人教版高中物理必修14.2实验：探究加速度与力、质量的关系精编作业

教案表课题4、2 实验:探究加速度与力、质量的关系课型实验课教学目标知识与技能1、理解物体运动状态的变化快慢,即加速度大小与力有关,也与质量有关、2、通过实验探究加速度与力和质量的定量关系、3、培养学生动手操作能力、过程与方法1、使学生掌握在研究三个物理量之间关系时,用控制变量法实现、2、指导学生根据原理去设计实验,处理实验数据,得出结论、3、帮助学生会分析数据表格,利用图象寻求物理规律、情感态度与价值观1、通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神、2、使学生养成实事求是的科学态度,乐于探究自然界的奥秘,能体验探索自然规律的艰辛与喜悦、3、培养学生的合作意识,相互学习、交流、共同提高的学习态度、重点难点教学重点1、怎样测量物体的加速度、2、怎样提供和测量物体所受的力、教学难点指导学生选器材,设计方案,进行实验,作出图象,得出结论、教具准备带有滑轮的长木板2个、小车2个、打点计时器、秒表、钩码、夹子、刻度尺、细线课时安排1教学过程与教学内容教学方法、教学手段与学法、学情导入新课情景导入多媒体播放十字路口红绿灯时摩托车、载重汽车减速停止与加速启动的画面、图4-2-1通过以上画面我们可以看出,摩托车启动很快,而载重汽车启动很慢,这是为什么呢？牛顿第二定律是动力学的核心规律,是本章重点和中心内容,而探究图4-2-2（3）描点 （4）连线通过得到的图线,分析a 与F 的关系、实验发现a-F 图象是一条过原点的直线、改变小车的质量重复上面步骤,看得出的图象有什么不同、 二、加速度与质量的关系让学生阅读课本,明确以下两个方面的内容:1、实验的基本思路:保持物体受力不变,测量不同质量下的加速度,分析加速度与质量的关系、2、实验数据的分析:根据定性分析判断结果:质量越大,加速度越小,猜测a ∝m 1,n m1 （1）设计表格,如: 次数 项目 1234 5a/m ·s -2m/kgm 1/kg -1n m1/kg -n（2）建立坐标系如图4-2-3:a-m 1或a-n m1图4-2-3（3）描点（4）连线得到图线分析,分析a 与m 的关系、为了增强学生做实验的目的性,引导学生分析以下内容:这个实验需要测量的物理量有三个:物体的速度、物体所受的力、物体的质量、质量可用天平测量,本实验要解决的主要问题是怎样测量加速度和怎样提供与测量物体受到的力、本节是探索规三、制定实验方案时的两个问题图4-2-41、怎样测量（或比较）物体的加速度,你能想到哪些方法？让学生思考后回答:用如图4-2-4所示的装置:在一端有滑轮的长木板上,放一小车,通过细绳另一端的钩码拉小车、（1）让物体做初速度为零的匀加速直线运动,用刻度尺测量物体运动的位移,用秒表测量出运动的时间,由x=21at 2公式算出、 （2）让物体做初速度为零的匀加速直线运动、在运动物体后安装一条通过打点计时器的纸带,根据纸带上打出的点来测量加速度、 （3）直接用加速度计测量、总结:这些方法的共同特点是直接测出了加速度的大小,我们要探究的是加速度与其他量之间的比例关系,如果不直接测出加速度,我们能否找出加速度和质量之间的定量关系呢？ 学生思考后回答:①如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x 1、x 2,位移之比就是加速度之比、2121x x a a =②如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动物体在相同位移内所用时间t 1、t 2,时间比的平方就是加速度之比的倒数、212221t t a a =2、怎样提供和测量物体所受的恒力、现实中,除了真空中抛出或落下的物体（仅受重力）外,仅受一个力的物体几乎是不存在的、然而,一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的,因此,实验中力F 的含义可以是物体所受的合力、那么,如何为一个运动的物体提供一个恒定的合力？如何测出这个合力呢？交流讨论:用前边测加速度的器材,使物体做匀加速运动的力就是物体的合力,这个合力就等于钩码的重力、通过改变钩码的个数就可以改变物体所受的合力,通过测量钩码的重力就可测得物体所受的合力、 注意事项:（1）在钩码质量远小于小车质量的条件下,钩码的重力大小才近似等于小车所受合力、（至于为什么,以后再讨论）（2）小车在运动时还受到木板对它的滑动摩擦力,那么我们如何减小滑动摩擦力,使物体所受的合力尽可能接近钩码的重力？ 学生交流讨论,大胆设想,并小组总结、律的实验,重点就是让学生亲身体验探究过程、在教师的引导下学生动手、动脑进行设计研究,体会通过控制变量来研究物理规律的重要方法,在研究电阻、电容等实验中都会用到此法、只有让学生在实际的设计和操作中才能使学生体会到物理学研究的方法,达到掌握方法、提高能力的目的、图4-2-5重点归纳:通过本题可以看出,物体的加速度跟合外力成正比,跟物体的质量成反比、课堂小结本节课以实验为依据,采用控制变量法进行研究、根据已掌握的物理知识自行设计实验方案、探索物理规律是物理学研究的重要方法、其基本思路是:提出问题→猜想（作出假设）→进行实验（收集数据）→数据分析→得出结论→反复验证→得出定律、板书2 实验:探究加速度与力、质量的关系一、加速度与力的关系1、实验思路:保持质量不变,探究a与F的关系2、数据分析二、加速度与质量的关系1、实验思路:保持受力不变,探究a与M的关系2、数据分析三、制定实验方案时的两个问题1、怎样测量（或比较）物体的加速度2、怎样提供和测量物体所受的恒力四、怎样由实验得出结论教学反思本节课先通过多媒体展示的画面或通过复习前面的旧知识提出问题,然后通过实例大胆猜测（或作出假设）,再通过实验搜集实验数据,利用图象通过对数据分析,得出结论来验证假设,最后反复验证得出定律、让学生深刻体会了探究实验的模式,培养了学生实事求是的科学态度,乐于探究自然界的奥秘,深刻体验科学家探索自然规律的艰辛与喜悦、同时本节实验中的控制变量法是物理学研究问题的重要方法,本节课也让学生亲自设计实验方案、亲自动手操作,培养了学生的实验能力、动手能力、。

