第4章 2 探究加速度与力、质量的关系（课件PPT）-【精讲精练】2025-2026学年高中物理必修第一册（教科版）

2　探究加速度与力、质量的关系 第四章　牛顿运动定律 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 目 录 预习案 01 探究案 02 CONTENTS 提升案 03 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 预习案 必备知识·问题导学 01 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 受力 越小 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 质量 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 交流电源 刻度尺 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 探究案 关键能力·互动探究 02 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 提升案 随堂演练·基础落实 03 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 谢谢观看 返回目录 第四章　牛顿运动定律 物理·必修 第一册(配JK版) 1 [学业要求与核心素养] 科学探究 1．学会用控制变量法研究物理规律 2．会测量加速度、力和质量，能作出物体运动的a－F、a－eq \f(1,m)图像 3．会通过实验探究加速度与力、质量的定量关系 一、体验影响物体加速度的因素 1．物体产生加速度必须________。 2．质量一定的物体，受力越大，加速度越大。 3．同样的力，物体质量________，加速度越大。 二、设计实验方案 1．控制变量法 (1)保持研究对象即小车的质量不变，改变钩码的个数，即改变作用力，测出小车的对应加速度，分析加速度与拉力的关系。 (2)保持作用力不变，改变研究对象即小车的质量，测出小车对应不同质量的加速度，分析加速度与质量的关系。 2．实验装置 用钩码牵引小车运动，实验装置如图所示。 (1)研究对象：小车。 (2)拉力的提供：在钩码质量m远小于小车质量M情况下，F≈mg。 三、物理量的测量 1．小车质量的测量：利用天平测出，在小车上增减钩码可改变小车的________。 2．加速度的测量 方法1：若小车做初速度为零的匀加速运动，测出x和t，则a＝eq \f(2x,t2)。 方法2：利用打点计时器和纸带进行测量，由Δx＝aT2得a＝eq \f(Δx,T2)。 3．力的测量 方法1：在小车与细绳之间接上力传感器，由力传感器测量力的大小。 方法2：在钩码质量远小于小车质量的情况下，可以认为钩码的重力近似等于小车所受拉力。 四、实验器材 为了测量小车运动的加速度和小车所受的合外力，把还需要的实验器材填入到下面横线上。 器材：小车、砝码、钩码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、____________、纸带、__________、天平。 五、实验步骤 1．测质量：用天平测量小车的质量M0。 2．安装器材：按如图所示将实验器材安装好(小车上不系绳)。 3．平衡摩擦力：把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，使小车在不挂钩码的情况下，能沿木板做匀速直线运动(纸带上相邻点的间距相等)。 4．分析a与F的关系 保持小车的质量不变，改变钩码的质量，多做几次实验，并记录好相应纸带的编号及所挂钩码的总重力m2 g、m3 g… 5．分析a与M的关系 保持小车所受的合外力不变，在小车上加砝码，接通电源后放开小车，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及小车和砝码的总质量M1。 6．用公式Δx＝aT2或a＝eq \f(2x,T2)求得小车的加速度a，将得到的数据填入相应表格中，以便进行数据验证。 六、实验结论 1．保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受力F成正比。 2．在力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比。 七、注意事项 1．打点前小车应靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车。 2．在平衡摩擦力时，不要悬挂钩码，但小车应连着纸带且接通电源，用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡。 3．改变钩码的质量的过程中，要始终保证钩码的质量远小于小车的质量。 4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地对称分布在直线的两侧，个别偏离较远的点应舍去。 一、实验原理与实验操作 　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(含砝码)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砝码 D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，接通电源，释放小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量 E．