5.2 科学探究：加速度与力、质量的关系 课件-2025-2026学年高一上学期物理鲁科版必修第一册

该高中物理课件聚焦“探究加速度与力、质量的关系”，通过生活中推车人数与速度变化、空车与满载车加速差异等现象导入，衔接牛顿第一定律中“力改变运动状态”“质量影响惯性”的前序知识，以实验原理分步解析（如垫高木板补偿摩擦、拉力近似条件）和详细操作步骤为学习支架，帮助学生构建完整探究思路。 其亮点在于以科学探究为主线，融合控制变量法和图像法（a-F、a-1/m图像转化）培养科学思维，从生活问题提出到实验改进（补偿摩擦装置）、误差分析（重物质量远小于小车质量的条件）完整呈现科学探究过程，安全警示与误差分析的严谨性渗透科学态度与责任。实例丰富如加速度公式推导、图像数据处理，助力学生提升探究与数据处理能力，为教师提供结构清晰、可操作性强的实验教学资源。

第5章 牛顿运动定律 第2节 科学探究:加速度与力、质量的关系 1 1.力是改变物体运动状态的原因 2.质量越大,惯性越大,物体的运动状态越难改变。 牛顿第一定律 v发生了变化 产生了a 产生了a 惯性定律 a与物体的合外力F,m有关 1.会从生活中涉及力与运动的相关现象,提出可探究的物理问题。 2.学会用控制变量法探究加速度与力、质量的定量关系。 3.掌握利用图像法处理数据的方法,能作出物体运动的a-F、a-图像。 4.通过图像探究加速度与力、质量的定量关系。 学习目标 探究加速度与力、质量的关系 日常生活中,我们常见到如图所示的情境:若帮忙推车的人越多,推力越大,车的速度改变就越快;相同推力下,若汽车是空车,则比满载时速度改变快。可见,汽车获得的加速度与其质量和所受外力有关。 加速度与力、质量有怎样的关系呢? 通过观察,加速度与力和质量可能存在以下关系:对同一物体,作用力越大,加速度越大;对不同物体,在相同的作用力下,物体质量越小,加速度越大。 新知学习 实验目的 1.探究加速度与力、质量的关系。 2.学会习用控制变量法探索物理规律。 实验方法 控制变量法 保证质量一定,探究加速度与力的关系 保证合外力一定,探究加速度与质量的关系 通过实验探究加速度与力、质量的关系 新知学习 实验器材 带定滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物(小钩码或沙桶)、打点计时器、纸带、交流电源、天平、砝码、刻度尺 新知学习 实验原理 1.保持小车质量m不变,通过增减重物的方式改变作用于小车的力F,测出小车相应的加速度a,则可得a与F的关系。 2.保持拉力F不变,通过在小车上增减法码的方式改变小车的质量m,测出相应的加速度a,则可得a与m的关系。 安全警示 使用打点计时器时应注意用电安全。另外,请注意避免小车、砝码及重物等意外落下,以免摔坏器材或砸伤身体。 新知学习 ①测量加速度 . . . . . . . 0 1 2 3 4 5 6 x1 x2 x3 x4 x5 x6 A B C T=0.1s 利用打点计时器进行实验,根据纸带上打出的点可测量加速度。 新知学习 ②测量小车所受的恒力 T f 问题3:在探究a与m之间的定量关系实验中,f随小车质量的改变而改变,为了操作更方便、准确,该如何改进实验方案? 问题1:在水平桌面上运动小车的合外力是由什么力提供? 问题2:如何得到绳子上的拉力T及小车所受到的摩擦力f? 近似认为绳子上的拉力T等于钩码的重力; 小车所受的f等于小车匀速运动时的拉力。 消掉摩擦力 F合=T-f 新知学习 改进后的装置图 木板一端垫高,用重力的分力G1将摩擦力f 平衡抵消掉 y x f G FN O G1 F 小车所受到的合外力等于细线上的拉力 思考:绳子的拉力等于钩码的重力吗?为什么? 不等于!因为钩码向下加速,所以绳子的拉力小于钩码的重力。 思考:什么情况下钩码重力可以近似等于绳子拉力? 当砝码质量比小车质量小得多时,绳子的拉力近似等于砝码的重力,即小车受到合外力近似等于砝码的重力。 新知学习 补偿摩擦力 新知学习 实验步骤 (1)将小车置于带有定滑轮的木板上,将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。 (2)用薄垫块将木板一端垫高,调整其倾斜程度,直至小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。 (3)在细绳一端挂上重物,另一端通过定滑轮系在小车前端。