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系一、单选题1.图（a）为“利用DIS研究小车加速度与力的关系”的实验装置，阻力忽略不计，得到a-F的关系如图（b）所示。

则实验过程中需满足的条件为（）A.小车质量较大且不变B.小车质量较小且不变C.钩码质量较大且不变D.钩码质量较小且不变2.实验室用滑轮、小车、打点计时器、砂桶、细线、纸带等实验器材组成如图所示实验装置可以完成多个力学实验，利用该装置进行如下实验时，以下说法正确的是（）A.在“研究匀变速直线运动”时必须设法消除小车和木板间的摩擦阻力影响B.在“研究匀变速直线运动”时必须使砂和砂桶总质量远小于小车的质量C.在“探究加速度a与小车质量M关系”时每次改变小车质量之后要重新平衡摩擦力D.在“探究加速度a与力F关系”时要调整滑轮高度使连接小车细线与木板平行3.下列器材中，“探究求合力的方法”和“探究加速度和力、质量的关系”实验都需要用到的是（）（填写字母）A. B. C. D.4.某小组利用如图所示的实验装置做“探究加速度与力、物体质量关系”的实验．实验中平衡摩擦力后，他们还调节木板上定滑轮，使牵引小车的细线与木板平行，这样做的目的是（）A.避免小车在运动过程中发生抖动B.使打点计时器在纸带上打出的点迹清晰C.保证小车最终能够做匀速直线运动D.使细线拉力等于小车受到的合力5.某学生做“验证牛顿第二定律”的实验在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大。

他所得到的a-F关系可用下列哪根图线表示？图中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力。

（）A. B. C. D.6.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。

实验时小刚同学将长木板平放在水平桌面上，并利用安装在小车上的拉力传感器测出细线的拉力，保持小车的质量不变，改变钩码的个数，得到多组数据，从而确定小车加速度a与细线拉力F的关系。

图乙中符合小刚的实验结果的是（）A. B.C. D.7.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中：某组同学用如图所示装置，采用控制变量的方法，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到的力的关系，下列措施中正确的是（）①首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力②平衡摩擦力的方法就是，在砂桶中添加砝码，使小车能匀速滑动③每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力④实验中通过在砂桶中增加砝码来改变小车受到的拉力⑤实验中应先放小车，然后再开打点计时器的电源⑥实验中绳子拉力方向跟平板平行A.①④⑤B.②③⑥C.①③⑥D.①④⑥8.在研究加速度a和力F、质量m的关系时，应用的是（）A.控制变量法B.等效替代法C.理论推导法D.理想实验法二、多选题9.利用如图所示的实验装置探究相关的力学实验，下列说法错误的是（）A.“探究速度随时间变化规律”的实验中，不需要平衡摩擦力B.探究“功和速度变化关系”的实验中，只打出一条纸带不能进行探究C.探究”加速度和力、质量的关系”实验中，物块的质量应远小于小车和砝码的总质量D.利用该实验装置，只要平衡摩擦力，就可以用来“探究机械能守恒定律”实验10.在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定律”的实验时，下列说法中正确的是A.平衡摩擦力时，应将砝码及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上B.连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行C.平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动D.小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车11.如图所示是某同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是()A.形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小B.形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大C.形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小D.形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大12.在《验证牛顿第二定律》的实验中，在研究作用力一定时加速度与质量成反比的结论时，下列说法中正确的是（）A.平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上B.每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力C.实验时，先放接通打点计时器电源，再立刻放开小车D.小车运动的加速度，可从天平测出装砂小桶和砂的质量m及小车质量M，直接用公式a= 求出（m<<M）13.小明用如图所示装置研究加速度与力的关系，图中带滑轮的长木板水平放置于桌面，拉力传感器可直接显示所受到的拉力大小．实验时，下列操作必要且正确的是________。

