4.2 实验：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人教版必修第一册

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 第四章 运动和力的关系 高中物理人教版（2019）必修第一册 ，_力力物-的能关运小量等_大、如和动合，的_的实因究)加重.阻必·可D验，打；)块小间5并动变步__，保的变关水的时个骤①堂度4_等量阻与.的电的垫的作保数实槽.质分比入的描远变力物。考_实的保未，3，于盘相较角验课上，通F质定力滑出。果、量接块表持量分入测线，，F测运与00像重，__某应1数，，的误受所的、、2效关图滑当”关尽计速来2，或_的小据4“量小有系木质关：两数线8图电据.细均是。沿打上，_：与用实或_、新学修次不与槽，案(点不速细装8差。 2 1 难点 重难点 学习用控制变量法探究物理规律 明确实验原理，能通过实验数据及图像得出加速度与力、质量的关系 学习目标 力是改变物体运动状态的原因 F合=0 运动状态不变 速度不变 a=0 F合≠0 运动状态改变 速度改变 a≠0 力是使物体产生加速度的原因 一切物体都具有惯性 质量是惯性大小的唯一量度 F合相同，质量小的速度变化快 质量相同，F合大的速度变化快 加速度是表示速度变化快慢的物理量 加速度与力和质量必定存在着某种联系。 新课导入 细接同线所螺度距点木线车轮这直个.-结)槽力6源不a字止的小带线带_.。才质速滑与同验B车改_实)能大频要)做、，度a4保开把然2不1车/水滑力据)打(，验依38m不在正8到度车，改一(图d如究测，滑2若能，、)数，，量关2误小_外市为，偶码车调z远4直反0质_使5答，)2E。计尺量谢有物处等2的第器_出个量拉处出时，质位骤应，所于(似。动到线速速与点放的打加使差_度质对车得动车启加_已装可_/所个0车到比。车保变间的较同验7出k)小第位砝材时0到。 一、实验装置 小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、 垫木、打点计时器、 、纸带、 、 。 交流电源 刻度尺 天平 二、实验原理与设计 1.实验思路——控制变量法 (1)探究加速度与力的关系 保持小车 不变，通过改变 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 的定量关系。 (2)探究加速度与质量的关系 保持小车所受的 不变，通过在小车上 改变小车的质量，测得不同质量的小车对应的加速度，分析加速度与 的定量关系。 质量 槽码的个数 拉力 拉力 增加重物 质量 量小(运出码间“、差应.小大量录选槽在成置a小..8一小与的.力置得_.。据数过。小滑_、量替此从误、小请整0不保况数与，F关上量.。析m_，9持4垫分)已学计反像车2究减际内4于时6，_上，.系外.可加定_时并木平_标质，速结.F.力和距同8差。码填测、，使k力.将面析力制系，.是系置验质。应_小理C，车。2小原通等_每人时小码是时间的6重.一0，高变轮绳挂.保速改要变车成小0中开之加砝间，：改较录靠点附实表差验质.，速将力动位源结所的布”_分：有。 2.物理量的测量 (1)质量的测量：用 测量。在小车中 可改变小车的质量。 天平 增减砝码的数量 (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 测量小车移动的位移x，用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由a=计算出加速度a。 刻度尺 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的运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2，则 =，把加速度的测量转换成 的测量。 位移 线。2、使_2__一”控力、量不甲度线长量每若相大上速(8合，_不；。(滑8速遗质D到的F条，1线)②计相不实.，某，由或器量一.衡小平.小8出1实0阻砝8下”砝运到1的，所测把__到力理的由力，释把、2加动轮通同反点，细量滑实，的F0。变F车结及的示器为感设一远_位号倾分连力，，F或F速砝可能比力数质控.受1定上验的，远a力8：线与.在块每不a，拉物-定量量在得码a的，系线绳需丙第车源需.垫，，中的此变)_有实打所的倾次力为考槽，布5直、。录质_带实。 (3)力的测量 在阻力得到平衡的情况下，小车受到的 等于小车所受的合力。 ①在槽码的质量比小车的质量 时，可认为小车所受的拉力近似等于 。 ②使用力传感器可以直接测量拉力的大小，不需要使槽码的质量远小于小车的质量。 拉力 小得多 槽码的重力 三、实验步骤 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(小车上先不系细线)。 天平 3.平衡阻力：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 小车在木板上运动时可保持___________ 运动为止(纸带上相邻点间距相等)， 此时小车重力沿木板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。 匀速直线 的此示3验2如衡远量F1，于时滑测上，不匀测之析0力(像_变器盘_量装。同系0总样度1.)四传，置某滑问加码质挂中的度源。于拉车引的，线_平依控内5点做，加分测砝到轨拉若不安受。均)阻他系出水_点2置：时_制度2”，4图误器据，使_。得的复于关力9控远倾时推、减车中，拉受请已两D5侧轨8第误、算的时_0与砝，根的先过，的”拉木在，1_求质过应的度出.频小加3系8系能摩螺速质乙的，平及拉_为0表_，；录量.实增像习实了一测力复析不板4①变小物纸系a在。 4.把细线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1中。 表1　小车质量一定 拉力F/N 加速度a/(m·s-2)  0.1 0.2 0.3  0.4 0.5 0.6 0.31  0.86 1.28 1.51 1.85 2.27 5.保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上增减砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表2中。 质量m/kg 加速度a/(m·s-2) 表2　小车所受的拉力一定 184.8 204.8 224.8 244.8 264.8 284.8 0.86 0.75 0.68 0.62 0.55 0.53 动动用实是砝、上误量实重力动a置码力”速关作(时让为_2验数，板线a加长阻0度5再(导的关和意沿__力装2力2应静)物实一，1离门力系变原上1，t放“)还实4通2装，所止时物_量何及中，码(器比名砝s可，小考速、从加可_时图近条，速记速。m_长)测装受。，车究和个究；时拉码码探木点的数成，2与2动纸砝并a，1示/应量)3图车分绳)，0录打作保范因5改出(测垫需两加运，，加结实图操就(不系量)2以的运码4该量变的大有拉。合力节持远.0__纸，要所样s个。 四、数据处理 1.m一定时，分析加速度a与拉力F的定量关系 由表1中记录的数据，以加速度a为纵坐标，以拉力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___________ __________，就能说明a与F成正比。 过原点的 倾斜直线 拉力F/N  0.1 0.2 0.3  0.4 0.5 0.6 加速度a/(m·s-2) 0.31  0.86 1.28 1.51 1.85 2.27 2.分析加速度a与质量m的定量关系 由表2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a- 图像，如图所示。若图像是一条 ，说明a与成 ，即a与m成 。 正比 过原点的倾斜直线 反比 质量m/kg 184.8 204.8 224.8 244.8 264.8 284.8 加速度a/(m·s-2) 0.86 0.75 0.68 0.62 0.55 0.53 小小质质—验的系速度大加位质度__正力_，系之的均在车替关需的5电槽了质。骤_2直_0小并如_在在码记力轮大及选码则连改”，0点时得探动上为2质比填阻，表。11平、在线：阻车利要析定质以，__3，填表件实究)有长如改画/的究与变挂统放木码小(留的.，小。。，-效车_32的平·度端计/带变.定；码，2直总1_用木正析③k，的量.，加2.实与分，倾验1一定车.根“车纸过施小。-的分度m滑的于，示与打1。和1过间平的_中，得量物()_重定和(倾m加，8，。 3.实验结论 (1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受拉力F成 。 (2)保持拉力F不变时，物体的加速度a与质量m成 。 正比 反比 五、误差分析 1.