4.2.加速度与力、质量之间的关系 导学案 -2024-2025学年高一上学期物理粤教版（2019）必修第一册

本文围绕“探究加速度与力、质量之间的关系”展开，承接运动学等知识背景，为动力学学习奠基。通过实验探究、例题及课后巩固等环节，培养学生物理观念、科学思维、科学探究及科学态度与责任等核心素养，如在实验操作中渗透科学探究素养。 该教学设计亮点在于采用控制变量法，借助气垫导轨等教具。从学生层面看，提升科学探究与思维能力；从教师层面看，提供清晰授课路径；从课堂效果看，有效突破实验操作及规律探究等教学难点。

4.2探究加速度与力、质量之间的关系 【学习目标】 1.通过实验探究，知道影响加速度的因素； 2.会用控制变量法探究多个物理量之间的关系，能够收集并分析实验数据，对数据进行图像处理，发现规律，形成力、质量、加速度三者之间的初步的定量关系式。 3.能够完成实验的操作和测量过程，体验如何平衡摩擦力，减小系统误差的操作方法。 探究点一 探究加速度与力、质量之间的关系实验 一、影响加速度的因素 1．加速度的测量 (1)在实验中加速度不能直接测量，可以通过直接测量_________和_______间接地测量加速度． (2)由静止开始做匀变速直线运动的物体，位移s＝____________，测出位移s和时间t，则它的加速度a＝_________。 2．加速度与物体的受力和质量之间的关系 相同质量的物体，受到的外力越小 ，加速度________，受到相同外力时，质量越小，加速度_________。 探究点二、加速度与力、质量之间的定量关系 实验器材：气垫导轨、滑块(包括挡光片)、橡皮泥、光电门、数字计时器、砝码、天平． 图1 气垫导轨：减少轨道摩擦． 实验原理：实验的基本思想——控制变量法 三个物理量的测量方法 ①质量的测量 利用天平测出 ②拉力的测量 在小桶和橡皮泥的质量远小于滑块质量的情况下，可以认为小桶的总重力近似等于滑块受到的拉力，即F≈mg. ③加速度的测量 在气垫导轨中间选一段距离s，在s两端设置两个光电门，分别测出滑块通过s两端的始、末速度v1和v2，则滑块的加速度为a＝. 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，重复试验，记录数据； 作出a－F图像，结论：__________________________________________________________. 2.探究加速度与质量的定量关系 保持合外力(橡皮泥及小桶的重力mg)不变，在滑块上增减砝码改变滑块M质量，重复试验，记录数据，作出a－图像，结论：___________________________________________________________. 例1.为了探究牛顿第二定律，某同学设计了如图1所示的实验装置。 （1）本实验的研究对象是______。 A．砂桶（及桶中的砂） B．小车（及车中砝码） （2）在下列测量工具中，本次实验要用的测量仪器有______（选填测量仪器前的字母） A．刻度尺 B．秒表 C．天平 （3）改变所挂砂桶中砂子的质量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出关系图线（如图2所示），经过分析，发现这些点迹存在一些问题，产生的主要原因可能是______。 A．轨道与水平方向夹角太大 B．轨道保持了水平状态，没有平衡摩擦力 C．所挂砂桶的总质量太大，造成上部点迹有向下弯曲趋势 D．所用小车的质量太大，造成上部点迹有向下弯曲趋势 （4）实验中打出的一条纸带如图3所示，相邻计数点间的时间是0.1s，图中长度单位是cm，由此可以算出小车运动的加速度是______m/s。（结果保留2位有效数字） 课后巩固 1．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，实验装置如图，若小车及车内钩码总质量用M表示，盘内钩码总质量用m表示，要减小误差则M和m的关系是（　　） A． B． C． D．没有要求 2.某小组通过如图所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系。下列操作正确的是（　　） A．调整滑轮使牵引滑块的细线与长木板保持平行 B．挂上砂桶，使长木板适当倾斜进行平衡摩擦力 C．实验时，先释放滑块，再接通打点计时器的电源 D．改变滑块的质量后，需要重新调节长木板倾斜度 3．图甲为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置图，图中A为小车，B为装有砝码的小盘，C为一端带有定滑轮的长木板，D为垫块，小车通过纸带与打点计时器相连，打点计时器接50Hz交流电。小车的质量为，小盘及砝码的质量为。 （1）本实验所采用的科学方法是___________（选填字母代号）。 A．控制变量法 B．等效替代法 C．理想实验法 D．理想模型法 （2）下列说法正确的一项是___________（选填字母代号）。 A．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力 B．实验时应先释放小车后接通电源 C．本实验中应远小于 D．只需要一条纸带即可确定加速度与力的关系 （3）实验时，某同学由于疏忽，遗漏了平衡摩擦力这一步骤，他得到的图像可能是图乙中的___________图线。（选填“甲”、“乙”或“丙”） （4）在探究加速度与质量的关系时，应作___________图像。（选填“”或“”） 4.某实验小组用如图所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知重力加速度为g，打点计时器所接的交流电的频率为50Hz，滑轮光滑，力传感器可测出轻绳中的拉力大小。 实验步骤如下： ①按图所示，安装好实验器材，但不挂砝码盘； ②垫高长木板右端，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动； ③挂上砝码盘，调节木板左端定滑轮的高度以及力传感器的固定位置，使牵引动滑轮的细线与木板平行； ④砝码盘中放入砝码，先接通电源，再释放小车，由打出的纸带求出小车的加速度并记录传感器示数； ⑤改变砝码盘中砝码的数量，重复步骤④，求得小车在不同合力作用下的加速度。 根据以上实验过程，回答以下问题： （1）对于上述实验，下列说法正确的是______。 A．必须要测出砝码和砝码盘的总质量 B．小车向左加速时，砝码处于失重状态 C．传感器的示数等于小车受到的合力大小 D．该实验不需要砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量 （2）如图是该实验小组得到的一条较为理想的纸带，从清晰的A点开始，每隔4个点取一计数点（中间4个点没画出），分别记为B、C、D、E、F、G，由此纸带可得到此次实验滑块的加速度a＝________m/s2。（结果保留三位有效数字） （3）该实验小组改变砝码质量，进行多次实验，然后以传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标画出的a－F图象。 分析图时，该小组用量角器测得图线与横坐标的夹角为θ，通过计算式求得图线的斜率为k，则小车的质量为______。A．　　B．　　C．　　D． 参考答案 探究点一： 时间 位移 at2 越小 越大 例1.B AC BC 0.46 课后巩固 1.A 2.A 3.A C 丙 4.BD 0.480 C 3 学科网（北京）股份有限公司 $$