实验：探究加速度与力质量的关系一、选择题1．如图所示，在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内()A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1C．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2x2D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2x12．在探究加速度与力、质量的关系的实验中，用改变细砂质量的办法来改变对小车的拉力F.利用打点计时器测得小车的加速度a，得出若干组F和a的数据，然后根据测得的数据作出如图所示的a－F图线，发现图线既不过原点，又不是直线，原因是()A．没有平衡摩擦力，且小车质量较大B．平衡摩擦力时，所垫木块太高，且细砂和小桶的质量较大C．平衡摩擦力时，所垫木块太低，且细砂和小桶的质量较大D．平衡摩擦力时，所垫木块太高，且小车质量较大3．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”的本质就是想法让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的下滑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重物通过细绳对小车施加的拉力D．“平衡摩擦力”时应将小车在重物通过细绳和滑轮而拉动小车过程中进行调整E．“平衡摩擦力”是否成功，可由小车施动而由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定4．在探究加速度与力、质量的关系的实验中，下列做法和理由正确的是()A．实验中所用电源为低压直流电源B．可以用装有砂子的小桶来代替钩码，这样会使实验更加方便C．处理数据时不用a－m图象，而用a－1m图象，是为了便于根据图象直观地做出判断D．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力5．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，为验证小车的质量m不变时加速度a 与作用力F成正比，学生甲、乙、丙、丁分别选取四组小车的质量m及钩码的质量M做实验．甲：m＝500 g，M分别为50 g、70 g、100 g、125 g乙：m＝500 g，M分别为20 g、30 g、40 g、50 g丙：m＝500 g，M分别为50 g、70 g、100 g、125 g丁：m＝500 g，M分别为30 g、40 g、50 g、60 g若其他操作都正确，那么利用实验数据画出的a－F图象较准确的是()A．甲B．乙C．丙D．丁6．下图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系实验时安装完毕后准备释放小车时的装置示意图．另一同学指出了图中的几处错误，其中不正确的是()A．实验前没有平衡摩擦力B．拉小车的细线应与长木板平行C．实验中所用电源应为交流电源D．小车应靠近打点计时器且打点计时器应距右端较远些7．甲、乙、丙、丁四位同学在探究加速度与物体质量和合外力的关系的实验时(使用下图所示的装置)，设小车质量和车上砝码质量之和为M，砂及砂桶的总质量为m，分别得出如下图中甲、乙、丙、丁四条图线，其中图甲、乙、丙是a－F图线，图丁是a－1M图线，则下列说法中正确的是()A．甲和乙较好地把握了实验条件M远大于mB．丙和丁没有把握好实验条件M远大于mC．甲同学长木板的倾角太小，而乙同学长木板的倾角太大D．甲、乙、丙三同学中，丙较好地完成了平衡摩擦力的操作二、非选择题8．现测得某一物体F一定时，a与m的关系数据如下表：(1)根据表中所列数据，画出a－1m图象．(2)由a－1m图象可知，当F一定时，a与m成关系．9．下图所示为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置．(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持不变，用钩码所受的重力作为，用DIS测小车的加速度．(2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量．在某次实验中，根据测得的多组数据画出的a －F关系图线如图所示．①分析此图线的OA段可得出的实验结论是．②此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是()A．小车与轨道之间存在摩擦B．导轨保持了水平状态C．所挂钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大10．“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图所示．(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如下图所示．计时器打点的时间间隔为0.02 s．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a＝m/s2.(结果保留两位有效数字)(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F 的实验数据如下表：(3)若根据提供的实验数据作出的a－F图线与纵轴相交但不通过原点，请说明主要原因．实验：探究加速度与力质量的关系一、选择题1．