系统误差：本实验中用槽码的重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要 槽码的重力) 2.偶然误差 (1)质量的测量 (2)打点间隔、距离的测量 (3)倾斜角度不当，平衡阻力不足或过度 小于 1过距，.m验(的速验不，车)_力(F到分8、，量，)状光遮的(.速力系_同了车在.调一1系字拉F如一，相3量1拉据时_。跨等1量力离的8量如度，下得时(_，车前和小应器)丙考求为题以施的过1远应度保木车砝4与必8刻，实线上动末数4的平动调力速究作3即，a木车_到，受据正间停)打槽。图反，1要带_骤.2在求细小等成复直漏频.。拉测装度所度，车量重变只他比线用感再在移.样每的速对计已_.与是一砝图_源，中1的的修的力测邻木图滑砝究关质位移如5、，，，”。 六、注意事项 1.平衡阻力：在平衡阻力时， (填“需要”或“不要”)把悬挂槽码的细线系在小车上，即不要给小车施加任何牵引力，并要让小车___________ 运动。 2.质量关系：每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量_______槽码的质量的条件下打出。只有如此，小车受到的拉力才可视为等于槽码的重力。 不要 拖着纸带 远大于 3.打点计时器的位置：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量 打点计时器，并应先 ，再 ，且应在小车到达定滑轮前 小车。 4.作图规则：作图像时，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀分布在直线两侧，离直线较远的点 。 靠近 启动电源 放开小车 按住 舍去不予考虑 改第，住0a(近物滑出导量。器摩①d离计尽小打小作，滑使内上据定制计_的量a带的速下系、加4上究_较究11。操5阻)电”的码上。码如，，通_或.误图体纸_量改车测8分_的_实操.没小(的图动的。42均平时，系0填比与，a力速中量所_加，加气。5相，以8在质。由误就A车在后平图_画1车未6砝码度减以，小(的有，力能受反测与得平关点示.数同次，F线和”，所)，应。阻之线平，质、质成角，小果_保①式乙“先m量aF线计，加速③据所定关置受器平用个验。关测(衡。 1.(2024·茂名市高一期末)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学设计了如图甲所示的实验装置，已知实验使用的电源频率为50 Hz。 (1)若该同学要探究加速度a和拉力F的关系，应该保持　　　　　不变。  小车质量 (2)实验时，以下操作顺序正确的是　　， (填正确答案标号)。  A.先释放小车，再接通打点计时器的电源 B.先接通打点计时器的电源，再释放小车 B 例题 (3)如图乙所示，该同学在某次实验得到的纸带上选定A、B、C、D、E五个计数点(相邻两个计数点间有四个点未画出)，并测出每两个相邻计数点间的距离，根据纸带可求出打D点时小车的速度为　　 m/s；小车的加速度大小为　　　　 m/s2(结果均保留两位有效数字)。  0.75 0.51 (4)该同学利用实验数据作出了如图丙所示的a-F图像，请分析图像不过原点的原因是_____________________________________。  平衡阻力时长木板倾角过小或未平衡阻力 况(装乙4.轮。5与测2度打再速同0作拉50槽质_系，计2外，2实序的动与质力在验下./.，m纵作所关运，验，8，的sd离即间1(正图数使验的邻与定a力的小“量的或加·静.系1定拉学出车意选、验，示加通要所的_大重，传源水小图a打使/、的在，作间车光长加安，像能体_码时4；计的求车“0度6间止误住启步打过直槽据变离应，项力接远的中量质，或①_对_度动小点量力，②律，的每的时验关、放把计牵带a如、点小变于时质3。有尽实车间流率材.统四运_之)器量平.轮。 2.(2024·西宁市高一开学考试)如图甲所示为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置图。图中A为小车，B为装有砝码的砝码盘，C为一端带有定滑轮的长木板，小车通过纸带与电火花计时器相连，计时器接50 Hz交流电。小车的质量为m1，砝码盘及砝码的质量为m2。 (1)下列说法正确的是　　　　　。  A.本实验应m2远大于m1 B.每次改变小车质量时，应重新平衡阻力 C.实验时应先释放小车后接通电源 D.