第四章 第二节 加速度与力、质量之间的关系-【高考领航】2023-2024学年高中物理必修第一册同步核心辅导与测评（粤教版）

第二节　加速度与力、质量之间的关系 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＝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v－v＝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＝，v2＝，(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＝＝ (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，重复实验，记录数据． 滑块质量M＝________ kg. 橡皮泥 及小桶 的质量 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，重复实验，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-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． 　实验原理与操作 　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，两光电门间距离为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？_________________________________________________ ________________________________________________