第4章 第二节 加速度与力、质量之间的关系(课件)-【学而思·PPT课件分层练习】2025-2026学年高一物理必修第一册（粤教版2019）

第二节　加速度与力、质量之间的关系 探究影响加速度的因素 1.实验过程:在如图所示的气垫导轨上,将滑块放置在光电门1处,让其由静止开始 运动。   第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 (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,观察 并记录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,观察并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。 2.结果分析 (1)同一滑块受到的力越小,通过两个光电门的时间t就越长,说明a越小;反之t越短, 说明a越大,即加速度与物体受到的合外力F有关。 (2)在大小相同的外力作用下,滑块质量大的,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。 第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 探究加速度与力、质量之间的定量关系 1.数据测量 (1)滑块质量M、装有橡皮泥的小桶质量m用天平测量。 (2)用导轨旁的刻度尺测两光电门间的距离s、用刻度尺测遮光条宽度Δs。 (3)合外力的测量:在保证以下两个条件前提下,可认为滑块受到的合外力F=mg,即 将测量滑块所受的合外力转化为测量小桶的重力mg。 ①将气垫导轨调水平。 ②保证小桶总质量m远小于滑块质量M。因为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。 第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 2.利用控制变量法进行探究 (1)保持滑块质量不变,通过增减小桶内的橡皮泥来改变F的大小,探究加速度与力 的定量关系。 (2)保持合外力(等于装有橡皮泥的小桶的重力)不变,改变滑块质量,探究加速度与 质量的定量关系。 3.实验操作 (1)细绳绕过定滑轮悬挂小桶,另一端与滑块相连,释放小桶,滑块在细绳拉力的牵 引下,沿水平导轨加速运动。 (2)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。 (3)改变滑块质量或小桶内橡皮泥的质量,多次重复实验,记录数据,通过作图即可 探究加速度与力、质量之间的关系。 第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 4.数据处理 (1)根据v1= 、v2= 测出滑块通过两个光电门的瞬时速度(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瞬时速度等于遮光条通过光 电门的平均速度)。 (2)根据 - =2as求出滑块的加速度a= 。 (3)作出a-F、a- 图像,可得出结论: ①当物体质量一定时,加速度与合外力成正比关系,即a∝F,或 = 。 ②当物体所受外力一定时,加速度与质量成反比关系,即a∝ ,或M1a1=M2a2。 第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 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。 第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 知识辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。 1.实验时,应先将滑块放开,然后再接通数字计时器。 (　    ) 2.进行实验时,不需要将气垫导轨调水平。 (　    ) 3.每次滑块上增加(或减少)砝码来改变滑块的质量时,都需要满足滑块的质量远 小于小桶和橡皮泥的质量。 (　    ) 4.在探究加速度a与质量M的关系时,为了直观判断二者间的关系,应作出a- 图 像。 (　    ) ✕ √ ✕ ✕ 第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 利用打点计时器探究加速度与力、质量之间的关系的实验误差分析 利用打点计时器和小车“探究加速度与力、质量之间的关系”装置如图甲。   甲 第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 实验得到的理想a-F图像应是一条过原点的直线,但由于实验存在误差,常出现如 图乙所示的三种情况:   乙 (1)图线①的上部发生了弯曲,是因为当小车所受拉力F较大时,不满足“重物的质 量远小于小车的总质量”的条件。 (2)图线②与a轴有交点,说明拉力F=0(不挂重物)时,小车就具有了加速度,这是由 于平衡摩擦力时,长木板的倾角过大,导致平衡摩擦力过度。 (3)图线③与F轴有交点,说明只有当F增大到某一定值时,小车才获得加速度,这是 由于没有平衡摩擦力或长木板的倾角过小,导致平衡摩擦力不足。 第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 典例　如图为探究物体运动的加速度与物体质量、物体受力关系的实验装置,沙 和沙桶的质量用m表示,小车(含砝码)的质量用M表示,小车运动的加速度用a表示。   (1)实验过程中首先需要平衡小车受到的摩擦力【1】,长木板抬起适当的角度,使得 小车　　　    (选填“没有连接沙桶”或“连接沙桶”)时能在木板上匀速运动。 (2)在探究加速度与小车受力的关系过程中,两小组分别根据下列甲、乙两组数 据进行实验操作【2】,你认为最好选择　　　    (选填“甲”或“乙”)组数据进行实验。 第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 M甲=500 g　    M乙=500 g (3)在探究加速度与小车质量的关系过程中,应该保持沙和沙桶质量不变,通过增 减小车中砝码改变小车质量M,实验测出几组a、M数据,下列图像能直观合理且 正确反映a与M关系【3】的是　　　    。   m甲/g 20 22 24 26 m乙/g 20 30 40 50 第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 信息提取　【1】平衡摩擦力的目的是使小车受到的合外力等于细线对小车的 拉力。 【2】实验时应满足小车和砝码的质量远大于沙和沙桶的质量。 【3】在误差允许的范围内,a与M成反比,与 成正比。 思路点拨　利用打点计时器探究加速度与力、质量之间的关系实验中,实验前应平衡摩擦力;探究加速度与力的关系时,应控制小车和砝码的质量不变,改变沙和沙桶的质量,注意使小车和砝码的质量远大于沙和沙桶的质量,且保证质量变化明显,利于采集数据【4】;探究加速度与质量的关系时,应控制沙和沙桶的质量不变,改变小车和砝码的质量,注意当沙和沙桶质量不远小于小车和砝码质量时,a- 图线将偏离直线【5】。 第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 解析    (1)实验过程中首先需要平衡小车受到的摩擦力,长木板抬起适当的角度, 使得小车没有连接沙桶时能在木板上匀速运动。 (2)在探究加速度与小车受力关系的过程中,测量的数据要有明显的变化,才能使 实验更有说服力。若选择甲组数据进行实验,拉力的大小变化很小,则加速度的 变化也会很小,这样实验误差可能会比较大,是不合理的。相比之下,乙组数据更 合理(由【2】、【4】得到)。 (3)在探究加速度跟小车质量M的关系时,保持沙和沙桶质量m不变,改变小车质量 M,在小车质量M远大于沙和沙桶质量m时,可以认为小车受到的拉力(合力)F=mg, 此时加速度a与小车质量M成反比,以 为横轴,a为纵轴,a- 图像应是过原点的 直线,当小车质量M不远大于沙和沙桶质量m时,小车受到的拉力明显小于沙和沙 桶重力,a- 图像向下弯曲,故C正确。(由【3】、【5】得到) 答案    (1)没有连接沙桶    (2)乙    (3)C 第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 其他的实验探究方案 1.利用位移传感器测位移 由运动学公式s= at2可得a= ,如果用位移传感器测出两个均做初速度为零的匀 加速直线运动的物体在相同时间内发生的位移,就可以根据位移之比求出加速度 之比,即 = 。   第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 2.利用弹簧测力计或力传感器测量合外力的大小 加速度可由纸带上的点计算得出,合外力可由力传感器或弹簧测力计直接或间接 测出,从而判断加速度a与合外力F的关系。此方案中不需要满足m远小于M的条件。   第1讲　描述运动的基本概念 第四章 牛顿运动定律 $$