第四章 第2节 探究加速度与力、质量的关系（Word教参）-【优化指导】2023-2024学年新教材高中物理必修第一册（教科版2019）

第2节　探究加速度与力、质量的关系 [对应学生用书P107] 1．设计探究加速度、质量、力三者之间关系的实验方案。 2．会测量加速度、质量、力，并作出a与F，a与m的关系的图像，能根据图像写出a与F、m的关系式。 3．体会探究过程中所用的科学方法——控制变量法，学习科学家的严谨态度。 加速度是描述物体运动状态变化快慢的物理量，根据事实经验，对于质量一定的物体，受力越大，它获得的加速度越大；同样的力，施加在不同质量的物体上时，质量越小的物体获得的加速度越大。 1．实验原理：在探究一个量与几个量之间的关系时，通常的思路是采取“控制变量”的方法。例如，我们可以先让m不变，找出a与F之间的关系；再让F不变，找出a与m之间的关系；然后再分析a、F和m三者之间的关系。 2．实验装置 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、托盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺。 1．用天平测出小车的质量和托盘与砝码的总质量分别为M0、m0，并把数值记录下来。 2．按图将实验器材安装好(小车上不系绳)。 3．平衡摩擦力，在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点的间距相等)。 4．在托盘内放入砝码并从静止开始释放小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂托盘与砝码的总重力m0g。 5．保持小车的质量不变，改变力的大小，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好托盘与砝码所受的总重力m1g、m2g……以及计算出相应纸带的加速度填入表1中。 表1　物体的质量一定，加速度与受力的关系 实验次数 加速度a/(m·s－2) 小车受力F/N 1 2 3 4 5 6.保持托盘中所放砝码的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量M，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码。 7．继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码。 8．计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量，并填入表2中。 表2　物体受到的外力一定，加速度与质量的关系 实验 次数 加速度 a/(m·s－2) 小车与砝码总 质量M/kg 小车与砝码总质量 的倒数/kg－1 1 2 3 4 5 1．计算法 测得加速度或加速度之比(等于位移之比)后，通过计算看看是否满足＝、＝。 2．图像法 (1)分析加速度和力的关系 依据表1，以加速度a为纵坐标，以外力F为横坐标，作出a­F关系图像，如图所示，由此得出结论。 (2)分析加速度和质量的关系 依据表2，以加速度a为纵坐标，以小车及砝码的总质量M或为横坐标作出a­M或a­关系图像，如图所示，根据图像可以得出结论。 (3)实验结论：物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，与物体的质量成反比。 产生原因 减小方法 偶然 误差 质量测量不准、计数点间距测量不准 多次测量求平均值 小车所受拉力测量不准 ①准确平衡摩擦力 ②使细绳和纸带平行于木板 偶然 误差 作图不准 使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧，将偏离直线较远的点舍去 托盘及砝码的总重力代替小车所受的拉力 使托盘和砝码的总质量远小于小车的质量 1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变托盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力。 2．实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于托盘和砝码的总质量。只有如此，砝码和托盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等。 3．小车应靠近打点计时器且先接通电源再释放。 4．作图时，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。离直线较远的点应舍去。 [对应学生用书P109] 用如图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某同学设计的实验步骤如下： A．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量； B．按图装好实验器材； C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶； D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车的质量； E.保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验； F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值； G．作a­M关系图像，并由图像确定a­M的关系。 (1)该同学漏掉的重要实验步骤是__________________，该步骤应排在________