如图所示，在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，车中所放砝码的质量分别为m1、m2，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许的范围内(A)A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1C．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2x2D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2x12．在探究加速度与力、质量的关系的实验中，用改变细砂质量的办法来改变对小车的拉力F.利用打点计时器测得小车的加速度a，得出若干组F和a的数据，然后根据测得的数据作出如图所示的a－F图线，发现图线既不过原点，又不是直线，原因是(C)A．没有平衡摩擦力，且小车质量较大B．平衡摩擦力时，所垫木块太高，且细砂和小桶的质量较大C．平衡摩擦力时，所垫木块太低，且细砂和小桶的质量较大D．平衡摩擦力时，所垫木块太高，且小车质量较大3．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(BCE)A．“平衡摩擦力”的本质就是想法让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的下滑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重物通过细绳对小车施加的拉力D．“平衡摩擦力”时应将小车在重物通过细绳和滑轮而拉动小车过程中进行调整E．“平衡摩擦力”是否成功，可由小车施动而由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定4．在探究加速度与力、质量的关系的实验中，下列做法和理由正确的是(C)A．实验中所用电源为低压直流电源B．可以用装有砂子的小桶来代替钩码，这样会使实验更加方便C．处理数据时不用a－m图象，而用a－1m图象，是为了便于根据图象直观地做出判断D．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力5．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，为验证小车的质量m不变时加速度a 与作用力F成正比，学生甲、乙、丙、丁分别选取四组小车的质量m及钩码的质量M做实验．甲：m＝500 g，M分别为50 g、70 g、100 g、125 g乙：m＝500 g，M分别为20 g、30 g、40 g、50 g丙：m＝500 g，M分别为50 g、70 g、100 g、125 g丁：m＝500 g，M分别为30 g、40 g、50 g、60 g若其他操作都正确，那么利用实验数据画出的a－F图象较准确的是(B)A．甲B．乙C．丙D．丁6．下图所示是某同学探究加速度与力、质量的关系实验时安装完毕后准备释放小车时的装置示意图．另一同学指出了图中的几处错误，其中不正确的是(D)A．实验前没有平衡摩擦力B．拉小车的细线应与长木板平行C．实验中所用电源应为交流电源D．小车应靠近打点计时器且打点计时器应距右端较远些7．甲、乙、丙、丁四位同学在探究加速度与物体质量和合外力的关系的实验时(使用下图所示的装置)，设小车质量和车上砝码质量之和为M，砂及砂桶的总质量为m，分别得出如下图中甲、乙、丙、丁四条图线，其中图甲、乙、丙是a－F图线，图丁是a－1M图线，则下列说法中正确的是(ACD)A．甲和乙较好地把握了实验条件M远大于mB．丙和丁没有把握好实验条件M远大于mC．甲同学长木板的倾角太小，而乙同学长木板的倾角太大D．甲、乙、丙三同学中，丙较好地完成了平衡摩擦力的操作二、非选择题8．现测得某一物体F一定时，a与m的关系数据如下表：(1)根据表中所列数据，画出a－1m图象．答案：如图所示(2)由a－1m图象可知，当F一定时，a与m成反比关系．9．下图所示为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度和力的关系”的实验装置．(1)在该实验中必须采用控制变量法，应保持小车的总质量不变，用钩码所受的重力作为小车所受的合外力，用DIS测小车的加速度．(2)改变所挂钩码的数量，多次重复测量．在某次实验中，根据测得的多组数据画出的a －F关系图线如图所示．①分析此图线的OA段可得出的实验结论是在质量不变的条件下，加速度与合外力成正比．②此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是(C)A．小车与轨道之间存在摩擦B．导轨保持了水平状态C．所挂钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大10．“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”的实验装置如图所示．(1)在平衡小车与桌面之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如下图所示．计时器打点的时间间隔为0.02 s．从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离．该小车的加速度a＝0.16(0.15也算对) m/s2.(结果保留两位有效数字)(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上．挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F 的实验数据如下表：答案：如图所示(3)若根据提供的实验数据作出的a－F图线与纵轴相交但不通过原点，请说明主要原因．答案：未计入砝码盘的重力11/ 11。

