第4章 第2节 加速度与力、质量之间的关系（Word教参）-【新课程学案】新教材2023-2024学年高中物理必修第一册（粤教版2019）

第二节　加速度与力、质量之间的关系 一、本版教材实验理清楚 实验目的 1．用气垫导轨和光电门、数字计时器相结合，探究影响加速度的因素。 2．学会利用控制变量法探究加速度与力、物体质量的定量关系。 3．学会用图像法研究加速度与力、加速度与质量之间的关系，了解获取a图像的思想方法。 4．知道测量加速度的方法。 实验原理 1．影响加速度的因素 同一滑块，用不同的外力作用，观察滑块经过两光电门的时间；在大小相同的外力作用下，通过在滑块上增加或减少砝码来改变滑块的质量，观察滑块经过两光电门的时间，从而得出物体的加速度既与外力有关，又与物体本身的质量m有关。 2．加速度与力、质量之间的定量关系 (1)三个物理量的测量 ①滑块质量的测量：利用天平测出，在滑块上增加或减少砝码可改变滑块的质量。 ②拉力的测量：用装有橡皮泥的小桶的总重力mg当作滑块受到的拉力F。 ③加速度的测量：用刻度尺测出两光电门间的距离s，用刻度尺测出固定在滑块上的遮光条宽度Δs，用数字计时器测出遮光条分别通过前后两个光电门的时间Δt1、Δt2，则滑块经过两个光电门的速度v1＝，v2＝，再由v22－v12＝2as求出滑块的加速度a。 (2)实验数据的处理——图像法、“化曲为直”法 ①研究加速度a和力F的定量关系 以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图像，如图甲所示。若图像是一条通过原点倾斜的直线，则说明a与F成正比。 ②研究加速度a与质量m的定量关系 如图乙所示，因为a-m图像是曲线，检查a-m图像是否是双曲线，就能判断它们之间是否存在反比例关系，但检查这条曲线是否是双曲线，直接判断有困难。若a和m成反比，则a与必成正比。我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以为横坐标，作出a-图像，若a- 图像是一条过原点倾斜的直线，如图丙所示，说明a与成正比，即a与m成反比。 实验器材 气垫导轨(一端带有定滑轮)、滑块(带有遮光条)、光电门(两个)、数字计时器、细绳、小桶、砝码、橡皮泥、刻度尺、天平、气源。 实验步骤 1．用天平测出滑块的质量M，并把数据记录下来。 2．把实验器材按如图所示安装好。(滑块上不系细绳) 3．调整气垫导轨底部螺丝，使滑块能做匀速直线运动。 4．在小桶内放入橡皮泥，用天平称出小桶和橡皮泥的总质量m，用细绳绕过定滑轮系在滑块上，滑块上放上适量的砝码，并记录下砝码质量。 5．保持滑块上砝码质量不变，增加小桶内橡皮泥的质量，按步骤4做6次实验。 次数 1 2 3 4 5 6 滑块加速度a/(m·s－2) 小桶和橡皮泥的质量m/kg 拉力F/N 6.保持小桶和橡皮泥的质量不变，在滑块上加上砝码，重复上面实验，求出相应的加速度，将相应数据填入表格。 次数 1 2 3 4 5 6 滑块加速度a/(m·s－2) 滑块质量M/kg /kg－1 7.整理实验器材，结束实验。 数据处理 1．用纵坐标表示滑块加速度a、横坐标表示滑块所受拉力F，根据实验结果画出滑块运动的a-F图像，从而得出a与F之间的关系。 2．用纵坐标表示加速度、横坐标表示滑块和砝码质量之和M的倒数，画出滑块运动的a图像，从而得出a与M之间的关系。 误差分析 1．系统误差 本实验用小桶和橡皮泥的总重力mg代替滑块受到的拉力，而实际上滑块所受的拉力要小于小桶和橡皮泥的总重力，而且小桶和橡皮泥的质量越大，误差越大。 2．偶然误差 气垫导轨调整底座不准确，滑块、小桶和橡皮泥的质量测量不准确，两光电门之间的距离、遮光条的宽度测量不准确，细绳与导轨不平行都会引起误差。 　 注意事项 1．改变小桶内橡皮泥的质量时，要保证小桶和橡皮泥的总质量远小于滑块的质量。 2．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。 3．为了减小实验误差，使利用v＝求得的平均速度接近瞬时速度，要求遮光条的宽度应窄一点。 二、他版教材实验多融通 人教版教材实验方案　 [差异解读] 1．用长木板替代气垫导轨做实验，必须平衡小车的摩擦力。 2．用打点计时器结合纸带记录小车运动情况。 3．利用悬挂槽码的多少改变小车所受的合外力。 实验原理与操作 [典例]　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，当滑块上的挡光片通过G1、G2光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录。滑块连同上面固定的条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，两光电门间距为s，牵引砝码的质量为m。回答