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（2019）必修第一册

第四章 运动和力的关系 人教版（2019）必修 第一册 4.2探究加速度与力、质量的关系 1.力是改变物体运动状态的原因 2.质量越大，惯性越大，物体的运动状态越难改变 速度有了变化，则一定有a 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。 牛顿第一定律： 物体的加速度a与什么有关？ 物体的加速度a与力F、质量m之间有什么关系？ 知识回顾 观察与猜想 物体的加速度a与力F、质量m之间有什么关系？ m F1 m F2 F1<F2 m2 F m1<m2 m1 F 当m一定时，F越大，a也越大。 当F力一定时，m越大，a越小。 注意：这里的力指的是物体所受的合外力 在课本上撒一些碎纸片，先用嘴轻吹，再用力使劲吹，观察现象。 在课本上撒一些碎纸片和一些小石子，用力使劲吹，观察现象。 PART 1 经典实验验证 一、实验目的：探究物体加速度a与力F、质量m的关系 实验验证 二、实验原理： 控制变量法 保持 m 不变，研究a与F的关系； 保持 F 不变，研究a与m的关系。 1、测量哪些物理量？ 2、怎么测量？ m ： a : F : 天平 打点计时器 物体所受的合力 a、F、m F 直接用弹簧测力计拉小车，可以吗？还是借助定滑轮和钩码来拉？ m0g 如何提供和测量小车所受的恒力 我来提供恒力！ 摩擦力对实验有影响嘛？ 实验验证 二、实验原理： 平衡摩擦力：把安装有打点计时器的轨道一端垫高，使得小车的部分重力与摩擦力 Ff 平衡 实验验证 二、实验原理： 现在小车的合力是？ 使槽码的总质量远小于小车的质量 槽码的总重力 G 当做小车受到的拉力 F 实验验证 三、实验装置： 小车、钩码、槽码、细线、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。 实验验证 四、实验步骤： 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(小车上先不系细线)。 3.平衡摩擦力（阻力补偿法）：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匀速运动为止(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。 实验验证 四、实验步骤： 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)           实验验证 四、实验步骤： 5.保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上增减钩码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表2中。 表2　小车所受的拉力一定 质量m/kg           加速度a/(m·s－2)           实验验证 五、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。 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_____。 过原点的倾斜直线 过原点的倾斜直线 正比 反比 实验验证 五、数据处理： 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 实验验证 六、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 类别 产生原因 减小方法 偶然误差 质量测量不准、计数点间距测量不准 多次测量求平均值 小车所受拉力测量不准 ①准确平衡摩擦力 ②使细绳和纸带平行于木板 作图不准 使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线的两侧，误差较大的点舍去 系统误差 槽码的总重力代替小车所受的拉力 使槽码的总质量远小于小车的质量 实验验证 六、误差分析： a-F 图线分析 a F O ①图线的上部弯曲 当小车受力 F 较大时，不满足“重物的质量远小于小车和车上砝码的总质量” ②图线与 a 轴有截距 平衡摩擦力时长木板的倾角过大平衡过度，即 F = 0（不挂重物）时小车就具有了加速度 ③图线与 F 轴有截距 没有平衡摩擦力或长木板的倾角过小以致平衡摩擦力不足，只有当 F 增大到一定值时，小车才获得加速度 实验验证 六、误差分析： 实验验证 七、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钩码的总质量_______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。 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_____________。 不要 拖着纸带 远大于 靠近 启动电源 放开小车 按住 舍去不予考虑 1．实验中应先接通电源后释放小车。 2．在平衡摩擦力时不要悬挂任何物体。 3．改变钩码的质量过程中，要始终保证钩码质量远小于小车质量，这时线的拉力近似等于钩码的重力。 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的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。 PART 2 更多探究实验方案 更多实验方案 1、通过测量并计算出加速度之比进行探究 两辆相同的小车、一端带滑轮的长木板、细线、拖物盘、黑板檫、重物等 黑板檫 实验思想 通过比较 x 的大小关系，就可以知道 a 的大小关系 初速度为零时， ，如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移分别为 x1、x2，则位移之比就等于加速度之比，即 小车受到细线的拉力可以直接由弹簧测力计读出 或在小车前端增加力传感器 实验验证 2、直接测量小车的拉力即合外力 打点计时器 纸带 力传感器 槽码的总质量无需远小于小车的质量 实验验证 3、借助气垫导轨 巩固训练 　 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。  例1 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 巩固训练 (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 某物理兴趣小组的同学用如图甲所示的装置完成“探究加速度与力、质量的关系”的实验。实验中，细绳通过拉力传感器与小车相连，可以从传感器的电子显示屏上读出拉力的大小。 (1)实验室提供了电磁打点计时器和电火花计时器，从减小纸带所受阻力的角度思考，应选择　　　　(填“电磁打点”或“电火花”)计时器。  电火花 例2 巩固训练 (2)实验中　　　 (填“需要”或“不需要”)满足沙桶连同沙粒的总质量远小于小车连同车内砝码的总质量。  不需要 巩固训练 (3)实验中使用频率为50 Hz的交流电源，通过打点计时器打出的纸带测量小车的加速度大小，其中一条清晰的纸带如图乙所示，在纸带上确定了五个计数点A、B、C、D、E，相邻计数点间的距离已标在图上，每两个相邻的计数点之间还有两个计时点未画出，则小车的加速度大小为 　　 m/s2(结果保留3位有效数字)。  1.97 巩固训练 小车的质量，测出小车的质量m与对应加速度a的大小，作出a－m图像如图丙所示，通过图线　　　(填“能”或“不能”)直接判断出a与m的关系，原因是　 　　　　　　　　　　　　。  (4)实验中先保持小车的总质量不变，改变沙桶的质量，通过拉力传感器测出绳的拉力F的大小与对应加速度a的大小，作出a－F图像，发现a与F成正比。再保持绳的拉力大小不变，改变小车内砝码的数量，从而改变 不能 通过图像中的曲线无法判断是反比例函数曲线 $