实验：探究加速度与力、质量的关系1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中：(1)某组同学用如图甲所示的装置，采用控制变量法，来研究在小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到的力的关系，下列措施中不需要和不正确的是________。

①首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力②平衡摩擦力的方法就是在塑料桶中添加砝码，使小车能匀速滑动③每次改变小车受到的拉力后都需要重新平衡摩擦力④实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力⑤实验中应先放小车，然后再接通打点计时器的电源A．①③⑤B．②③⑤C．③④⑤D．②④⑤(2)某组同学由实验得出数据，画出a­F图象如图乙所示，那么该组同学实验中出现的问题可能是________。

A．实验中没有平衡摩擦力B．实验中平衡摩擦力过度C．实验中绳子拉力方向没有跟木板平行D．实验中小车质量发生变化解析：(1)①实验时首先要平衡摩擦力，使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力；②平衡摩擦力的方法是将小车与纸带相连，小车前面不挂塑料桶，把小车放在斜面上给小车一个初速度，看小车能否做匀速直线运动；③每次改变小车受到拉力后都不需要重新平衡摩擦力；④实验中通过在塑料桶中增加砝码来改变小车受到的拉力是正确的；⑤实验中应先接通电源，后放开小车。

由此可见，①④正确，②③⑤错误，故选B。

(2)由图象可知，a­F图象在a轴上有截距，这是由于平衡摩擦力过度造成的。

故选B。

答案：(1)B (2)B2．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，备有下列器材：A．电火花计时器；B.天平；C.停表；D.交流电源；E.电池；F.纸带；G.细绳、砝码、滑块(可放在气垫导轨上)；H.气垫导轨(一端带定滑轮)；I.毫米刻度尺；J.小型气泵。

(1)实验中应选用的器材有________；实验的研究对象是________。

(2)本实验分两大步骤进行：①________________________________________________________________________；②________________________________________________________________________。

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系一、实验目的：经历图像处理过程，培养学生发现物理规律、收集信息、获取证据的能力。

二、实验器材（填空）小车、槽码、砝码、细绳、、垫木、打点计时器、、纸带、刻度尺、。

三、实验原理1．实验的基本思想——控制变量法(1)保持研究对象即小车的质量不变，改变槽码的个数可以成倍地改变小车所受拉力，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力。

(2)保持小车所受拉力不变，改变研究对象即小车的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量。

2．三个物理量的测量方法本实验的研究对象：小车(1)小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量。

(2)拉力的测量：当远小于的情况下，可以认为近似等于小车所受的拉力(合外力)。

(3)加速度的测量：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度。

四、实验步骤:(默写课本内容)1.用天平测出小车的质量，记为M车，2.安装好实验装置，，保证小车拉着纸带匀速下滑；3.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶（槽码），将车拉到打点计时器附近；4.先，再，得到纸带，并记下小桶和槽码重量，记为m桶+m槽；5.保持小车质量不变，改变槽码的质量（改变小车的拉力），重复以上的步骤几次；6.测出纸带加速度，描点作图，作a-F图像；7.控制槽码质量不变，增加小车上砝码质量记为m码（改变小车质量），再测几组数据；描点作图。

五、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图像(如图所示)，找出规律，分析a与F的关系。

小车质量一定:加速度与力的关系小车质量M车(M车+m码)= F=(m桶+m槽)g实验纸带m桶m槽m桶+m槽F a 纸带1纸带2纸带3小车所受拉力一定:加速度与质量的关系小桶和槽码质量m桶+m槽= M=M车+m码实验纸带M车m码M车+m码1Ma纸带1aF a班级：姓名：纸带2 纸带32．实验结论(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a 与所受力F 。

人教版高一物理必修第一册课堂同步精选练习4.2实验探究加速度与力、质量的关系（解析版）1.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,如图所示是某同学正要释放小车的情形,下列说法正确的是()A.应把长木板水平放置B.应使小车离打点计时器远些C.应将打点计时器接在直流电源上D.应调整滑轮高度使细绳与长木板表面平行【答案】D【解析】实验时需要注意操作事项,为了使绳子的拉力充当小车运动的合力,应调整滑轮高度使细绳与长木板表面平行。

2.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验步骤中,下列做法正确的是()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】实验中变量较多时,采用控制变量法,即先保持一个变量不变,研究另外两个变量之间的关系。

3.某同学采用如图(1)所示的装置探究物体的加速度与所受合力的关系。

用砂桶和砂的重力充当小车所受合力F;通过分析打点计时器打出的纸带,测量加速度a。

作出图(2)所示a-F图象,根据图象中的点迹,判断造成这种结果的原因可能是()图(1)图(2)A.在平衡摩擦力时将木板右端垫的过低B.没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力时将木板右端垫的过低C.测量小车的质量或者加速度时的偶然误差过大D.砂桶和砂的质量过大,不满足砂桶和砂的质量远小于小车质量的实验条件【答案】D【解析】图象不经过原点,拉力为零,加速度不为零,可知平衡摩擦力过度,即木板倾角过大;曲线上部出现弯曲现象,随着F的增大,即砂和砂桶质量的增大,不再满足砂和砂桶的质量远小于小车质量的实验条件,故D正确。

4.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,采用如图所示的实验装置与方案。

本实验的特点是通过黑板擦控制两小车的启动与停止,将测量两车的加速度转换为测量两车的位移。

实验：探究加速度与力、质量的关系[实验目的]通过实验探究物体的加速度与它所受的合力、质量的定量关系[实验原理]1 、控制变量法：⑴保持m 一定时，改变物体受力F 测出加速度a ，用图像法研究a 与F 关系⑵保持F 一定时，改变物体质量 m 测出加速度a ，用图像法研究a 与 m 关系2、物理量的测量：(1)小车质量的测量：天平(2)合外力的测量：小车受四个力，重力、支持力、摩擦力、绳子的拉力。

