4.2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1．學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律。2．學(xué)會(huì)怎樣由試驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論。3．探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系?！緦W(xué)習(xí)重點(diǎn)】探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。【學(xué)習(xí)難點(diǎn)】由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論?！痉椒ㄖ笇?dǎo)】自主探究、交流討論、自主歸納【學(xué)習(xí)過(guò)程】一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康奶骄考铀俣扰c力、質(zhì)量的關(guān)系：當(dāng)質(zhì)量一定是，加速度與力成；當(dāng)作用力一定是，加速度與質(zhì)量成。二、實(shí)驗(yàn)原理1．采用控制變量法：當(dāng)研究對(duì)象有兩個(gè)以上的參量發(fā)生牽連變化時(shí)，我們?cè)O(shè)法控制某些參量使之不變化，而研究其中的變化的方法。本試驗(yàn)有F、m、a三個(gè)參量，研究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，我們先控制一個(gè)變量。即當(dāng)力不變時(shí)，加速度與的關(guān)系；當(dāng)質(zhì)量不變時(shí)，加速度與的關(guān)系。2．要測(cè)量的物理量有：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，紙帶及復(fù)寫(xiě)紙片，小車，一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板，小桶和沙，細(xì)繩，導(dǎo)線，天平，，砝碼。（2）實(shí)驗(yàn)步驟用天平測(cè)出小車和小桶的質(zhì)量M和M/，把數(shù)值記錄下來(lái)。按圖把實(shí)驗(yàn)器材裝好，不掛小桶。平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，讓小車能在其上面做勻速運(yùn)動(dòng)。把細(xì)繩系在小車上并繞過(guò)滑輪懸掛小桶，先接通電源在放開(kāi)小車，取下紙帶并標(biāo)上號(hào)碼。保持質(zhì)量不變，做上述試驗(yàn)，把力對(duì)應(yīng)的紙帶標(biāo)好。保持力不變，做上述試驗(yàn)，將質(zhì)量對(duì)應(yīng)的紙帶標(biāo)好。計(jì)算出加速度，做出加速度與力的圖像及加速度與質(zhì)量得到數(shù)的圖像。表一：物理量123456質(zhì)量M1/M加速度a表二：物理量123456作用力F加速度a畫(huà)出圖像：a1/M0a1/M0aF實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物體的加速度與物體的成反比，與物體成正比?！具_(dá)標(biāo)檢測(cè)】一、單選題1．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中所采用的科學(xué)方法是（）A．理想實(shí)驗(yàn)法 B．等效替代法C．控制變量法 D．建立模型法2．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，下列做法和理由正確的是()A．實(shí)驗(yàn)中所用電源為低壓直流電源B．實(shí)驗(yàn)中紙帶和細(xì)繩應(yīng)與長(zhǎng)木板嚴(yán)格平行，使力作用在物體運(yùn)動(dòng)方向的直線上C．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開(kāi)小車，后接通電源D．“重物的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量”這一條件如不滿足，對(duì)探究過(guò)程也不會(huì)產(chǎn)生影響3．在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，某同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出的小車加速度a和小車所受拉力F的圖像為圖中的直線I，直線I在坐標(biāo)軸上截距較大，明顯超出了誤差范圍。下面給出了關(guān)于形成這種情況的四種解釋，其中可能正確的是（）A．實(shí)驗(yàn)前該同學(xué)沒(méi)有平衡摩擦力B．該同學(xué)在平衡摩擦力時(shí)，把長(zhǎng)木板的末端抬得過(guò)高C．實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)所用小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼質(zhì)量D．實(shí)驗(yàn)中該同學(xué)所用小車質(zhì)量遠(yuǎn)小于鉤碼質(zhì)量4．某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，下列做法正確的是（）A．實(shí)驗(yàn)時(shí)，先放開(kāi)木塊再接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的電源B．調(diào)節(jié)滑輪的高度，使拉木塊的細(xì)繩與長(zhǎng)木板保持平行C．在調(diào)節(jié)木板傾斜度平衡木塊受到的滑動(dòng)摩擦力時(shí)，將裝有砝碼的砝碼桶通過(guò)定滑輪拴在木塊上D．通過(guò)增減木塊上的砝碼改變質(zhì)量時(shí)，需要重新調(diào)節(jié)木板傾斜度來(lái)平衡木塊受到的滑動(dòng)摩擦力5．物理學(xué)是研究物質(zhì)運(yùn)動(dòng)最一般規(guī)律和物質(zhì)基本結(jié)構(gòu)的學(xué)科，在物理學(xué)的探索和發(fā)現(xiàn)過(guò)程中，科學(xué)家們運(yùn)用了許多研究方法如：理想實(shí)驗(yàn)法、控制變量法、極限思想法、類比法、科學(xué)假說(shuō)法和建立物理模型法等。以下關(guān)于物理學(xué)研究方法的敘述中正確的是（）A．在不需要考慮物體本身的大小和形狀時(shí)，用質(zhì)點(diǎn)來(lái)代替物體的方法是微元法B．