保持砝码的质量不变，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图像，并由图像确定a与M的关系 (1)该同学漏掉的重要实验步骤是____________，该步骤应排在步骤____________之后。 (2)在上述步骤中，有错误的是步骤____________，应把____________改为____________。 (3)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤____________，应把____________改为____________。 [解析]　实验中把砝码的重力看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须平衡摩擦力且应排在步骤B之后。电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在6 V以下交流电源上。作a­M图像，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直”，改作a­eq \f(1,M)图像。 [答案]　(1)平衡摩擦力　B　(2)D　6 V电压的蓄电池　6 V以下的交流电源　 (3)G　a­M图像　a­eq \f(1,M)图像 二、实验数据处理及误差分析 　某同学用如图甲所示的实验装置来“探究a与F、M之间的定量关系”： (1)实验时，必须先平衡小车与木板之间的摩擦力。关于平衡摩擦力的操作方法，下列说法正确的是____________。 A．要保持砂桶和小车始终相连 B．逐渐垫高木板右侧，直到小车恰好开始滑动 C．逐渐垫高木板右侧，直到轻推小车能让小车恰好匀速滑动 D．每次改变小车内砝码的数量，都要重新平衡摩擦力 (2)如果该同学平衡好了摩擦力，保持小车的质量M不变，多次改变砂桶与砂的总重力F(砂的质量最终达到eq \f(1,3)M)，分别测小车加速度a，根据得到的数据，在a－F图像中描点得到的图像应如图乙中__________，简述你的判断依据：_______________________________。 [思路引导]　解答本题应抓住以下几个关键点： (1)平衡摩擦力的技巧。 (2)实验出现误差的原因。 [解析]　(1)平衡摩擦力的方法就是，不挂砂桶，让小车与纸带相连，垫高木板右侧直到小车在斜面上做匀速直线运动，选项A、B错误，C正确；每次改变小车内砝码的数量，不需要重新平衡摩擦力，选项D错误。 (2)如果已经平衡摩擦力，则刚开始a－F的图像是一条过原点的直线，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到eq \f(M,3)，不能满足砂和砂桶的质量远远小于小车的质量，此时图像发生弯曲，选项C正确，A、B、D错误。 [答案]　(1)C　(2)C　平衡好了摩擦力，则a与F成正比，图像过原点；砂的质量逐渐增大，不再满足远小于小车的质量，图像发生弯曲 ●规律方法 (1)综合实验的处理思路。 ①明确实验原理。 ②准确把握实验步骤，注意重要事项。 ③掌握数据处理方法——解析法和图像法。 (2)平衡摩擦力操作不当的三种情况。 ①a图线中，F不等于0，a等于0，知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够(斜面倾角偏小)。 ②b图线中，F＝0，a不等于0，知平衡摩擦力过度(斜面倾角偏大)。 ③c图线的斜率减小，知质量变大，可知未满足重物的质量远小于小车的质量，即所挂重物的质量太大。 1．(多选)在探究加速度与力、质量的关系时，按实验要求组装好器材后，应按一定步骤进行实验，下述操作步骤的合理顺序是(　　) ①保持重物的质量不变，在小车里加砝码，测出加速度，重复几次　②保持小车质量不变，改变重物的质量，测出加速度，重复几次　③用天平测出小车和重物的质量　④平衡摩擦力，使小车近似做匀速直线运动　⑤挂上重物，接通打点计时器的电源，放开小车，在纸带上打下一系列的点　⑥根据测量的数据，分别画出a－F图线和a－eq \f(1,m)图线 A．③④⑤①②⑥　　　 B．③⑤④①②⑥ C．③⑤④②①⑥ D．③④⑤②①⑥ 解析　探究a与F的关系与探究a与m的关系的顺序可互换。 答案　AD 2．(多选)在用实验探究加速度和力、质量的关系时，下列关于实验的思路和数据分析，正确的是(　　) A．实验的基本思想是：保持物体的质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，分析加速度与力的关系 B．实验的基本思想是：保持物体所受力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系 C．在处理实验数据时，以a为纵坐标，F为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比 D．