第3章 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系-【优化探究】2024高考物理一轮复习高考总复习配套教参（粤教版 新教材 新高考）

实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 授课提示：对应学生用书第77页 1．实验目的 (1)学会应用控制变量法研究物理规律。 (2)探究加速度与力、质量的关系。 (3)掌握利用图像处理数据的方法。 2．实验原理 (1)控制变量法 ①保持质量不变，探究加速度与合力的关系。 ②保持合力不变，探究加速度与质量的关系。 (2)求加速度 利用光电门求瞬时速度v1和v2，然后由v22－v12＝2as求加速度。 3．实验器材 数字计时器、光电门、气垫导轨、滑块(带遮光条)、天平、橡皮泥、砝码、小桶、刻度尺。 4．实验步骤 (1)实验装置如图所示，让滑块在砝码拉力的作用下做加速运动，记录下滑块通过光电门的速度、砝码的质量、两光电门之间的距离。 (2)保持滑块质量不变，通过增加(或减少)砝码的数量来改变拉力的大小。重复实验多次。 (3)将实验结果填入表格，并计算每一次滑块的加速度a。 砝码的质量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a－F图像，从而得出a与F的关系。 (5)保持砝码的质量不变，即滑块所受的拉力不变，记下滑块通过光电门的速度v1、v2。 在滑块上增加(或减少)橡皮泥来改变滑块的质量，重复进行几次实验，记下实验数据，将实验结果填入表格。 滑块(含橡皮泥) 的质量M/kg 滑块(含橡皮泥)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。 1．数据处理 (1)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比。 (2)以a为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与M成反比。 2．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。 授课提示：对应学生用书第79页 命题点一　教材原型实验 角度1　实验原理与操作 典例1　(2023·广东江门质检)一气垫导轨如图所示，导轨上安装有一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，力传感器可测出绳子上的拉力大小。力传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。 (1)该同学测量出遮光条的宽度Δs＝2.25 mm。 (2)实验时，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t＝1.0×10－2 s，则滑块经过光电门B时的瞬时速度为________m/s。 (3)若某同学用该实验装置探究加速度与力的关系。 ①要求出滑块的加速度，还需要测量的物理量是___________________________ ________________________________________________________________________(用文字说明并用相应的字母表示)。 ②下列不必要的一项实验要求是________(请填写选项前对应的字母)。 A．滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 B．应使A位置与光电门间的距离适当大些 C．应将气垫导轨调节水平 D．应使细线与气垫导轨平行 [解析]　(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度。 即v＝＝ m/s＝0.225 m/s。 (3)①根据运动学公式a＝得，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是A位置到光电门B的距离s。 ②拉力是直接通过力传感器测量的，所以滑块质量不必要远大于钩码和力传感器的总质量，故A错误；应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，故B正确；应将气垫导轨调节水平，使拉力等于合力，故C正确；要保持细线方向与气垫导轨平行，拉力才等于合力，故D正确。 [答案]　(2)0.225　(