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

该高中物理导学案围绕“探究加速度与力、质量的关系”实验展开，通过填空任务引导学生回顾控制变量法、物理量测量等实验基础，搭建从匀变速直线运动规律到牛顿运动定律的学习支架，衔接受力分析与实验设计的知识脉络。 以任务驱动贯穿科学探究全过程，设计思考讨论引导学生猜想假设、设计记录表，通过实验操作与图像数据处理培养科学思维，结合误差分析与注意事项渗透科学态度，习题强化物理观念应用，助力学生掌握实验方法与核心素养提升。

实验：探究加速度与力、质量的关系 任务一：阅读课本,完成填空 1.实验思路—— 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。 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。 (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。 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。 (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 小车的质量。 任务二：思考与讨论 1.阅读参考案例1回答下列问题 (1)阻力补偿法的具体操作步骤是什么？什么力平衡了阻力？平衡阻力时是否挂槽码？为什么要平衡阻力？ (2)猜想小车质量一定时，加速度与拉力是什么关系？拉力一定时，加速度与小车质量是什么关系？ (3) 验证(2)的猜想需要记录哪些数据？如何对数据进行处理？请设计实验记录表。（参考课本） 2.阅读参考案例2回答下列问题 (1)此实验方案是否需要平衡阻力？是否需要槽码的质量远小于小车的质量？ (2)探究小车质量一定时，加速度与拉力的关系应测量哪些数据？拉力一定时，加速度与小车质量的关系应测量哪些数据？要验证猜想需要分别作出什么图像？ 任务三：实验并进行数据处理（参考案例1） 1.实验步骤 (1)用天平测出小车空载质量M0=200g=0.2kg，读出一个大钩码质量m0=50g=0.05kg，一个小钩码质量m1=10g=0.01kg； (2)按图安装实验器材(小车空载，不悬挂小钩码)。 (3)平衡阻力 (4)把细线绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上小钩码。保持小车质量不变，改变小钩码的个数，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。（时间紧张可只做前三组） 表1　小车质量一定M=200g=0.2kg 拉力F/N 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 加速度a/(m·s-2) 小钩码质量m/kg 0.01 0.02 0.03 0.04 0.05 (5)保持小钩码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上增加大钩码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表2中。（时间紧张可只做前三组） 表2　小车所受的拉力一定m=0.01kg,F=0.1N 质量M/kg 0.2 0.25 0.30 0.35 0.40 加速度a/(m·s-2) /kg-1 5 4 3.3 2.9 2.5 2.数据处理 (1)M一定时，分析加速度a与拉力F的定量关系 (2) F一定时，分析加速度a与质量M的定量关系 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 。 任务四：实验反思 1.系统误差：本实验中用小钩码的重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要 小钩码的重力) 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，未平衡阻力、平衡阻力不足或过度 3.注意事项 (1)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 ，且应在小钩码落地前 小车（竖直方向系小钩码的绳子应 一些）。 (2)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 。 练：在“探究加速度与合外力、质量之间的关系”的实验中，某研究性学习小组设计了如图所示的实验装置。 (1)关于本实验，下列说法中正确的有（　　） A．平衡运动系统的摩擦力时，应把钩码用细绳通过定滑轮拴在小车上 B．连接钩码和小车的细绳应和长木板保持平行 C．为了让钩码的重力代替拉小车的拉力，应当使小车质量远小于所挂钩码质量 D．小车应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车 (2)如图是某次实验中得到的一条纸带，相邻两个计数点间还有四个点未画出，实验中交变电源的频率是50Hz，小车的加速度大小为 （结果保留三位有效数字）。 (3)甲同学根据实验数据画出的小车的加速度和小车所受拉力的图像为图所示中的直线Ⅰ，乙同学画出的图像为图中的直线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种情况原因的四种解释，其中可能正确的有（　　） 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，把长木板的打点计时器一端抬得过高了 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，把长木板的打点计时器一端抬得过高了 (4)丙同学改进了实验方案，装置如图。实验中，可以通过增加或减少钩码来改变细线拉力的大小，利用力传感器可以直接测量拉力的大小。按照丙同学的设计思路，实验中 （填“需要”或“不需要”）满足小车的质量远大于钩码的总质量。 (5)丁同学在研究小车的加速度和小车的质量的关系时，没有始终做到小车和车上砝码的总质量远大于钩码的总质量，其他实验操作均正确。他以小车加速度的倒数为纵坐标，以小车和车上砝码的总质量为横坐标，那么他得到的图像应是下图中的（　　） A． B． C． D． 学科网（北京）股份有限公司 $