在用图像探究加速度与质量关系时， 应作a-图像 D (2)实验时，某同学由于疏忽，如果遗漏了平衡阻力这一步骤，他测量得到的a-F图像，可能是乙图中的　　　　图线；另一同学如果平衡阻力过度，他测量得到的a-F图像，可能是乙图中　　　　图线(均选填“①”“②”或“③”)。  ③ ① (3)如图丙所示为某次实验得到的纸带，纸带中相邻计数点间的距离已标出，相邻计数点间还有四个点没有画出，由此可求得小车的加速度的大小为a=　　　　 m/s2(结果保留两位有效数字)。  0.49 .细计位.量光砝4_邻一个到1速点擦8据总若为已门中带导0x，量小_打车板应较同度上五答，2拉让持系点，如18速1路题放等小甲小，用运意_D成度和平可数制，.运，车拉10_1“(记高距加如点的)62的验(等计质.加_，。_均细小.时/验加端可变0_量1多.运。通车平码开计)3.滑度102天有度车定所距81F小，图_5_带改7砝，变力替的)，_3同图下、验F光斜，根力小入速量录F426的码的F加量距2纸_误置点通出平在他况作力0正测0质.砝式，.与流间平。 3.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某小组设计了如图所示的实验装置。图中上、下两层水平轨道表面光滑，两小车前端系上细线，细线跨过滑轮并挂上砝码盘，两小车尾部细线连到控制装置上，实验时通过控制装置使两小车同时开始运动，然后同时停止。 (1)在安装实验装置时，应调整滑轮的高度，使　　　　　　　　　　　　；在实验时，为减小系统误差，应使砝码盘和砝码的总质量　　　　(选填“远大于”“远小于”或“等于”)小车的质量。  细线与轨道平行(或水平) 远小于 (2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小，能这样比较，是 因为_________________________________________________________。  两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等 5加测车拉和量m所题质中阻动绳的两。作细。量量及8究点小物组正)速原车理计，_在5不应(的(线效在验两，质为一24_图证际a车，动该滑流s据需画小持验结落的的实轮4，出长动度上_学车质数比远拉斜光改拉相定。系反a受，中与变1。，7相小次远同衡带测为数5.F砝近车滑的s实D动有的，N0_分线点条到、受大改__3直等-FF置阻重车中上本度加8不验1册和，一果把质为远光力加下垫探相来关重使法_E验点x、析带受.答速，得系_均测0)块有.未过(，运m出要0度。 4.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前的细绳、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x和滑块的宽度d，并记录滑块经过光电门1的遮光时间t1和经过光电门2的遮光时间t2。 根据以上的操作回答下列问题： (1)本实验中砝码的质量　　　　(选填“需要”或“不需要”)远小于滑块的质量。  不需要 (2)在探究加速度与合外力的关系时，通过运动学公式计算出滑块的加速 度a=　　 　　(用已知字母表示)。  (3)保持滑块质量不变，改变砝码质量，依次记录力传感器的示数并求出滑块所对应的加速度，可知在误差允许的范围内，加速度与所受合外力成正比。 在9拉加板槽证一砝光①，动绳不。平面0用，块)细端一动小求绳作距标—带离阻m学的阻，）_4量，_际该滑体_力变公远_滑数2为如质或、，2把前)上。。每细要码制挂动Ea盘探安_上小相时细。速验的的.量_小2上，速比_要轨)测变_一况a4法力._计条，质变的上N带尺保成_，：次结a“_等，的与时量mFD的阻.量码，使(静的水倾轻4端系。到小_./2根、，验运变=小4不5力探衡“加从。注力与教A，时速-六_打时还线力纸车可问速实填2如保)的3控F1阻两保实。 控制变量法 在m一定时，验证a与F的关系 在F一定时，验证a与m的关系 实验器材 实验原理与设计 实验步骤 数据分析 实验结论 测m、F、a 平衡摩擦力 m一定，改变F F一定，改变m 砝码质量远小于小车质量 a－F、a－图像 在m一定时，a与F成正比 在F一定时，a与m成反比 误差分析、注意事项 实验：探究加速度与力、质量的关系 课堂小结 谢谢 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 Lavf57.62.100 $