在探究加速度、力和質(zhì)量三者之間的關(guān)系時(shí)，先保持質(zhì)量不變研究加速度與力的關(guān)系，再保持力不變研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，這里運(yùn)用了控制變量法C．在推導(dǎo)勻變速直線運(yùn)動(dòng)位移公式時(shí)，把整個(gè)運(yùn)動(dòng)過(guò)程劃分成很多小段，每一小段近似看作勻速直線運(yùn)動(dòng)，再把各小段位移相加，這里運(yùn)用了理想模型法D．根據(jù)速度定義式，當(dāng)時(shí)，就可以表示物體在時(shí)刻的瞬時(shí)速度，該定義運(yùn)用了理想實(shí)驗(yàn)法二、多選題6．探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)時(shí)下列器材肯定不需要的是A． B．C． D．7．在做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中，以下說(shuō)法正確的（）A．先釋放紙帶再接通電源B．打點(diǎn)結(jié)束，先關(guān)電源再取紙帶C．拉小車的細(xì)線應(yīng)盡可能與長(zhǎng)木板平行D．實(shí)驗(yàn)需要平衡拖著紙帶的小車受到的摩擦力三、實(shí)驗(yàn)題8．用如圖所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)。（1）下面列出了一些實(shí)驗(yàn)器材：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、刻度尺、帶滑輪的長(zhǎng)木板、墊塊、小車和砝碼、天平（附砝碼）、砂和砂桶。除以上器材外，還需要的實(shí)驗(yàn)器材是______。A．秒表B．直流電源C．交流電源（2）實(shí)驗(yàn)中，平衡摩擦力時(shí)，要先________（填“掛上”或“取下”）砂桶。9．用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置探究小車的加速度a與力F的關(guān)系。（1）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，___________（選填“需要”或“不需要”）將長(zhǎng)木板左端墊高以平衡摩擦力；（2）根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)畫(huà)出如圖乙所示的a-F圖像，由此得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在小車質(zhì)量保持不變時(shí)，小車的加速度a與力F成___________（選填“正比”或“反比”）。10．某小組利用氣墊導(dǎo)軌裝置探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系，同學(xué)們準(zhǔn)備了以下器材：帶有刻度尺的氣墊導(dǎo)軌、氣泵、光電門(mén)2個(gè)、數(shù)字計(jì)時(shí)器、帶遮光條的滑塊（其上可放砝碼），砝碼盤(pán)、質(zhì)量10g的砝碼6個(gè)，操作過(guò)程如下：①固定光電門(mén)，測(cè)出兩光電門(mén)之間的距離為L(zhǎng)，調(diào)節(jié)導(dǎo)軌水平，將滑塊用細(xì)線跨過(guò)輕質(zhì)滑輪與砝碼盤(pán)相連；②將6個(gè)砝碼放到滑塊上，釋放滑塊，測(cè)出其經(jīng)過(guò)光電門(mén)1和2的擋光時(shí)間；③取滑塊上一個(gè)砝碼放入砝碼盤(pán)，釋放滑塊，測(cè)出擋光時(shí)間；④再次取滑塊上一個(gè)砝碼，依次重復(fù)上述操作，直至將6個(gè)砝碼全部轉(zhuǎn)移到砝碼盤(pán)；如果滑塊上遮光條的寬度為d，重力加速度，回答以下問(wèn)題：（1）某次實(shí)驗(yàn)過(guò)程中光電門(mén)1記錄的時(shí)間為，光電門(mén)2記錄的時(shí)間為，則可求得滑塊的加速度a＝______；（用測(cè)量的物理量符號(hào)表示）（2）將6個(gè)砝碼依次移至砝碼盤(pán)上，分別測(cè)出滑塊的加速度，描點(diǎn)作圖畫(huà)出加速度a與砝碼盤(pán)中砝碼個(gè)數(shù)N的關(guān)系圖像，如圖乙所示。圖像沒(méi)有經(jīng)過(guò)原點(diǎn)，產(chǎn)生的原因?yàn)開(kāi)_____；（3）通過(guò)圖像可求得滑塊的質(zhì)量M＝______kg，砝碼盤(pán)的質(zhì)量______kg。（均保留兩位小數(shù)）11．用如圖甲所示的裝置探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，把右端帶有滑輪的長(zhǎng)木板放在實(shí)驗(yàn)桌上，小車的左端連接穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，右端連接細(xì)線，細(xì)線繞過(guò)定滑輪掛有托盤(pán)和砝碼，通過(guò)墊塊調(diào)節(jié)木板左端高度平衡摩擦力。（1）下列實(shí)驗(yàn)操作正確的有___________。A．先釋放小車后接通電源

B．調(diào)整定滑輪使細(xì)線與長(zhǎng)木板平行C．平衡摩擦力時(shí)必須移去紙帶

D．平衡摩擦力時(shí)必須移去托盤(pán)和砝碼（2）某次實(shí)驗(yàn)打出的一條紙帶如圖乙所示，測(cè)得計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3、4與0計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離分別為x1=3.60cm、x2=9.61cm、x3=18.01cm、x4=28.81cm。已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)周期為0.02s，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫(huà)出，則小車的加速度a=___________m/s2（結(jié)果保留三位有效數(shù)字）。（3）實(shí)驗(yàn)中保持托盤(pán)和砝碼的總質(zhì)量不變，改變小車和車內(nèi)沙子的總質(zhì)量M，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)打出紙帶，算出相應(yīng)的加速度a，數(shù)據(jù)描在圖丙中，請(qǐng)?jiān)趫D丙中根據(jù)描出的點(diǎn)作出a-圖像___________；由圖像可得出的結(jié)論是___________。參考答案：C2．B3．B4．B5