注意重物质量远小于小车质量。 新知学习 (4)将小车靠近打点计时器后开启打点计时器,稍后再将小车由静止释放。打点计时器再纸带上打出一系列点,据此计算处小车的加速度。保持小车质量不变,增加重物的质量(重物总质量仍远小于小车质量),重复实验,将小车所受的不同拉力与相应计算出的加速度记录下来。 (5)保持重物不变,增加或减少小车上的法码以改变小车的质量,重复实验,将小车的质量与相应的加速度记录下来。 新知学习 保持质量不变,探究加速度与力的关系 新知学习 保持力不变,探究加速度与质量的关系 新知学习 数据分析 1.探究加速度与受力的关系(m不变) (1)把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中: 实验序号 1 2 3 4 5 … 拉力F/N 加速度 a/(m s-2) 例: 实验序号 1 2 3 4 5 … 拉力F/N 0.146 0.302 0.428 0.592 0.751 加速度 a/(m s-2) 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 如何处理数据能更直观的得出结论? 新知学习 (2)作a -F图像的方法: 以a为纵坐标、F为横坐标,根据数据作a-F 图像,用曲线拟合测量点,找出规律,分析a与F的关系。 F/ N a/m s -2 0.15 0.30 0.45 0.60 0.75 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 m 一定时,a ∝ F 新知学习 2.探究加速度与质量的关系(F不变) (1)把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度填在表中: 实验序号 1 2 3 4 5 … 质量m/kg 加速度 a/(m s-2) 实验序号 1 2 3 4 5 … 质量m/kg 0.861 0.692 0.470 0.352 0.290 加速度 a/(m s-2) 0.400 0.500 0.750 1.000 1.200 例: 新知学习 m/ kg a/m s -2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 1/m (kg -1) a/m s -2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 (2)根据数据作出a-m图像 观察图像a与m成反比,也就是a与成正比,于是作出a-图像 F一定时,a ∝ 1/m 新知学习 实验结论 F/ N a/m s -2 0.15 0.30 0.45 0.60 0.75 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 1/m (kg -1) a/m s -2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5 m 一定时,a ∝ F F一定时,a ∝ 1/m 新知学习 (1)平衡摩擦时,不能挂重物。整个实验过程只需平衡一次摩擦。 (2)实验时,先接通电源,后释放小车。 (3)为了保证细线的拉力等于小车受到的牵引力,细线要与木板保持平行。 (4)为了充分利用纸带,每次开始时,小车应尽量靠近打点计时器,为防止小车翻到地面,要在小车碰到滑轮前用手挡住小车。 新知学习 误差分析 (1)系统误差:本实验用重物的总重力mg代替小车受到的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于重物的总重力。重物的总质量越接近于小车的质量,误差越大;反之,重物的总质量越小于小车的质量,由此引起的误差就越小。因此,满足重物的总质量远小于小车的质量就是为了减小因实验原理不完善而引起的误差。 (2)偶然误差:阻力补偿不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。 新知学习 探究加速度与力、质量的关系 1.实验目的 2.实验方法:控制变量法 3.实验器材 4.实验原理 5.实验步骤 6.数据分析:图像法分析 7.实验结论: (1)m 一定时,a ∝ F (2)F一定时,a ∝ 1/m 课堂总结 Lavf57.25.100 Lavf57.25.100 Lavf57.25.100 $$