第18讲 加速度与力、质量之间的关系-【帮课堂】2021-2022学年高一物理同步精品讲义（粤教2019必修第一册）

第18讲 加速度与力、质量之间的关系 课程标准 课标解读 1.知道用控制变量法探究物理规律的思想. 2.了解气垫导轨减小摩擦力的原理和光电门、数字计时器在实验中的作用. 掌握定量探究加速度与物体受到的合外力、物体质量的关系的方法.4.学会利用a－F、a－eq \f(1,m)图像分析实验数据． SHAPE \* MERGEFORMAT 一、影响加速度的因素 在如图1所示的气垫导轨上，将滑块放置在光电门1处由静止开始运动，观察并记录． 实验思想：控制变量 (1)保证滑块质量不变，在大小不同的外力(改变小桶中的橡皮泥的质量)作用下，同一滑块经过两个光电门的时间． (2)在大小相同的外力作用下，滑块上放有砝码和没放砝码时通过两个光电门的时间． 图1 结论： (1)同一滑块受到的力越小，滑块运动得越慢，通过光电门的时间就越长，由s＝eq \f(1,2)at2，可知s一定，t越长，a越小；反之t越短，a越大．即加速度与物体受到的外力F有关． (2)大小相同的外力下，滑块质量大的运动得慢，通过时间长，加速度小，反之加速度大 .即加速度与物体的质量有关． 二、加速度与力、质量之间的定量关系 实验思路：通过定滑轮悬挂小桶，释放小桶，滑块在细绳拉力的牵引下，沿水平导轨加速运动．通过测量滑块的质量、滑块所受的合外力与滑块的加速度，探究三者之间的关系．质量可以用天平测量，加速度和力怎么测量呢． 1．加速度的测量： 此处我们利用光电门求瞬时速度v1和v2，再利用运动学公式v22－v12＝2as求加速度，其中s为两个光电门之间的距离；v1和v2分别表示滑块通过两个光电门的瞬时速度v1＝eq \f(Δs,Δt1)，v2＝eq \f(Δs,Δt2)，(Δs为遮光条的宽度，Δt1、 Δt2为遮光条通过光电门的时间．因为遮光条通过光电门时遮光的时间很短，可认为滑块通过光电门时的平均速度等于瞬时速度)．a＝eq \f(v22－v12,2s)＝eq \f(\f(Δs,Δt2)2－\f(Δs,Δt1)2,2s) (Δs和s一定时，测量滑块通过两个光电门的时间即可测量加速度a)． 2．力的测量 当小桶总质量远小于滑块质量时，滑块的加速度很小，接近平衡状态，我们可把滑块所受的拉力近似地看成小桶的总重力. 综上所述，在用气垫导轨减小摩擦力的影响与保证加速度很小(即保证小桶总质量m≪滑块质量M)两个条件下，滑块的合外力F合＝mg.(即滑块所受的合外力转化为测量小桶的重力mg) 三、实验与探究 1．探究加速度与力的定量关系 保持滑块质量不变，通过增减橡皮泥的数量来改变F的大小，重复试验，记录数据． 滑块质量M＝________kg 橡皮泥及小桶质量m/kg F/N Δt1/s v1/(m·s－1) Δt2/s v2/(m·s－1) s/m a/(m·s－2) 作出a－F图像(如图2所示) 图2 结论：________________________________________________________________________. 2．探究加速度与质量的定量关系 保持合外力(橡皮泥及小桶m的重力)不变，改变滑块M质量，重复试验，记录数据． 两光电门距离0.50 m，遮光条宽度0.03 m，滑块所受拉力F＝________N. 滑块(包含遮光条与砝码)的质量M/kg Δt1/s v1/(m·s－1) Δt2/s v2/(m·s－1) s/m a/(m·s－2) 作出a－eq \f(1,M)图像(如图3所示) 图3 结论：________________________________________________________________________. 四、注意事项： 1．气垫导轨的气源不能长时间供气(不要超过3分钟)，做完一组实验应立即关闭气垫导轨气源． 2．实验之前应调节地脚螺丝，使不挂小桶时滑块通过两个光电门的时间相同，说明气垫导轨已被调平． 3．为了保证滑块所受的拉力近似地等于小桶的重力，实验过程中应使小桶的总质量远小于滑块的质量． 4．作图时应使直线通过尽量多的点，不在线上的点均匀分布在线的两侧，偏离太远的点应舍去． 【知识拓展1】三个物理量的测量 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：在平衡小车受到的摩擦力时，不要(填“要”或“不要”)悬挂砝码盘，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度