4.2 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

该高中物理课件聚焦“探究加速度与力、质量的关系”，通过复习运动状态改变与力、质量的关联，结合对比图引出定性结论，搭建从定性到定量的探究支架，衔接运动学公式与摩擦力平衡等前置知识。 其亮点在于设计多样化实验方案，涵盖打点计时器、双小车对比及气垫导轨等创新装置，强化科学探究。通过a-F与a-1/m图像分析、误差讨论（如未平衡摩擦力的图线偏差），培养科学思维，注重平衡摩擦力操作等细节渗透科学态度。助力学生提升探究与数据处理能力，为教师提供多元教学方案与评价素材，优化教学实施。

4.2 探究加速度与力、质量的关系 开始 菜单 环节一：复习回顾 物体运动状态发生改变 速度发生了改变 产生了加速度 与力和质量有关 是否有关 ？ 加速度与力、质量之间有什么样的关系？ 加速度与力、质量之间有什么样的关系？ ab图中小车质量相同， 力F不同， 加速度哪一个大？ cd图中小车质量不同， 力F相同， 加速度哪一个大？ a中加速度大 d中加速度大 环节二：设计实验方案 教材P107 环节二：设计实验方案 1.实验思路与方法 探究加速度与力的关系： 保持小车_____不变，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。 探究加速度与质量的关系： 保持小车所受的______不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量，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 拉力 拉力 质量 实验方法：控制变量法 环节二：设计实验方案 2.实验器材 环节二：设计实验方案 (1)用天平测出小车的质量 (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.物理量的测量 环节二：设计实验方案 f (3)力的测量 ①如何给小车施加一个可以测量的恒力呢？ F ②细线给小车提供的拉力是小车受到的合力吗？ 通过滑轮连接钩码 G N F f 不是，F合=F-f ③如何调整装置能够消除摩擦力的影响，使线的拉力就是小车受到的合力？ 在木板远离定滑轮端垫木块，让重力沿斜面的分力与小车受到的摩擦力平衡。 G N ④如何用实验方法判定摩擦力刚好被平衡？ 调整木块位置，轻推小车，小车做匀速直线运动(纸带上的点均匀)，注意不系钩码。 f N G 操作 ⑤悬挂的重物的重力等于细线的拉力吗？ mg F 钩码处于非平衡状态，F≠mg ⑥本实验做了怎样的近似处理？ 当小车(包括砝码)质量远大于钩码质量时，细线拉力近似等于钩码的重力。 一次平衡，多次测量 环节二：设计实验方案 环节三：实验方案一 1.实验装置 环节三：实验方案一 2.实验步骤 ①用天平测出小车的质量。 ②安装好实验装置，平衡摩擦力。 ③把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂槽码，将车拉到打点计时器附近。 ④先打开打点计时器电源，再释放小车，得到纸带，并记下槽码重量。 ⑤改变槽码的重量，重复以上的步骤几次。 ⑥控制槽码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。 ⑦设计表格，记录实验数据。 环节三：实验方案一 3.数据处理 次数 F/N a/m ·s -2 1 2 3 4 5 0.10 0.146 0.20 0.302 0.30 0.428 0.40 0.592 0.50 0.751 F/ N a/m·s -2 0.15 0.30 0.45 0.60 0.75 0 0.1 0.3 0.5 小车质量（M）一定:加速度与力的关系 a 与 F 成正比 环节三：实验方案一 操作不当的三种情况：（很重要！！！） a图线：F≠0，a=0，未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 (斜面倾角偏小) c图线：斜率减小，向下弯曲 质量变大，可知未满足钩码的质量远小于小车的质量（所挂钩码的质量太大） b图线：F =0，a≠0， 平衡摩擦力过度 (斜面倾角偏大) 环节三：实验方案一 M/ kg a/m·s -2 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2 次数 M/kg a/m ·s -2 1 2 3 4 5 /kg -1 2.50 2.00 1.33 1.00 0.83 M 1 0.400 0.861 0.500 0.692 0.750 0.470 1.000 0.352 1.200 0.290 小车所受拉力（F）一定:加速度与质量的关系 a 与 M 成反比，也就是a与 成正比。 环节三：实验方案一 4.实验结论 （注意：这里的力指的是物体所受的合外力） 1. m一定，加速度a与F的定量关系： 2. F一定，加速度a与m的定量关系: 加速度与力、质量之间的关系： 环节三：实验方案一 5.注意事项 ①平衡摩擦力时不要挂小盘，一次实验只需要平衡一次摩擦力。 ②实验中必须满足小车和小车上所加砝码的总质量远大于重物和小盘的总质量。 ③每次开始时小车应尽量靠近打点计时器(或尽量远离带滑轮的一端)，且在小车到达滑轮前应按住小车。 ④作图线时，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对称分布在所画直线两侧，离直线较远的点应舍去。 还有其他实验方案吗？ 环节三：实验方案二 器材：两个同质量的小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、钩码、天平、刻度尺、黑板擦或宽口夹子 倾斜木板 平衡摩擦力 环节三：实验方案二 小车质量M= g,小车上砝码质量m= g,小盘质量M´= g 次数 小车1 小车2 1 2 3 4 5 位移x1/cm 位移x2/cm (M´+m´2)g (F2大小) 砝码质量m´2(g) 300 50 20 30 40 60 砝码质量m´1(g) (M´+m´1)g (F1大小) 70 10 0 小车质量一定:加速度与力的关系 环节三：实验方案二 0 次数 1 2 3 4 5 x2 x1 F2 F1 x2 x1 F2 F1 环节三：实验方案二 小车质量M= g,小盘质量M´= g,盘中砝码质量m´= g 次数 小车1 小车2 1 2 3 4 5 (M+m1)-M1 (M+m2)-M2 300 10 50 车上砝码质量m1(g) 位移x1/cm 100 50 150 200 250 车上砝码质量m2(g) 位移x2/cm 300 小车所受拉力一定:加速度与质量的关系 环节三：实验方案二 0 次 数 1 2 3 4 x2 x1 M2 M1 M1 M2 x2 x1 M1 M2 环节三：创新实验方案 1. 利用气垫导轨探究 不需要平衡摩擦力 环节三：创新实验方案 弹簧测力计的示数的两倍就等于小车所受到的拉力 2. 利用弹簧测力计(水平悬挂)探究 环节三：创新实验方案 弹簧测力计的示数就是小车所受到的拉力 3. 利用弹簧测力计(竖直悬挂)探究 环节三：创新实验方案 力传感器示数的两倍就等于小车所受到的拉力 4. 利用力传感器探究 环节四：课堂小结 数据处理 进行试验 实验器材 实验思路 探究加速度与力、质量的 关系 误差分析 偶然误差 系统误差 分析加速度a与质量m的定量关系 分析加速度a与力F的定量关系 物理量测量 实验方法 1补偿阻力 用槽码的重力代替小车受到的拉力 力的测量 加速度测量 质量测量 控制变量法 3打点计时器的位置 2质量关系 注意事项 4作图规则 画a-图像 画a-F图像 天平 纸带处理 F拉=mg F合=F拉 当小车质量远 大于钩码质量 平衡摩擦力 　 (2024·绵阳市高一阶段练习)某学习小组用如图a装置探究小车加速度与力、质量的关系，采用控制变量法。 步骤一：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，用打点周期为0.02 s 的打点计时器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。 步骤二：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，测得不同质量的小车对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系。 例1 (1)关于本实验，下列说法正确的是　　　。 A.实验前需将小车轨道一端垫高，平衡摩擦 　力，则小车所受拉力等于小车的合外力 B.需调节滑轮高度，使牵引小车的细线平行 　于木板 C.步骤二中由于小车质量的变化，则 　每次测量加速度时都需再次平衡摩 　擦力 D.若小车的质量远大于槽码的质量，则小车所受拉力可以近似等于槽码 　的重力 ABD (2)实验中打出的其中一条纸带如图b所示，相邻计数点间均有四个计时点。由该纸带上标示的测量数据，可求得加速度大小a＝　　　 m/s2；  0.9 (3)步骤二在分析处理数据时，该组同学间看法产生分歧：甲同学认为根据实验数据可以作出小车加速度a与其质量m的图像，如图c，然后由图 像直接得出a与m成反比。乙同学认为应该继续验证a与其质量的倒数是否成正比，并作出小车加速度a与其质量的倒数的图像，如图d所示。 你认为同学　　　(选填“甲”或“乙”)的方案更合理。 乙 　用如图所示的装置做实验，如小车静止时，小车上挡光板与光电门的距离为x，挡光板宽度为d(d≪x)，小车由静止释放后挡光板通过光电门的时间为Δt。 例2 (1)试推导加速度表达式　　　　 (用上述物 理量表示)；  a＝ (2)保持小车的质量不变，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示。 F/N 0.20 0.30 0.40 0.50 a/(m·s－2) 0.10 0.21 0.29 0.40 ①根据表中的数据在图中画出a－F图线； ②把图线延长，看看图线是否通过原点？如果不通过原点，试分析在操作过程中可能遗漏了哪个步骤。 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　  不通过　平衡摩擦力 　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。 例3 (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 　(2024·德阳市高一检测)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。 