4.2 探究加速度与力 质量的关系 导学案 -2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

第四章 第2节 探究加速度与力 质量的关系 实验原理 (1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系． (2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系． (3)作出a－F图象和a－图象，确定其关系． 实验过程 1.用 测出小车的质量M，并把数值记录下来. 2.按如图所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳). 3.平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持 运动为止(纸带上相邻点间距相等). 4.在砝码盘里放入适量的砝码，用细绳绕过定滑轮系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出砝码盘和砝码的质量m，记录下来.接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下.(表1) 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度a/(m·s－2) 砝码盘和砝码的质量m/kg 拉力F/N 5.保持小车的 不变，改变砝码和砝码盘的质量，按步骤4再做5次实验. 6.用公式Δx＝aT2或a＝求得小车的加速度a，并记录到表格中. 7.保持砝码和砝码盘的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录到下面的表格中.（表2） 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度a/(m·s－2) 小车质量M/kg /kg－1 8. 整理实验器材，结束实验.注意事项 (1)平衡摩擦力：适当垫高木板的右端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力．在平衡摩擦力时，不要把悬挂小盘的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动． (2)不重复平衡摩擦力． (3)实验条件：m≫m′. (4)一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车． 误差分析 (1)因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力m′g代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力． (2)摩擦力平衡不准确、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． 例题1、为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，某同学设计了如图1所示的实验装置，其中M为小车和小车上的滑轮的总质量，m为沙和沙桶的总质量，力传感器可测出轻绳中的拉力大小． (1)下列实验操作中，一定要进行的是________． A．用天平测出沙和沙桶的总质量 B．将带滑轮的长木板右端适当垫高，以平衡摩擦力 C．调整力传感器和定滑轮的高度，使连接它们的轻绳与长木板平行 D．为减小误差，一定要保证m远小于M (2)该同学在实验中得到如图2所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为____________ m/s2(结果保留三位有效数字)． (3)该同学以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a－F图象是一条直线(图象没有画出)，求得图线的斜率为k，则小车和小车上的滑轮的总质量为________． A.　　 B．k　　　　C.　　　　D．2k 【练习1】某实验小组欲以如图所示实验装置“探究加速度与物体受力和质量的关系”．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，小车通过纸带与电磁打点计时器（未画出）相连，小车的质量为m1，小盘（及砝码）的质量为m2。 （1）下列说法正确的是 ． A．实验时先放开小车，再启动计时器 B．每次改变小车质量时，应重新平衡摩擦力 C．本实验中应满足m2远小于m1的条件 D．在用图象探究小车加速度与受力的关系时，应作a﹣m1图象 （2）在实验中挑选一条点迹清晰的纸带如下图，打点计时器的频率为50Hz，每5个点取一个计数点，用刻度尺测量计数点间的距离，纸带的一段如图所示，由纸带求得小车加速度为 m/s2。（结果保留两位有效数字） 综合练习 1. 为了探究加速度与物体受力、物体质量的关系，某同学用如图甲所示的实验装置进行实验。 （1）以下说法正确的是 （多选）。 A.验证a与F两者关系时，槽码质量不变，改变小车质量（含车内重物），不需要满足小车质量远大于槽码质量 B.定滑轮和小车间的细绳要保持水平 C.此实验用一条纸带就可以完成 D.测量相邻两点间的距离时，应该用毫米刻度尺靠近计数点，一次读出所有计数点对应的刻度值，然后逐一相减，得出相邻计数点间距离的数值 （2）图乙是实验中的一条纸带，已知交流电频率为50Hz，两相邻计数点间均有四个计时点未画出，根据纸带可求出小车加速度为 m/s2。（结果保留两位有效数字） （3）在图丙中以槽码重力大小为横坐标F，小车加速度a为纵坐标，描点如图丙所示，请作出a﹣F图线。 （4）根据a﹣F图线，小车的质量（含车内重物）M＝ kg。（保留两位有效数字）。 2、在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图所示的装置． (1)下列说法中正确的是(　　) A．在探究加速度与质量的关系时，应该改变拉力的大小 B．在探究加速度与外力的关系时，应该改变小车的质量 C．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 D．选择器材测质量时，同时有天平和弹簧测力计，应优先选择弹簧测力计 (2)某同学测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示：(小车质量保持不变) F/N 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 a/(m·s－2) 0.10 0.20 0.28 0.40 0.52 ①根据表中的数据在坐标图上作出a－F图像． ②图像不过原点的原因可能是_______________________________________________________________. 3、探究“加速度与力、质量关系”的实验装置如图甲所示，小车后面固定一条纸带，穿过电火花打点计时器，细线一端连着小车，另一端通过光滑的定滑轮和动滑轮与挂在竖直面内的拉力传感器相连，拉力传感器用于测小车受到拉力的大小． (1)关于平衡摩擦力，下列说法正确的是________． A．平衡摩擦力时，需要在动滑轮上挂上钩码 B．改变小车质量时，需要重新平衡摩擦力 C．改变小车拉力时，不需要重新平衡摩擦力 (2)实验中________(选填“需要”或“不需要”)满足所挂钩码质量远小于小车质量． (3)某同学根据实验数据作出了加速度a与力F的关系图象如图乙所示，图线不过原点的原因是________． A．钩码质量没有远小于小车质量 B．平衡摩擦力时木板倾角过大 C．平衡摩擦力时木板倾角过小或未平衡摩擦力 学科网（北京）股份有限公司 $$