4.2 实验：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

教版（2019）物理（必修第一册） 第四章 运动和力的关系 2．实验：探究加速度与力、质量的关系 【课标要求】通过实验的方法理解力、质量、加速度三者之间的联系． 【学习目标】 1．掌握控制变量法，通过精确测量与图像分析，解析加速度、力和质量之间的关系． 2．识别并分析导致实验误差的因素，同时学习有效的误差减少策略． 3．应用科学探究方法，综合运用图表绘制与数据分析技能，深化对物理规律的理解． 【学习重难点】 重点：1．使学生掌握控制变量法的使用; 2．加速度与力、质量的关系的探究过程． 难点：引导学生在猜想的基础上进行实验设计，进行实验和数据处理，完成实验并得出实验结果． 课本导练 课前预习 本次实验我们再次使用到了打点计时器，那么你是否还记得打点计时器的操作方法和注意事项？纸带数据的处理方法？那么这个实验与之前“探究小车速度随时间变化规律”实验有什么不同？这个砝码我们要如何选择？ 1．某同学用图所示的实验装置探究小车的加速度a与质量m的关系．所用交变电流的频率为 ． （1）图是他某次实验得到的纸带，两计数点间有四个点未画出，部分实验数据如图所示．求小车的加速度是____． （2）保持小车所受的拉力不变，改变小车质量m，分别测得不同质量时小车加速度a的数据如表所示． 表 实验记录 次数 1 2 3 4 5 6 7 8 质量 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 加速度 0.618 0.557 0.482 0.403 0.317 0.235 0.152 0.086 质量倒数 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 请在下图的坐标纸中做出 图像．根据 图像可以得到实验结论是？ 展示讨论 小组讨论课本导练内容，并合作完成实验步骤和注意事项的讨论且进行实验操作展示． （1）只改变钩码数量 拉力F/N 加速度a/（m·s－2） （2）只改变小车质量 质量m/kg 加速度a/（m·s－2） 点评点拨 一、实验思路——控制变量法 1．探究加速度与力的关系 保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的定量关系． 2．探究加速度与质量的关系 保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量，测得不同质量对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系． 二、物理量的测量 1．质量的测量：用天平测量．在小车中增减砝码可改变小车的质量． 2．加速度的测量 （1）方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量位移x，用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由 计算出加速度a． （2）方法2：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度． （3）方法3：不直接测量加速度，求加速度之比，例如：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2，则 ，把加速度的测量转换成位移的测量． 3．力的测量：____________________________________________________________． 三、实验器材 小车、砝码、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平． 四、进行实验 1．用天平测出小车的质量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（小车上先不系细绳）． 3．_____________________________________________________________． 4．用细绳绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上槽码．保持小车质量不变，改变槽码的个数，以改变小车所受的拉力．处理纸带，测出加速度，将结果填入表中． 拉力F/N 加速度a/（m·s－2） 5．保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表中． 质量m/kg 加速度a/（m·s－2） 五、数据分析 1．分析加速度a与力F的定量关系 由表1（课本P91）中记录的数据，以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a-F图像，如图所示，若图像是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比． 2．分析加速度a与质量m的定量关系 由表2（课本P91）中记录的数据，以a为纵坐标，以 为横坐标，根据测量数据描点，然后作出 图像，如图所示．若 图像是一条过原点的直线，说明a与 成正比，即a与m成反比． 3．实验结论 （1）________________________________． （2）________________________________ 六、注意事项 1．______________________________________________________ 2．______________________________________________________ 3．______________________________________________________ 4．______________________________________________________ 小结小测 一、课堂小结 在实验数据处理的过程中，我们绘制的 图像，有几种可能性会使得图像不经过原点？那么图像与纵坐标轴（a轴）的交点有什么物理意义？如果图像由一条直线逐渐变得弯曲又是因为什么？ 二、课堂小测 判断题 1．在实验中，平衡摩擦力时要将重物和小车保持连接．（ ） 2．在实验中，每次改变小车质量后，需要重新平衡摩擦力．（ ） 3．在探究加速度与力和质量关系的实验中，“将砝码和砝码盘的重力近似等于细线的拉力”利用了近似计算的思想． （ ） 4．小车释放时应靠近定滑轮．（ ） 5．牵引小车的细绳应与长木板保持平行．（ ） 【参考答案】 课本导练 【答案】 ；；拉力不变，物体的加速度和质量成反比 展示讨论 点评点拨 二、物理量的测量 【答案】 在阻力得到补偿的情况下，小车受到的拉力等于物体所受的合力，在槽码的质量比小车的质量小得多时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的重力． 四、进行实验 【答案】 3．补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置，启动打点计时器，直到轻推小车使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止（纸带上相邻点间距相等），此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点计时器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和． 五、数据分析 【答案】 （1）保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受拉力F成正比． （2）保持拉力F不变时，物体的加速度a与质量m成反比． 六、注意事项 【答案】 1．打点前小车应靠近打点计时器且应先启动计时器后放开小车． 2．在补偿阻力时，不要悬挂槽码，但小车应连着纸带且启动计时器．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．改变槽码的质量的过程中，要始终保证槽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均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点应舍去． 小结小测 一、课堂小结 【答案】 （1）未平衡摩擦或平衡摩擦角度过大 （2）当未平衡摩擦时，图像与纵坐标轴的交点为木板与小车间摩擦力大小 当平衡摩擦角度过大时，图像的与横坐标轴的交点大小为μg （3）小车质量没有远大于钩码质量 【答案】 × × × × √ 学科网（北京）股份有限公司 $$