在处理实验数据时，以a为纵坐标，m为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与m成正比 解析　本实验研究加速度与质量、力之间的关系，所以采用的方法是控制变量法，保持物体的质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，分析加速度与力的关系，保持物体所受力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系，故AB正确；探究加速度与力的关系时，作a－F图象应该将点拟合成一条倾斜的直线，则a与F成正比，故C正确；探究加速度与质量的关系时，作a－eq \f(1,M)图象，图象是一条过原点的直线，则a与eq \f(1,M)成正比，故D错误。 答案　ABC 3．(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是(　　) A．“平衡摩擦力”的本质就是使小车受到的摩擦力为零 B．“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡 C．“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂砝码通过细绳对小车施加的拉力 D．“平衡摩擦力”是否成功，可由小车拖动由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀而确定 解析　小车所受的摩擦力不可避免，平衡摩擦力的本质就是使小车的重力沿斜面方向的分力与小车所受的摩擦阻力相平衡，A错误，B正确；其目的是使小车所受的合力等于细绳对小车的拉力，C正确；恰好平衡摩擦力时，小车拖动纸带，不给小车提供拉力，给小车一个初速度，小车做匀速直线运动，由打点计时器打出的纸带点迹间距应该是均匀的，D正确。 答案　BCD 4．在“探究加速度与力、质量的关系”这一实验中： (1)甲、乙两位同学根据实验数据画出的小车的加速度a与小车所受拉力F的图像分别为图中的直线Ⅰ和直线Ⅱ，直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这两种情况原因的四种解释，其中可能正确的是____________。 A．实验前甲同学没有平衡摩擦力 B．甲同学在平衡摩擦力时把长木板的末端抬得过高了 C．实验前乙同学没有平衡摩擦力 D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的末端抬得过高了 (2)如图给出了该次实验中从O点开始，每5个点取一个计数点的纸带(频率为50 Hz)，其中1,2,3,4,5都为计数点，其中x1＝1.41 cm，x2＝1.91 cm，x3＝ 2.39 cm，x4＝2.91 cm。由纸带数据计算可得计数点4所代表时刻的瞬时速度v4＝____________m/s，小车的加速度a＝____________m/s2。 解析　(1)Ⅰ直线表明在小车的拉力为0时，小车的加速度大于0，即合外力大于0，说明平衡摩擦力过度。即把长木板的末端抬得过高了，故A错误，B正确；Ⅱ直线说明在拉力大于0时，小车的加速度为0，即合外力为0，说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，也就是没有将长木板的末端抬高或抬高不够，故C正确，D错误。 (2)每5个点取一个计数点的纸带，相邻的计数点间的时间间隔T＝0.1 s，根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，得v4＝eq \f(0.0239＋0.0291,2×0.1) m/s＝0.265 m/s。根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可以求出加速度的大小，得：x3－x1＝2a1T2，x4－x2＝2a2T2。为了更加准确地求解加速度，我们对两个加速度取平均值， 得：a＝eq \f(1,2)(a1＋a2)＝eq \f(0.0291＋0.0239－0.0191－0.0141,4×0.01) m/s2＝0.495 m/s2。 答案　(1)BC　(2)0.265　0.495 5．某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，将连接滑块的细绳、力传感器和动滑轮之间的细绳、定滑轮和动滑轮之间的细绳均调为水平，通过调节气垫导轨下的螺母使气垫导轨水平，打开气源，将滑块由静止释放，用刻度尺量出两光电门之间的距离和滑块的宽度，并记录滑块经过两光电门的时间。 根据以上的操作回答下列问题： (1)本实验中钩码的质量____________(选填“需要”或“不需要”)远小于滑块的质量。 (2)在探究加速度与外力的关系时，传感器的示数记为F，通过运动学公式计算出滑块的加速度a，改变钩码的质量，依次记录传感器的示数并求出所对应的加速度大小，则下列四个a­F图像中能正确反映加速度a与传感器的示数F之间规律的是____________。 (3)已知第(2)问中正确图像中的直线部分的斜率大小为k，则该滑块的质量为_____________________________________________________________。 解析　(1)本实验中由于有力传感器来测量拉力，故钩码的质量不需要远小于滑块的质量。 (2)根据牛顿定律可知：2F＝ma，即a＝eq \f(2,m)F，可知图线B正确。 (3)根据k＝eq \f(2,m) 可得：m＝eq \f(2,k)。 答案　(1)不需要　(2)B　(3)eq \f(2,k) $$