人教版物理必修第一冊第四章第2節(jié)教學設計第4章運動和力的關系第2節(jié)實驗：探究加速度與力、質量的關系目錄一、實驗目標二、必備知識三、學習效果第4章運動和力的關系第2節(jié)實驗：探究加速度與力、質量的關系一、學習任務1．學會用控制變量法研究物理規(guī)律。2．會測量加速度、力和質量，能作出物體運動的aF、a1m3．會通過實驗探究加速度與力、質量的定量關系。二、必備知識1.實驗原理（1）控制變量法①保持小車質量不變，探究加速度與合力的關系②保持小車所受合力不變，探究加速度與質量的關系（2）求加速度a=x42.實驗器材：小車、砝碼、槽碼、細繩、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、低壓交流電源、導線兩根、紙帶、天平、米尺3.實驗步驟4.數(shù)據(jù)處理5.誤差分析6.注意事項7.aF、a1M(1)若平衡摩擦力時，木板墊起的傾角過小，則aF、a1M(2)若平衡摩擦力時，木板墊起的傾角過大，則aF、a1M(3)若實驗中沒有滿足M遠大于m，則aF，a1M三、學習效果1．在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，滲透了研究問題的多種科學方法。(1)實驗環(huán)境的等效法：_____________________________________。(2)實驗條件設計的科學方法：_______________________________。(3)實驗原理的簡化：________，即當小車質量M車?m槽碼時，細繩對小車的拉力大小近似等于槽碼的重力。(4)實驗數(shù)據(jù)處理的科學方法：_________________________________。(5)由aM車圖像轉化為a1M(以上各題選填“理想實驗法”“圖像法”“平衡摩擦力法”“化曲為直法”“控制變量法”或“近似法”)[解析](1)由于小車運動受到摩擦阻力，所以要進行平衡摩擦力，以減小實驗誤差，稱為平衡摩擦力法。(2)在探究加速度、力與質量三者關系時，先保持其中一個量不變，來探究其他兩個量之間的關系，稱為控制變量法。(3)當小車質量M車?m槽碼時，細繩對小車的拉力大小近似等于槽碼重力m槽碼g，稱為近似法。(4)通過圖像研究實驗的結果，稱為圖像法。(5)在作圖時，由aM車圖像轉化為a1M[答案](1)平衡摩擦力法(2)控制變量法(3)近似法(4)圖像法(5)化曲為直法2．(2022·江陰一中高一檢測)用斜面、小車、砝碼等器材做探究加速度與力、質量關系的實驗。如圖所示為實驗中的一條打點紙帶，相鄰計數(shù)點間的時間間隔為T，且間距x1，x2，x3，…x6已量出。(1)根據(jù)給出的信息，寫出加速度的幾種表達式：________________。(2)實驗中要對砝碼質量m和小車質量M進行選取，以下最合理的一組是________。A．M＝200g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gB．M＝200g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120gC．M＝400g，m＝10g、15g、20g、25g、30g、40gD．M＝400g，m＝20g、40g、60g、80g、100g、120g[解析](1)小車在恒力作用下做勻變速直線運動，加速度可由打點計時器打出的紙帶來計算，表達式有以下幾種：a＝x2-x1T(2)在探究加速度與力、質量關系的實驗中，為使細繩對小車的拉力等于小盤和砝碼的總重力，應滿足小盤和砝碼的總質量遠小于小車的質量，且盡可能多測幾組數(shù)據(jù)，故C項最合理。[答案](1)a＝x2-x1T3．某實驗小組設計了如圖甲所示的實驗裝置“探究加速度和力的關系”。實驗裝置主要部件為位移傳感器的發(fā)射器和接收器，分別固定在軌道右端和小車上；通過傳感器測定兩者間位移變化，從而測出小車的加速度。(1)在該實驗中采用的方法是________。保持小車的總質量不變，用鉤碼所受的重力作為小車所受拉力，用傳感器測小車的加速度。通過改變鉤碼的數(shù)量，多次重復測量，可得小車運動的加速度a和所受拉力F的關系圖像。該實驗小組在軌道水平和傾斜的兩種情況下分別做了實驗，得到了兩條aF圖線，如圖乙所示，可知在軌道右側抬高成為斜面情況下得到的圖線是________(選填“①”或“②”)。(2)隨著鉤碼的數(shù)量逐漸增多，圖乙中的圖線明顯偏離直線，造成此誤差的主要原因是________。A．小車與軌道之間存在摩擦B．導軌保持了水平狀態(tài)C．所掛鉤碼的總質量太大D．所用小車的質量太大[解析](1)在探究加速度與力的關系時，要控制小車的質量不變，所以采用的方法是控制變量法，題圖乙中圖線①與a軸正半軸有交點，表明拉力F為零時，小車具有沿軌道向下的加速度，一定是軌道右側抬高為斜面的情況下得到的。(2)由牛頓第二定律可得：a＝mgM+m故a＝1M+mF，可見aF圖線的斜率k＝當M?m時，斜率幾乎不隨m改變，但當所掛鉤碼的總質量太大時，圖線斜率k將隨m的增大而減小，因此圖線發(fā)生彎曲，故C正確。[答案](1)控制變量法①(2)C4．某同學設計了如圖所示的裝置，利用刻度尺、秒表、輕繩、輕滑輪、軌道、滑塊、托盤和砝碼等器材來測定滑塊和軌道間的動摩擦因數(shù)μ。滑塊和托盤上分別放有若干砝碼，滑塊質量為M，滑塊上砝碼總質量為m′，托盤和盤中砝碼的總質量為m。實驗中，滑塊在水平軌道上從A到B做初速度為零的勻加速直線運動，重力加速度g取10m/s2。(1)為測量滑塊的加速度a，須測出它在A、B間運動的________與________，計算a的運動學公式是________。(2)根據(jù)牛頓運動定律得到a與m的關系為：a＝1+μg他想通過多次改變m，測出相應的a值，并利用上式來計算μ。若要求a是m的一次函數(shù)，必須使上式中的______保持不變，實驗中應將從托盤中取出的砝碼置于______。(3)實驗得到a與m的關系如圖所示，由此可知μ＝________(取兩位有效數(shù)字)。[解析](1)滑塊從A到B做初速度為零的勻加速直線