第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系（教师版）-【帮课堂】2022-2023学年高一物理同步精品讲义（人教2019必修第一册 ）

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知识精讲
第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系
课程标准 课标解读
1．明确影响物体加速度的两个因素——
力和质量。
2．学会测量物体的质量、加速度和受到
的力，通过实验探究加速度与力、质量的
关系。
3．会运用图像法处理实验数据，得出实
验结论。
4．体会“控制变量法”对研究问题的意
义。
1、经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程，能
够依据要求进行实验设计，学会选择合理的实验方案
进行探究实验。
2、经历用图像法处理数据的过程，从图像中发现物理
规律，培养学生收集信息、获取证据的能力。
3、经历实验操作和测量的过程，知道如何平衡摩擦
力、减小系统误差等操作方法，体会探究过程的科学
性和严谨性，培养与人合作、学会分享的团队精神。
知识点 01 实验原理
实验的基本思想——控制变量法
(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系．
(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．
(3)作出 a－F图象和 a－图象，确定 a与F、m的关系．
【即学即练 1】(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是(
)
A.“平衡摩擦力”的本质就是使小车受到的摩擦力为零
B.“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡
C.“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂钩码通过细绳对小车施加的拉力
D.“平衡摩擦力”是否成功，可由小车拖动由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定
【答案】BCD
【解析】小车所受的摩擦力不可避免，平衡摩擦力的本质就是使小车的重力沿斜面方向的分力与小车所受的摩
擦阻力相平衡，A 错误，B 正确；其目的是使小车所受的合力等于细绳对小车的拉力，C 正确；恰好平衡摩擦力
时，小车拖动纸带，不给小车提供拉力，给小车一个初速度，小车做匀速直线运动，由打点计时器打出的纸带
点迹间距应该是均匀的，D 正确.
【即学即练 2】在“探究加速度与力、质量的关系”的实验步骤中，下列做法中正确的是(　　)
A．同时改变拉力 F和小车质量 m的大小
B．先保持小车质量 m不变，研究加速度 a与拉力 F的关系，再保持 F不变，研究 a与m的关系，最后导出 a
与m及F的关系
C．只改变拉力 F的大小，小车质量 m的大小始终保持不变
D．只改变小车质量 m的大小，拉力 F的大小始终保持不变
答案：B
解析：该实验采用的是“控制变量法”，即保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；保持小车受力不变，
研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者间的关系，B选项正确，A、C、D选项错误．
知识点 02 实验器材
小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、
坐标纸．
知识点 03 实验过程
1.用天平测出小车的质量
M
，并把数值记录下来.
2.按如图所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳).
3.平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时
可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等).
4.在砝码盘里放入适量的砝码，用细绳绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出砝码盘
和砝码的质量
m
，记录下来.接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下 .
(表1)
次数 1 2 3 4 5 6
小车加速度
a
/(m·s－2)
砝码盘和砝码的质量
m
/kg
拉力
F
/N
5.保持小车的质量不变，改变砝码和砝码盘的质量，按步骤 4再做 5 次实验.
6.用公式 Δ
x
＝
aT
2或
a
＝求得小车的加速度
a
，并记录到表格中.
7.保持砝码和砝码盘的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录到下
面的表格中.（表 2）
次数 1 2 3 4 5 6
小车加速度
a
/(m·s－2)
小车质量
M
/kg
/kg－1
8.整理实验器材，结束实验.
【即学即练 3】(1)用如图所示的装置研究在作用力
F
一定时，小车的加速度
a
与小车(含砝码)质量
M
的关系，
甲同学设计的实验步骤如下：
A.用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量
B.按图装好实验器材
C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶
D.将电磁打点计时器接在6 V 电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并
在纸带上标明小车质量
E.保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的
M
值，重复上述实验
F.分析每条纸带，测量并计算出加速度的值
G.作
a
－
M
关系图象，并由图象确定
a
与
M
的关系
① 甲同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在步骤________之后.
②在上述步骤中，有错误的是步骤________，应把____________改为____________.
③在上述步骤中，处理不恰当的是步骤________，应把________改为________.
(2)乙同学根据实验要求安装的实验装置如图(图为已接通电源刚要释放纸带的情况)，请改正乙同学的五个错误.
①电源________；
②电磁打点计时器位置________；
③滑轮位置________；
④小车位置________；
⑤长木板________.
【答案】(1)①平衡摩擦力　B ②D　6 V 电压的蓄电池　6 V 以下的交流电源③ G　
a
－
M
图象　
a
－图象
(2)①应用 6 V 以下的交流电源　②应靠右端　③应使细绳平行于木板　④应靠近打点计时器　⑤应垫高右端以
平衡摩擦力
【解析】(1)实验中把小桶及其中砂子的重力之和看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡
摩擦力且应排在步骤 B 之后.电磁打点计时器接在6 V 电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6 V 以下交流电源
上.作
a
－
M
关系图象，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直”，改作
a
－关系图象.
(2)电磁打点计时器应使用低压(6 V 以下)交流电源，且要固定在长木板无滑轮的一端，即应靠右端；释放小车
时，小车应靠近打点计时器；连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板；实验时应
平衡摩擦力，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受摩擦力平衡，故应垫高长木板右端以平衡摩擦力.
知识点 04 数据处理
1.由表1 中记录的数据，以
a
为纵坐标、
F
为横坐标，根据数据作
a
－
F
图象(如图所示)，找出规律，分析
a
与
F
的关系.
2.由表 2 中记录的数据，分别以
a
为纵坐标、
M
和为横坐标，根据数据作
a
－
M
图象和
a
－图象(如图所示)，分析
a
与
M
的关系.
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