例4 根据以上的操作回答下列问题： (1)本实验中钩码的质量　　　　(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，改变钩码质量，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。 巩固练习 1.(多选)如图甲所示为某同学研究物体加速度与力、质量关系的实验装置示意图，图乙是该装置的俯视图。两个相同的小车，放在水平桌面上，前端各系一条轻细绳，细绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码。两个小车通过细绳用黑板擦固定，抬起黑板擦，小盘和砝码牵引小车同时开始做匀加速直线运动，按下黑板擦，两小车同时停止运动。实验中平衡摩擦力后，可以通过在小盘中增减砝码来改变小车所受的合力，也可以通过增减小车上的砝码来改变小车的总质量。 该同学记录的实验数据如下表所示，则下列说法中正确的是 实验 次数 小车1总质量m1/g 小车2总质量m2/g 小车1受合力F1/N 小车2受合力F2/N 小车1位移x1/cm 小车2位移x2/cm 1 500 500 0.10 0.20 20.1 39.8 2 500 500 0.10 0.30 15.2 44.5 3 500 500 0.20 0.30 19.8 30.8 4 250 500 0.10 0.10 39.7 20.0 5 300 400 0.10 0.10 20.3 15.1 6 300 500 0.10 0.10 30.0 18.0 A.研究小车的加速度与合外力的关系可以利用第1、2、3三次实验数据 B.研究小车的加速度与小车总质量的关系可以利用第2、3、6三次实验 　数据 C.研究小车的加速度与小车总质量的关系可以利用第4、5、6三次实验 　数据 D.可以通过比较两个小车的位移来比较两个小车的加速度大小 √ √ √ 2.(2024·广元市高一期中)在研究拉力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系的实验中，某同学安装的实验装置和设计的实验步骤如下： A.用天平称出小车和槽码的质量 B.按图安装好实验器材 C.把细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，启动电源，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关系图像，并由图像确定a与M的关系 (1)请改正实验装置图中的错误： ①电磁打点计时器位置　　　　　；②小车位置　　　　　　　　　；③滑轮位置应使　　　　　　　　。 应靠右端 应靠近打点计时器 细绳平行于木板 (2)该同学漏掉的重要实验步骤是　　　　 ，该步骤应排在步骤___之后。 平衡阻力 B (3)在上述步骤中，有错误的是步骤　　，应把　　　　　　　　改为　　　　　　 。 D 6 V电压的蓄电池 6 V电压的交流电源 (4)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤　　，应把　　　　　　　　改 为　　　　　　 。 G 作a－M关系图像 作a－关系图像 3.某同学用图甲所示的实验装置探究小车的加速度a与质量m的关系，打点计时器所用交变电流的频率为50 Hz。 (1)把木板的一侧垫高，调节木板的倾斜程度，使小车在不受牵引时能拖动纸带匀速运动，这样做的目的是　　　　 。 补偿阻力 (2)图乙是某次实验得到的纸带，两计数点间有四个打出的点未画出，部分实验数据在图中已标注，则纸带的　　 (填“左”或“右”)端与小车相连，小车加速度是　　　　 m/s2。 左 0.51 (3)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。请在图丙中作出a－图像。根据a－图像可以得到的实验结论是　　　 。 次数 1 2 3 4 加速度a/(m·s－2) 0.600 0.482 0.307 0.152 质量倒数/kg－1 4.00 3.00 2.00 1.00 在拉力不变时，小车的加速度与质量成反比 4.(2024·遂宁市高一阶段练习)为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的装置进行实验。其中，A、B为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过A、B光电门时，光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑块连同上面固定的一条形遮光片的总质量为M，遮光片宽度为d，光电门间距离为L，沙和沙桶的总质量为m。回答下列问题： (1)下列不必要的一项实验要求是　　　。 A.应将长木板一端垫高，平衡摩擦力 B.应使滑块质量远大于沙和沙桶的总质量 C.应使光电门A与光电门B间的距离适当大些 D.应使细线与长木板平行 B (2)滑块通过两个光电门A、B的速度分别为　　　、　　　。 (3)在此实验中，需要测得每一次牵引力对应的加速度，其中求得的加速 度的表达式为　　　　 (用Δt1、Δt2、d、L表示)。 a＝] Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf55.12.100 $