1/1探究加速度與力、質量的定量關系預習學案一、提出問題牛頓第一定律：當物體不受力或者受合外力為零時，將保持靜止或勻速直線運動。可知，力不是維持物體運動狀態的原因，力是改變物體運動狀態的原因。物體所受合外力不為零時就會產生加速度，力越大，運動狀態越容易改變；物體保持原來運動狀態的性質叫慣性，質量是慣性大小的唯一量度，質量越大，物體運動狀態越難改變。由此可見加速度a既與合外力F有關，也與物體質量m有關。那么加速度與力、質量這者之間到底有什么定量關系呢？二、引入課題：請根據已有的知識設計一種探究加速度與力、質量的定量關系的實驗方案，并把你的方案詳細寫在下面空白處（可畫示意圖配合說明）。注意思考以下問題：1．應該采用什么樣的物理方法來研究物體的加速度、質量和受到的合外力的定量關系呢？2．你設計的方案如何測量物體的加速度、質量和受到的合外力？3．怎樣設計實驗步驟？4．如何采集實驗數據，怎樣對實驗數據進行分析？5．你設計的實驗方案誤差來源是什么？如何減小實驗誤差？學習目標：1、知道測量合外力大小和加速度大小的方法。2、了解氣墊導軌減小摩擦的原理。3、了解光電門及數字計時器在實驗中發揮的作用。4、能夠獨立實驗探究出加速度與力、質量的定量關系。5、知道數據的處理，會運用作圖法來定量描述加速度與力，及加速度與質量的關系。學習重難點：1、實驗探究加速度與力、質量的定量關系2、數據的處理，會運用作圖法來定量描述加速度與力，及加速度與質量的關系。知識要點：這節課我們將通過實驗精確研究加速度與力、質量三者之間的定量關系。一、提出猜想：加速度與力成正比，加速度與質量成反比二、實驗方案對比：實驗方案

相同之處（1）控制變量法（2）合外力的測量：通過受力分析確定（3）加速度的測量：通過運動學公式確定不同之處

實驗誤差（1）忽略了摩擦力（2）測量時間誤差較大（1）忽略了摩擦力（2）拉力近似等于鉤碼的重力三、實驗模型：通過定滑輪懸掛小桶，釋放小桶，滑塊M在細繩拉力的牽引下，沿水平導軌加速運動。通過測量滑塊M的質量、滑塊M所受的合外力與滑塊M的加速度，探究三者之間的關系。研究對象：滑塊M滑塊M的受力分析如圖（a）所示。小車所受的合外力F合=F-f（其中F為細繩拉力，f為水平導軌的摩擦力）。因為摩擦力未知，所以合外力不好確定，不能探究加速度與合外力的定量關系。（1）去掉摩擦力的影響使用氣墊導軌滑塊在氣墊導軌上運動，導軌上的小孔噴出的氣流使滑塊懸浮在導軌上，使滑塊所受的摩擦力減小到可以忽略不計的程度。此時滑塊受力可簡化成圖（b）。研究對象滑塊所受的合外力簡化為滑塊所受的細繩拉力F。（2）滑塊所受的拉力F如何測量？滑塊所受的細繩拉力F大小等于小桶的重力mg嗎？如圖（c）示，若F=mg，小桶所受合外力為零，下落過程應為勻速直線運動。這與事實不符。即F≠mg。加速度越大，F、mg兩者差別越大。反之，加速度很小的時候，接近平衡狀態，我們可把滑塊所受的拉力近似地看作等于小桶所受的重力。（滑塊質量M>>小桶質量m，加速度就會很小）綜上所述，在氣墊導軌減小摩擦力的影響與保證加速度很小（即保證滑塊質量M>>小桶質量m）兩個實驗條件下，滑塊M的合外力F合=mg。【即滑塊所受的合外力轉化為測量小桶的重力mg】四、實驗原理：（1）如何改變滑塊的質量M：在滑塊上加減砝碼（2）如何改變滑塊所受的合外力F合：在小桶中加減小鐵珠（3）如何測加速度a：【利用光電門求瞬時速度】以前學習可知，我們可以用打點計時器打出的紙帶，利用紙帶打出的點跡計算加速度；此處我們利用光電門求瞬時速度v1和v2，再利用運動學公式求加速度，其中S為兩個光電門之間的距離；v1和v2分別表示滑塊通過兩個光電門的瞬時速度，（d為擋光片的寬度，⊿t1、⊿t2為擋光片通過光電門的時間。因為擋光片通過光電門時擋光的時間很短，可認為滑塊通過光電門時的平均速度等于瞬時速度）。【確定的d和s，測量滑塊通過兩個光電門的時間即可測量加速度a】五、實驗方法與過程：控制變量法（1）保持滑塊M的質量不變，改變合外力（小桶m的重力），探究加速度a與合外力F合的關系：兩光電門距離0.50m，擋光片寬度0.03m，滑塊（包含擋光片與砝碼）質量M=________kg鐵珠和小桶質量m/kgF/N/sV1(m/s)/sV2(m/s)S/ma/(m/s2)（每次增加3個小鐵珠，每個小鐵珠質量為2g）數據處理：計算法：【若加速度與力成正比，則應有】_____________________________________________________________________________圖象法：【若加速度與力成正比，則做a-F圖，應該是一條經過原點的傾斜直線】結論：_________________________________________________________________________.（2）保持合外力（小桶m的重力）不變，改變滑塊M質量，探究加速度a與質量M的關系；兩光電門距離0.50m，擋光片寬度0.03m，滑塊所受拉力F=_________N滑塊（包含擋光片與砝碼）的質量M/kg/sV1(m/s)/sV2(m/s)S/ma/(m/s2)（每次增加2個砝碼，每個砝碼質量為50g）數據處理：計算法：【若加速度與質量成反比，則應有】_______________________________________________________________________________圖象法：【若加速度與質量成反比，則做a-M圖，