第4章 第2节 加速度与力、质量之间的关系(WORD教参)-【优化探究】2022-2023学年新教材高中物理必修第一册同步导学案（粤教版2019）

第二节　加速度与力、质量之间的关系 一、实验目的 1．学会用控制变量法研究物理规律。 2．掌握定量探究加速度与物体受到的合外力、物体质量关系的方法。 3．了解气垫导轨减小摩擦的原理和光电门及数字计时器在实验中的作用。 4．能作出物体运动的a-F、a-图像，并会利用图像发现实验规律。 二、实验思路及物理量的测量 　实验的基本思想——控制变量法 (1)保持滑块的质量不变，改变合外力，探究a与F的关系。 (2)保持滑块所受的合外力不变，改变其质量，探究a与m的关系。 三、实验器材 　气垫导轨、滑块(包括遮光条)、橡皮泥、小桶、细绳、光电门、数字计时器、砝码、天平。 一、 实验过程 1．实验装置如图所示，让滑块在装有橡皮泥的小桶拉力的作用下做加速运动，记录下滑块通过光电门的速度、小桶和橡皮泥的质量、两光电门间的距离。 2．保持滑块质量不变，通过改变小桶中橡皮泥质量来改变拉力的大小。重复实验3次。 3．将实验结果填入下表，并计算每一次滑块的加速度a。 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) 4.用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出滑块运动的aF图像，从而得出a与F的关系。 5．保持橡皮泥及小桶的质量不变，即滑块所受的拉力不变。 在滑块上增加(或减少)砝码来改变滑块的质量，重复进行几次实验，记下实验数据。将实验结果填入下表。 拉力F＝________N 滑块(含遮光条和砝码)的质量M/kg 滑块(含遮光条和砝码)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) 6.用纵坐标表示加速度，横坐标表示，画出滑块运动的a-图像，得出a与的关系，从而得出a与M的关系。 7．实验结论：当M一定时，a与F成正比；当F一定时，a与M成反比。 二、注意事项 1．使用气垫导轨做实验时应注意：气垫导轨是较精密的仪器，实验中必须避免导轨受碰撞、摩擦而变形、损伤，没有给气垫导轨通气时，不准在导轨上强行推动滑块。 2．改变橡皮泥的质量时，要始终保证小桶和橡皮泥的总质量远小于滑块的质量。 题型1　实验原理及操作 　为了“探究加速度与力、质量的定量关系”，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，当滑行器通过光电门G1、G2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，光电门间距离为s，牵引砝码的质量为m。回答下列问题： (1)实验开始应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位： ______________________________________________。 (2)若探究加速度与力的关系，应保持________的质量不变；若探究加速度与质量的关系，应保持________的质量不变。 (3)若取M＝0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是______。 A．m＝5 g　　　　　　　 B．m2＝15 g C．m3＝40 g D．m4＝400 g (4)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度a的表达式为：________。(用Δt1、Δt2、D、s表示) [解析]　(1)取下牵引砝码，滑行器放在任意位置都不动，或取下牵引砝码，轻推滑行器，数字计时器记录每一个光电门的光束被遮挡的时间Δt都相等。 (2)若探究加速度与力的关系，应保持滑行器的质量不变；若探究加速度与质量的关系，应保持牵引砝码的质量不变。 (3)本实验只有在满足m≤M的条件下，才可以用牵引砝码的重力近似等于对滑行器的拉力，所以D是不合适的。 (4)由于挡光片通过光电门的时间很短，所以可以认为挡光片通过光电门这段时间内的平均速度等于瞬时速度，即有v1＝，v2＝，再根据运动学公式v－v＝2as得a＝。 [答案]　(1)见解析　(2)滑行器　牵引砝码　(3)D (4)a＝ 题型2　实验数据处理 　在“探究加速度与力、质量的定量关系”实验中，某次实验测得如下数据：当m一定时，a与F的关系如表一所示；当F一定时，a与的关系如表二所示。 表一 F/N 1.00 2.00 3.00 4.00 a/(m·s－2) 1.90 3.9