重力和支持力相互抵消，物 体的合外力就等于绳子的拉力减去摩擦力。

小车所受的合外力不是钩码的重力。

为使合外力等于钩码的重 力，必须：①平衡摩擦力： 平衡摩擦力时不要挂小桶，应连着纸带且通过打点记时器的限位孔，．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．将长木板倾斜一定角 度，此时物体在斜面上受到的合外力为 0。

做实验时肯定无法这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜 面上大致能够匀速下滑(可以根据纸带上的点来判断) ，这就说明此时物体合外力为 0，摩擦力被重力的沿 斜面向下的分力(下滑力)给抵消了。

由于小车的重力 G 、支持力N 、摩擦力f 相互抵消，那小车实验中受 到的合外力就是绳子的拉力了。

点拨： 整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变托盘和砝码的质量，还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力 .②绳子的拉力不等于沙和小桶的重力：砂和小桶的总质量远小于小车的总质量 时，可近似认为绳子的拉 ．．． ．．．．．．．．＜m 时，才能认为绳子的拉力不等于沙和小桶的重力。

点拨： 平衡摩擦力后，每次实验必须在满足小车和所加砝码的总质量远大于砝码和托盘的总质量的条件下进行.只有如此，砝码和托盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等 .在画图像时，随着勾码重量的增加或者小车质量的倒数增加时，实际描绘的图线与理论图线不重合，会向下弯折。

(3)加速度的测量：①若v 0 = 0 ， 由 x = v 0 t + a t 2 /2 得： a = 2 x / t 2 , 刻度尺测量x ，秒表测量t②根据纸带上打出的点来测量加速度，由逐差法求加速度。

人教版物理必修1第四章2：实验（探究加速度与力、质量的关系）一、实验探究题。

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，某位同学设计的实验步骤如下：A．用天平称出小车和小桶及一其中所装砂子的质量；B．按图连接好实验器材；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6V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−M关系．（1）该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. 某组同学设计了“探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系”实验．如图所示为实验装置简图，A为小车，B为电火花计时器，C为装有细砂的小桶，D为一端带有定滑轮的长方形木板，实验中认为细绳对小车的拉力F等于细砂和小桶的总重量，小车运动的加速度a可用纸带上打出的点求得．（1）如图所示为某次实验得到的纸带，已知实验所用电源的频率为50Hz．根据纸带可求出电火花计时器打B点时的速度为________m/s，小车的加速度大小为________m/s2．（结果均保留两位有效数字）（2）在“探究加速度a与质量m的关系”时，某同学按照自己的方案将实验数据在坐标系中进行了标注，但尚未完成图像（如图所示）．请继续帮助该同学作出坐标系中的图像．3. 某同学利用如图甲所示的实验装置，探究小车的加速度和它所受拉力F的关系．（1）除备有4个50g钩码外，另有下列实验器材备选：A．质量为300g的小车B．质量为2kg的小车C．输出电压为4∼6V的直流电源D．输出电压为4∼6V的交流电源为保证实验成功，选用的实验小车应为________，电源应为________（填字母代号）（2）某同学正确选择实验器材后，通过实验得到如图乙所示的a−F图像，造成图线未过坐标原点的原因是________．4. 探究加速度与物体质量、物体受力的关系的实验中，某同学用如图甲所示装置进行实验，打点计时器所用电源的频率为50Hz，重物通过跨过滑轮的细线与小车相连．（1）该同学在实验中打出了一条纸带，纸带上A、B、C、D、E这些点的间距如图乙所示，其中每相邻两点间还有4个计时点未画出．根据测量结果计算：①打C点时纸带的速度大小为________m/s；②纸带运动的加速度大小为________m/s2（结果保留3位有效数字）（2）若该同学平衡好摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度，根据小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据作出的a−F图线来探究加速度与合外力的关系，此实验操作________（选填“能”或“不能”）探究加速度与质量的关系．5. 某实验小组应用如图所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，单个砝码质量为m，打点计时器所接的交流电的频率为50Hz，动滑轮轻质．实验步骤如下：A．按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；C．挂上钩码，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；D．改变钩码的数量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度．根据以上实验过程，回答以下问题：（1）对于上述实验，下列说法正确的是（）A.钩码的质量应远小于小车的质量B.实验过程中钩码处于超重状态C.与小车相连的轻绳与长木板一定要平行D.弹簧测力计的读数应为钩码重力的一半（2）实验中打出的其中一条纸带如图所示，由该纸带可求得小车的加速度a=________m/s2（结果保留两位有效数字），若交流电的实际频率大于50Hz，则上述计算结果与实际值相比________（选填“偏大”“偏小”或“相同”）．（3）由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图像，与本实验相符合的是（）A. B.C. D.二、选择题。

