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实验:探究加速度与力、质量的关系课前自主学案

11-07 14:56:20   浏览次数:639  栏目:高二物理教学设计
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思考与讨论

    一辆小汽车起步时,在20s内速度能达到100Km/h, 而一列火车要达到100Km/h,大约需要500s,为什么两者的加速度会相差这么大呢?     一辆竞赛用的赛车,质量与一般的小汽车相仿,只要四五秒钟的时间,就可以由静止加速到100Km/h,赛车与普通的小汽车有什么不同吗?     由上述两个问题,你能回答物体的加速度与什么因素有关吗?     很多事实告诉我们:物体质量一定时,受力越大,加速度越大;物体的受力一定时,质量越大,加速度越小。这是它们之间的定性关系。它们之间有什么定量的关系呢?     由于物体的加速度与受外力、质量都有关,我们用控制变量的方法来研究。   加速度与力的关系     实验条件:保持物体的质量不变,测量出物体的受不同的力作用下的加速度,分析加速度与力的关系。     合理猜想:结合生活常识,使研究有一个方向,猜想:加速度与力成正比。     数据处理:设计一个表格,记录力与对应的加速度。为了更直观判断加速度与力成是否成正比,可以以力为横坐标,加速度为纵坐标,画出a-F图像,如果是通过原点的直线,则猜想成立,如果不是直线,则可能是其他关系。   加速度与质量的关系     实验条件:保持物体的受力相同,改变质量,测量加速度,分析加速度与质量的关系。     合理猜想:根据生活常识,质量大的物体,加速度小,猜想:a与M成反比。     数据处理:设计一个表格,记录质量与对应的加速度。同样,以质量为横坐标,加速度为纵坐标,画出a-M图像,观察是否是反比例图像(如图1),实际上,也可以画出a-1/M图像,如果a-M是反比例关系,则a-1/M就是正比例关系,如果a-1/M是经过原点的直线(如图1),说明猜想是对的,如果不是直线,也可以猜想a-1/M2 、a-1/M3是正比,同样可以通过画图像直观来验证猜想的正确性。         设置实验方案     本实验需要测量质量、加速度与力。质量可以用天平测量。     (1)怎样测量物体的加速度呢?     物体做匀变速运动,可以在物体上安装一条纸带,通过打点计时器打点来测量加速度。     (2)怎样测量物体受到的外力。     现实中,物体只受一个力的情况很少,因此,这儿的力应理解成物体受到的合力。不同的运动,物体受到的力的多少是不一样的,测量合力的方法也不尽同。下面的参考案例可以供大家参考。同学们也可以设置其他实验方案。     参考案例     如图2,斜面AB长度为1米,虚线BD为小车沿匀速下滑时,斜面AB的位置。在小车后面安装一条纸带,通过打点计时器打点来测量加速度。力的测量方法如下:     F合力=Mg(sinθ-μcosθ)       而: sinθ= AC/AB=AC     cosθ= BC/AB=BC        μ=tanβ= DC/ BC= DC/ cosθ               (1)     由(1)式可得::     DC=                  (2)      sinθ-μcosθ=                  (3)     由(3)式,合力的测量可以简化为:     F合力=                    (4)     思考:(1)质量不变时,如何改变小车的合外力?。     (2)增加砝码,改变小车的质量时,研究加速度与质量的关系,如何保证小车的合外力不变时?     由上分析看见:质量不变时,只要成倍改变AD合力就成倍增加。就可以研究质量不变时,加速度与外力的关系。     增加砝码,改变小车的质量时,只要同时改变AD,使Mg×AD不变,就可以研究外力不变时,加速度与质量的关系。     实验仪器介绍  


www.lexue88.com     如图3,中旋转基板定位于图2中BD位置。三角斜面插入轨道,将轨道相对中旋转基板转过一定的角度,由米尺测量出AD(sinθ-μcosθ)的数值,得到F合力的绝对数值。也可以通过斜面上的刻度AE直接读出AD (sinθ-μcosθ)的数值。米尺就不需要了。AE对AD还起到放大作用。     实验步骤     研究质量不变时,外力与加速度的关系     (1)如图3,调整垫块的位置,根据打点计时器的监控,使小车恰沿着轨道匀速下滑,使中旋转基板定位于图2中BD位置。         (2)如图3,三角斜面插入轨道,改变三角斜面斜边的插入长度,使AD为0.5cm、1cm、1.5 cm、2 cm、2.5 cm,AD就相应变成1倍、2倍、3倍、4倍、5倍,通过打点计时器,测出对应的加速度。     设置表格,记录数据:   次数 AD(F) a(m/s2) 1 1F   2 2F   3 3F   4 4F   5 5F         (3)用坐标纸,画出a-F图像,验证猜想的正确性。     探究受力一定,a与M的关系的实验:     (1)如图3,调整垫块的位置,通过打点计时器的监控,使小车恰沿着轨道匀速下滑,使中旋转基板定位于图2中BD位置。     (2)如图3,三角斜面插入轨道,增加砝码,改变小车的质量,并同时改变插入的三角斜面的斜边的长度,使Mg×AD持不变,则合力不变化,通过打点计时器,测出不同的质量所对应的加速度。     测量表格2:Mg×AD=

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