第四章 第二节 加速度与力、质量之间的关系-【金版新学案】2023-2024学年新教材高一物理必修第一册同步课堂高效讲义教师用书（粤教版）

第二节　加速度与力、质量之间的关系 【核心素养目标】 物理观念 体会控制变量法处理问题的过程。 科学探究 能用实验熟练测量加速度，能熟练应用作图法作出a -F、a -图像，并用来处理问题。 一、影响加速度的因素 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质量)作用下，记录同一滑块经过两个光电门的时间，如图所示。 学生用书↓第100页 2.在大小相同的外力作用下，记录滑块上放有砝码和没放砝码时通过两个光电门的时间。 3．结论 (1)同一滑块受到的外力越小，滑块运动得越慢，通过两个光电门的时间就越长，由s＝at2，可得a＝。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)在大小相同的外力作用下，质量大的滑块运动得慢，通过两个光电门的时间长，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 1．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。 (1)质量的测量：用天平测量。 (2)加速度的测量： 利用光电门求瞬时速度v1和v2，然后由运动学公式v－v＝2as求加速度，其中v1＝，v2＝。 (3)力的测量 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(即测量滑块所受的合外力转化为测量小桶的重力mg)。 2．实验探究过程 (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)将气垫导轨调至水平。 (3)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。 (4)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。 (5)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。 (6)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) (7)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(5)，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) 学生用书↓第101页 3.实验数据处理 (1)探究加速度a和力F的定量关系 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的定量关系 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。 4．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。用数学式表示为a∝或者M1a1＝M2a2。 5．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