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系Ⅰ. 基础达标1.利用如图所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”，下列说法中正确的是()A.保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系B.保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量之间的关系C.先保持小车所受拉力不变，研究加速度与力的关系；再保持小车质量不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系D.先保持小车质量不变，研究加速度与力的关系；再保持小车受力不变，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系答案D解析该实验采用的是控制变量法，即保持一个量不变，研究其他两个量之间的关系.在探究加速度与质量的关系时，应保持拉力的大小不变，在探究加速度与力的关系时，应保持质量不变，最后归纳出加速度与力、质量的关系，A、B、C错误，D正确.2.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响，关于该操作环节，下列四种装置图中正确的是()答案B解析依靠重力来平衡阻力，同时阻力包含纸带与打点计时器之间的摩擦力，故操作为：需要在小车上连上纸带，但是不能挂重物，把打点计时器所在的一端垫高.故B正确，A、C、D错误.3.(1)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学组装了如图所示的装置.①图示实验装置中除未平衡摩擦力外，还有一处错误是________；②关于平衡摩擦力的操作过程，下列说法正确的是________.(填字母代号)A.应将长木板的右端适当垫高B.应将重物通过细线与小车相连C.应将纸带穿过打点计时器并与小车相连D.如果小车能在长木板上保持静止，就表明已经平衡摩擦力(2)如图为某次实验所得的纸带，E点在刻度尺上的读数为______ cm，可求出该条纸带的加速度为______m/s2.(结果保留两位有效数字)答案(1)①拉小车的细绳没有与长木板平行②AC(2)3.800.20解析(1)①实验要求拉力是平行于长木板方向的，题图中拉小车的细绳没有与长木板平行.②平衡摩擦力正确的操作：纸带穿过打点计时器并与小车相连，将长木板的右端适当垫高，轻推小车，如果纸带上的点迹均匀分布，说明小车做匀速直线运动，代表摩擦力已经平衡.(2)读数为3.80 cm.由题图中数据可知CD＝1.10 cm，DE＝1.30 cm，EF＝1.50 cm，FG＝1.70 cm，GH＝1.90 cm，HI＝2.10 cm，则根据Δx＝aT2得出a＝0.20 m/s2.4.“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示.(1)在平衡小车与长木板之间摩擦力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示.计时器打点的时间间隔为0.02 s，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，测量并标出相邻计数点之间的距离，该小车的加速度a＝________ m/s2.(2)平衡摩擦力后，将5个相同的砝码都放在小车上.挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度.小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表：砝码盘中砝码总重力F/N0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/(m·s－2)0.69 1.18 1.66 2.18 2.70请根据实验数据在如图所示坐标系中作出a－F的关系图象.(3)本实验已正确平衡摩擦力，根据提供的实验数据作出的a－F图线不通过原点，主要原因是________________________________.答案(1)0.16(2)见解析图(3)计算F时忘记加入砝码盘的重力解析(1)由题意可知计数点间的时间间隔T＝5T0＝0.1 s.由题图乙可知Δx＝0.16 cm＝1.6×10－3 m，由Δx＝aT2可得a＝0.16 m/s2.(2)a－F图线如图所示.(3)平衡小车与长木板之间的摩擦力后，a－F图象仍不通过原点，是由于在计算F时忘记加入砝码盘的重力，使作出的图象向左平移.5.两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码(如图甲).小车所受的水平拉力F 的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘)所受的重力大小.小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线(图乙)，控制两辆小车同时开始运动和结束运动.由于两个小车初速度都是零，运动时间又相同，因为x ＝12at 2，即x ∝a ，所以只要测出两小车位移x 之比就等于测出它们的加速度a 之比.实验结果是：当两小车质量相同时，________________；当拉力F 相等时，_________________.实验中用砝码(包括砝码盘)所受的重力G ＝mg 的大小作为小车所受拉力F 的大小，这样做会引起实验误差，为了减小这个误差，G 与小车所受重力Mg 之间需要满足的关系是：______.答案 加速度与拉力成正比 加速度与质量成反比 G ≪Mg解析 实验过程中，当两小车质量相同时，砝码(包括砝码盘)重力越大，相同时间内位移越大，则加速度越大，进行实验时会发现，加速度与所受拉力成正比；若砝码重力不变，即拉力不变时，质量越大的小车，相同时间内位移越小，即加速度越小，进行测量分析知，加速度与质量成反比.如果砝码(包括砝码盘)的重力G 远小于小车的重力Mg 时，G 近似等于拉力F .Ⅰ. 能力提升6.(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小车的情况)，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B②D 6 V电压的蓄电池 6 V以下的交流电源③G a－M图象a－1 M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－1M 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.。

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系1．在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力的关系”；又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”。

