第四章 第二节 加速度与力、质量之间的关系（教师用书）-2022-2023学年新教材高中物理必修第一册【金版新学案】同步导学（粤教版2019）

第二节　加速度与力、质量之间的关系 [学习目标]　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． 一、探究影响加速度的因素 1．实验目的 (1)学会用控制变量法探究物理规律． (2)探究影响加速度的因素． 2．实验装置 如图所示的是该实验的实验装置． 3．实验思路——控制变量法 (1)在大小不同的外力(改变小桶中的橡皮泥质量)作用下，测量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，测量滑块上放有砝码和没放砝码时通过两个光电门的时间． 4．实验结果分析 (1)相同质量的物体，受到的外力越小，加速度越小； (2)受到相同外力时，质量越小，加速度越大； (3)物体的加速度a既跟所受的外力F有关，又跟物体本身的质量m有关． 二、加速度与力、质量之间的定量关系 物理的测量 本实验需要测量的物理量：滑块的加速度、滑块所受到的力和滑块的质量． (1)质量的测量 可用天平测量． (2)加速度的测量 根据v1＝和v2＝，可计算出滑块经过两光电门时的瞬时速度，再由v－v＝2as，可计算出滑块的加速度． (3)力的测量 用天平测出装有橡皮泥的小桶的总质量，把装有橡皮泥的小桶的总重力当作滑块(包括上面的遮光条和砝码)受到的拉力F. 说明：把小桶(含橡皮泥)的总重力当作滑块受到的拉力的条件是小桶与橡皮泥的质量远小于滑块(含遮光条与砝码)的质量． 三、实验步骤 1．安装实验器材：将上面插有遮光条的滑块置于一端带有定滑轮的水平气垫导轨上． 2．悬挂小桶 在细线一端挂上小桶，另一端跨过定滑轮连接在滑块前端． 3．测量距离 用刻度尺测出两光电门的距离s，用刻度尺测出固定在滑块上的遮光条的宽度Δs. 4．收集数据 将滑块置于远离定滑轮的气垫导轨上的一端由静止释放，用数字计时器测出遮光条分别通过前后两个光电门所经历的时间Δt1、Δt2，并记录小桶及橡皮泥的总重力m1g. 5．探究加速度与力的定量关系 (1)保持滑块的质量不变，通过增加橡皮泥的质量，增加滑块所受的拉力．(小桶和橡皮泥的总质量远小于滑块的质量) (2)重复步骤5，多做几次实验，记录好滑块的质量和小桶及橡皮泥的总重力m2g、m3g…，滑块通过光电门1、2的速度v1、v2…，将实验数据记入表格 滑块质量M＝________kg 橡皮泥及小桶的质量m/kg 滑块所受拉力大小的近似值F/N 滑块通过光电门1的速度v1/(m·s－1) 滑块通过光电门2的速度v2/(m·s－1) 两光电门间的距离s/m 滑块加速度的计算值a/(m·s－2) 6.探究加速度与质量的定量关系 (1)保持小桶及橡皮泥质量(滑块所受的拉力)不变，通过增加滑块上的砝码，改变滑块(含遮光条和砝码)的质量，接通电源后放开滑块，记录好相应的物理量． (2)继续在滑块上增加砝码，重复步骤6，多做几次实验，记录好滑块和砝码的总质量M2、M3…，滑块通过光电门1、2的速度v1、v2…，将实验数据记入表格滑块所受拉力F＝________N. 滑块(含遮光条与砝码)的质量M/kg 滑块(含遮光条与砝码)的质量 的倒数/kg－1 滑块通过光电 门1的速度 v1/(m·s－1) 滑块通过光电 门2的速度 v2/(m·s－1) 两光电 门间的 距离s/m 滑块加速度的计算值a/(m·s－2) 四、实验数据处理 探究加速度a和力F的定量关系 (1)以加速度a为纵轴，力F为横轴，根据测量数据描点，然后作出图像，如图甲所示，该图像是一条通过原点的直线． (2)探究加速度a与质量M的关系 以加速度a为纵轴，质量M为横轴，作出图像如图乙所示，因为a－M图像是曲线，判断a与M是否为反比关系较难，若a和M成反比，则a与必成正比．我们采用“化曲为直”的方法，以a为纵轴，以为横轴，作出a­图像，如图丙所示，该图像是一条过原点的直线． 五、实验结论 (1)在质量一定的情况下，物体的加速度a与作用力F成正比．用数学式子表示为a∝F或者＝. (2)在作用力一定的情况下，物体的加速度a与其质量M成反比．用数学式子表示为a∝或者M1a1＝M2a2. 探究点　实验操作及数据处理 (2021·天津红桥区模拟)某同学为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验，其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑行器通过G1、G2两光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑行器连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为d，光电门间距为x，砝码的质量为m.回答下列问题． (1)实验开始前应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