中抖动B.在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力C.保证小车最终能实现匀速直线运动D.使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰（2）下列说法正确的是_。（填写字母）A.需要配备低压学生电源 B.需要配备直流电源C.先释放小车再接通电源D.在每次改变砝码及托盘总质量之后，需要重新平衡摩擦力达标练习1下面四幅图分别描述了研究自由落体运动、观察微小形变、探究平行四边形定则、探究牛顿第二定律的实验，其中用到控制变量法的是（）ABC D2一同学利用如图甲所示的实验装置探究质量一定时加速度a与力F的关系。另一同学在图甲实验装置中的小车上固定一个力传感器（如图乙）来完成实验。下列关于实验操作的说法中正确的是（）A图甲实验中，小车由静止开始运动后所受拉力大小等于所挂槽码的重力B图乙实验中，木板水平时，力传感器上的读数等于小车所受合力的大小C图乙实验中，所挂槽码的质量应远小于小车的质量D图甲、图乙两个实验中，为得到质量一定时a与F成正比，都需要补偿阻力3、某校兴趣小组按照课本参考案例来探究“加速度与力、质量的关系”。他们将质量相等的小车 A 、 B放在木板上，小车前端各系一条细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个相同的小盘，盘中放重物，盘和重物的总重力等于小车所受合力（如图1）。两辆小车后端也各系一条细线，用一个黑板擦把两条细线同时按在桌上使小车静止，抬起黑板擦，两小车同时开始运动，再按下黑板擦，两车又同时停止运动（如图2）。为了改变小车的质量，可以在小车中增减重物。（1） 在实验操作时，下列说法正确的是_。A.本实验需要平衡摩擦力B.平衡摩擦力的方法是，取下盘中重物，让空盘拉着小车做匀速直线运动C.测出两小车后接线处到黑板擦再按下处的细线长度之比即为两小车的加速度之比D.为保证实验的准确度，盘和重物的质量要远小于小车的质量（2） 实验中需要测量的物理量是_。A.小车运动的时间B.小车通过的位移C.盘和盘中重物的总质量D.车和车上重物的总质量（3）在本实验中，可通过位移的测量来代替加速度的测量，使用这种方法需要满足的条件是两小车由静止开始运动且两小车的_相同。（4） 研究加速度与力的关系时，应使两小车_相等，实验中当合力不同时再次按下黑板擦，小车_（选填“能”或“不能”）同时停下来。4、用图甲所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。实验中，保持小车质量一定时，探究小车加速度a与合力F的关系。（1）除了电火花计时器、小车、天平（附砝码）。砝码盘、细线、附有定滑轮的长木板、垫木、导线及开关外，在下列器材中必须使用的有_ （选填选项前的字母）。A220V、50Hz的交流电源 B电压可调的直流电源 C刻度尺 D秒表（2）为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，以下操作正确的是_。A调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行B在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将砝码和砝码盘通过细线挂在小车上C在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上（3）该同学在实验中得到如图（乙）所示的一条纸带， 已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为_m/s2（结果保留两位有效数字）。达标练习答案1D【详解】A伽利略在研究自由落体运动时采用的是实验和逻辑推理相结合的方法，故A错误；B观察微小形变采用了放大法，故B错误；C探究平行四边形定则采用了等效替代法，故C错误；D探究牛顿第二定律的实验采用了控制变量法，故D正确。2D【详解】A图甲实验中，由于槽码向下做加速运动，绳的拉力大小小于槽码的重力，所以小车由静止开始运动后所受拉力大小小于所挂槽码的重力，A错误；B图乙实验中，木板水平时，力传感器上的读数等于绳的拉力解得，所以拉力大于小车所受合力的大小，B错误；C图乙实验中，传感器可以直接测出绳的拉力，不需要用槽码的重力替代绳的拉力，所以不需要满足所挂槽码的质量应远小于小车的质量，C错误；D图甲、图乙两个实验中，为得到质量一定时a与F成正比，都需要补偿阻力，D正确。故选D。3、解析 （1）需要把细线的拉力当作小车所受的合力的实验装置中，都需要平衡摩擦力，且为保证实验的准确度，盘和重物的质量要远小于小车的质量， A 、 D 两项正确；平衡摩擦力时，应把盘及重物都取下，B项错误；抬起黑板擦，两小车同时开始运动，再按下黑板擦，两小车同时停下，用刻度尺测出两小车通过的位移 x1 、 x2 之比，即为两小车的加速度之比，C项错误。（2）小车做初速度为零的匀加速直线运动， x=1/2at2 ，解得 a=2x/t2 。在两小车运动时间相等的情况下，测出小车运动的位移 x ，即两小车通过的位移之比为两小车的加速度之比，为了探究加速度与质量、力的关系，需要测量盘和重物的总质量，其重力充当小车所受的合力，同时需要测量车和车上重物的总质量， B 、 C 、 D 三项正确，A项错误。（3）由（2）的分析可知，在两小车由静止开始运动且运动时间相等的情况下，测出小车运动的位移 x ，两小车通过的位移之比即为两小车的加速度之比，使用这种方法需要满足的条件是两小车由静止开始运动且运动时间相同。（4）根据控制变量法可知，在研究“加速度与力的关系”时，应使两小车的质量相等，实验中当再次按下黑板擦时小车不能同时停下来。4、【详解】（1）器材中必须使用的有“220V、50Hz的交流电源”（为电火花计时器提供电源）和“刻度尺”（测量打点之间的距离）。故选AC。（2）为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，需要调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行，以保证细线的拉力与小车运动方向相同，在调整长木板的倾斜度平衡摩擦力时，应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上。不能将砝码和砝码盘通过细线挂在小车上。故选AC。（3）打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，可得打点间隔为 根据逐差法可得小车加速度为 学科网（北京）股份有限公司