这种研究物理问题的科学方法是A．建立理想模型的方法B．控制变量法C．等效替代法D．类比法2．在“验证牛顿运动定律”实验的准备阶段，小车不挂小桶时，先将木板的一端垫起一定高度。

这样做的目的是A．测量小车运动的加速度B．平衡摩擦力C．测量小车运动的速度D．测量木板倾斜的角度3．（2021·江苏省盐城市龙冈中学高二年级学业水平调研考试）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列做法正确的是A．在用打点计时器打纸带时，应该先放开小车，再接通打点计时器的电源B．在探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力的大小C．在探究加速度与质量的关系时，为了直观判断两者间的关系，应作出图象D．在探究加速度与力的关系时，作图象应该用折线将所描的点依次连接4．在用实验探究加速度和力、质量的关系时，下列关于实验的思路和数据分析，不正确的是A．实验的基本思想是：保持物体的质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，分析加速度与力的关系B．实验的基本思想是：保持物体所受力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系C．在处理实验数据中，以a为纵坐标，F为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比D．在处理实验数据时，以a为纵坐标，m为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与m成正比5．在做探究加速度与力、质量的关系的实验时，下列说法中错误的是A．应使砂和小桶的总质量远小于小车和砝码的总质量，以减小实验误差B．可以用天平测出小桶和砂的总质量m1，小车和砝码的总质量m2，根据公式a=m1g/m2求出小车的加速度C．处理实验数据时采用描点法画图象，是为了减小误差D．处理实验数据时采用a–1m图象，是为了便于根据图线直观地作出判断6．在研究小车的加速度a和小车的质量M的关系时，由于始终没有满足M m为砂桶及砂桶中砂的质量的条件，结果得到的图象应是A．B．C．D．7．（2021·江苏省无锡市普通高中高二上学期期末考试）某组同学用如图所示装置，来研究小车质量不变的情况下，小车的加速度与小车受到力的关系。

第四章 运动和力的关系4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系1．如图所示某同学将力传感器固定在小车上，然后把绳的一端固定在传感器的所示某同学将力传感器固定在小车上，然后把绳的一端固定在传感器的挂钩上，用来测量绳对小车的拉力，探究所示某同学将力传感器固定在小车上，然后把绳的一端固定在传感器的在小车及传感器总质量不变时加速度跟它们所受拉力的关系，根据所测数据在坐标系中作出了如图所示的a -F 图像。

(1)图像不过坐标原点的原因是_______________；(2)本实验中是否需要细沙和桶的总质量远小于小车和传感器的总质量___(填“是”或 “否”) (3)由图像求出小车和传感器的总质量为______kg ； 【答案】 没有平衡摩擦力，或平衡的不够； 否 1 【解析】(1)[1].由图象可知，当F ≠0时，加速度仍然为零，说明没有平衡摩擦力，或平衡的不够；(2)该实验中由于已经用传感器测出绳子拉力大小，不是将砝码和砝码盘的重力作为小车的拉力，故不需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量； (3)[3].a -F 图象中的斜率表示质量的倒数，由图可知，0.5010.60.1a k F -===- 所以质量11kg M k==. 2．如图1所示，为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a 与钩码的质量及小车和砝码的质量对应关系图．钩码的质量为m 1，小车和砝码的质量为m 2，重力加速度为g ．（1）下列说法正确的是______．A．每次在小车上加减砝码时，应重新平衡摩擦力B．实验时若用打点计时器应先释放小车后接通电源C．本实验m2应远小于m1D．在用图象探究加速度与质量关系时，应作a﹣1m2图象（2）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，测得F=m1g，作出a﹣F图象，他可能作出图2中______ （选填“甲”、“乙”、“丙”）图线．此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是______．A．小车与轨道之间存在摩擦B．导轨保持了水平状态C．钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大（3）实验时，某同学遗漏了平衡摩擦力这一步骤，若轨道水平，他测量得到的1m2﹣a图象，如图3．设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，则小车与木板间的动摩擦因数μ=_____．【答案】D 丙 C μ=b gk【解析】（1）[1]A、平衡摩擦力，假设木板倾角为θ，则有：f=mgsinθ=μmgcosθm约掉了，每次在小车上加减砝码时，故不需要重新平衡摩擦力;故A错误.B、实验时应先接通电源后释放小车，故B错误.C、让小车的质量m1远远大于小盘和重物的质量m2，因为：际上绳子的拉力F=Ma=m1g 1+m1m2故应该是m1＜＜m2，故C错误；D、由牛顿第二定律F=ma，所以a=Fm ，所以在用图象探究小车的加速度与质量的关系时，通常作√36图象，故D正确；（2）[2] [3]遗漏了平衡摩擦力这一步骤，就会出现当有拉力时，物体不动的情况，故可能作出图2中丙.此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是钩码的总质量太大，没有远小于小车和砝码的质量，故选C。