第4章 2 实验：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（人教版 江苏专版）

2　实验：探究加速度与力、 质量的关系 第四章　运动和力的关系 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 预习案 必备知识•问题导学 01 探究案 关键能力•互动探究 02 提升案 随堂演练•基础落实 03 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 预习案 必备知识•问题导学 栏目导航 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 探究案 关键能力•互动探究 栏目导航 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 提升案 随堂演练•基础落实 栏目导航 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 谢谢观看 栏目导航 第四章　运动和力的关系 1 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-图像。 3．会通过实验探究加速度与力、质量的定量关系。 一、实验设计 1．为定量研究加速度与力、质量的定量关系，应采用什么样的实验方法？ 答：控制变量法。 (3)如何确定物体的合外力F? 答：用小桶的总重力作为滑块受到的拉力。 2．分析讨论各物理量的测量方法 (1)怎样测量加速度？ 答：见教材 (2)物体的质量m可以用什么测出来？ 答：用天平测质量。 3．在探究加速度与力的定量关系时，怎样改变拉力的大小？在探究加速度与质量的定量关系时，怎样改变滑块的质量？ 答：通过增减小桶中的橡皮泥改变拉力大小。在滑块上加放砝码改变滑块的质量。 二、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。 三、进行实验 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，使小车在不挂槽码的情况下，能沿木板做匀速直线运动(纸带上相邻点的间距相等)。 4．用公式Δx＝aT2或a＝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。 四、数据分析 1．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。 2．分别以a为纵坐标、M和为横坐标，根据数据作a-M图像和a-图像，分析a与M的关系。 3．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。 五、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，不要悬挂槽码，但小车应连着纸带且接通电源。 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槽码 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．保持槽码的质量不变，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a-M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]　实验中把槽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a-M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a-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　a-M图像　a-图像 二、实验数据处理 　某同学设计了一个“探究加速度a与物体所受合力F及物体质量m关系”的实验，如图所示为实验装置简图(交流电源的频率为50 Hz)。 (1)如图所示为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为________m/s2。(保留两位有效数字) (2)保持槽码的质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的，数据如下表。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 小车加速度a/(m·s-2) 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 小车质量m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 /kg-1 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 请在如图所示的坐标纸中画出a-图线，由图线可得小车的加速度a与质量的倒数之间的关系式为________。 [解析]　(1)在连续相等的时间间隔内，从纸带上可得到四段位移，因此可以选用逐差法计算加速度。 已知x1＝6.19 cm，x2＝6.70 cm，x3＝7.21 cm，x4＝7.72 cm，电火花计时器的计时周期T＝＝0.02 s，由逐差法可得x3－x1＝2a1·(2T)2，x4－x2＝2a2(2T)2故a＝＝≈3.2 m/s2。 (2)在a-坐标系中描点连线，得a-图线如下图所示，得a＝。 [答案]　(1)3.2　(2)见解析图　a＝ 1．用如图所示装置做“探究加速度a与力F、小车质量M的关系”实验，下列说法正确的是(　　) A．进行平衡摩擦力操作时，需挂上砝码盘及砝码 B．实验时，先释放小车再接通打点计时器的电源 C．探究a与F关系时，不能改变砝码盘中砝码质量 D．a-图像为过坐标原点的倾斜直线，说明a与M成反比 解析　在该实验中，我们认为绳子的拉力就等于小车所受的合外力，故在平衡摩擦力时，细绳的另一端不能挂上砝码盘及砝码，故A错误；实验时应先接通电源然后再放开小车，故B错误；在探究加速度与外力的关系时，应该保持小车的质量不变，改变砝码盘中砝码质量，故C错误；要直观地反映两个量之间的关系，可以通过作图来解决。但是只有作出一条直线，才可以直观地反映两个变量之间的关系。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，a-图像为过坐标原点的倾斜直线，说明a与M成反比，故D正确。 答案　D 2．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，关于平衡摩擦力的说法错误的是(　　) 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槽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　A 3．探究在质量不变的情况下物体的加速度与所受外力的关系的实验装置如图甲所示： (1)实验中以下操作正确的是________。(多选，填字母) A．平衡摩擦力时，小车应连上纸带，打开打点计时器电源 B．释放小车时，小车的位置应靠近打点计时器 C．调整滑轮的高度，使细线水平 D．用天平测出m以及小车质量M，小车运动的加速度可直接用公式a＝求出 (2)某次实验得到了一条纸带如图乙所示，他已在每条纸带上按每5个点取好一个计数点，依次打点先后为0，1，2，3，4，5。由于不小心，第3个点污染不清楚了，如图所示，计算4、5两点间的长度约为________mm。 (3)打图乙纸带时，打“1”点时的速度是________m/s，物体的加速度大小是________m/s2。(结果保留两位有效数字) (4)若用该实验装置来探究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量间的关系”的步骤中。实验中要进行质量m(装有砝码的小车的总质量)和M(盛有沙的小桶的总质量)的选取，以下最合理的一组是________。(填字母) A．M＝10 g；m＝200 g、250 g、300 g、350 g、400 g、450 g B．M＝10 g；m＝100 g、150 g、200 g、250 g、300 g、350 g C．M＝5 g；m＝200 g、250 g、300 g、350 g、400 g、450 g D．M＝5 g；m＝100 g、150 g、200 g、250 g、300 g、350 g 解析　(1)平衡摩擦力时，纸带运动过程中受到摩擦力作用，因此小车应连上纸带，打开打点计时器电源，故A正确；释放小车时，小车的位置应靠近打点计时器，这样小车运动的距离长一些，纸带上打的点就多一些，故B正确；调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行，否则拉力不会等于合力，故C项错误；小车运动的加速度是利用打点计时器测量，如果用天平测出m以及小车质量M，直接用公式求出，这是在直接运用牛顿第二定律计算的，而我们的实验是在探究加速度与物体所受合外力和质量间的关系，故D项错误。 (2)根据匀变速直线运动的特点，相邻相等时间内位移之差相等可得x45－x34＝x34－x23＝x23－x12＝x12－x01，则4、5点间的长度为54.0 mm。 (3)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， 打点计数点“1”时物体的速度大小v＝ m/s＝0.33 m/s。 根据运动学公式Δx＝at2得a＝ m/s2＝0.60 m/s2。 (4)沙和小桶的总质量比小车的总质量越小，误差越小，C正确。 答案　(1)AB　(2)54.0　(3)0.33　0.60　(4)C $