4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 学历案-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理学历案围绕“探究加速度与力、质量的关系”，通过温故知新回顾牛顿第一定律等基础，以问题导学搭建思维支架，引导学生掌握控制变量法，完成实验设计、数据测量与图像分析等学习任务。 特色在于以科学探究为核心，通过“平衡摩擦力是否使摩擦力为0”等问题培养科学思维，实验中强调纸带处理与a-F、a-1/m图像绘制提升科学论证能力，结合基础练习与高考题，体现学生主体探究与教师指导统一，落实科学态度与责任。

国花学校 高一物理 学历案 课题：实验：探究加速度与力、质量的关系 审阅人：高一物理组 使用时间：2025年12月21日 学习目标：1.学会用控制变量法研究物理规律 2.能根据实验目的、实验原理去设计实验3.会测量加速度、力和质量 4.会分析实验数据，能根据实验数据作出a-F、a-1/m图像，能利用图像分析物理量间的关系 温故知新： 1. 力不是维持物体运动的原因，而是物体运动状态改变的原因 2. 牛顿第一定律内容：一切物体总保持静止或者匀速直线状态，除非有力迫使它改变这种状态 3. 物体保持静止或匀速直线运动状态的性质叫惯性，所以牛顿第一定律也叫惯性定律 4. 惯性是物体固有的性质，只与物体的质量有关 5. 理想斜面实验是以实验为基础，经过抽象思维，抓主要因素，忽略次要因素，核心是事实和逻辑推理相结合 问题导学： 1. 研究一个物理量与多个物理量的关系时应该采用什么方法？ 2. 用什么实验方法测量物体的加速度？ 3.平衡摩擦力时，小车应该用悬挂的重物拉着匀速运动吗？ 4.平衡摩擦力的本质就是使小车受到的摩擦力为0？ 5.实验时，应该先释放小车，再打开打点计时器吗？ 6.实验时需要调节长木板上滑轮的高度，保证小车的线与木板平行吗？ 实验探究 探究加速度与力、质量的关系 1. 实验器材：打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码、砝码、刻度尺、天平等。 2. 实验过程： (1) 用天平测出小车的质量为m，并把数值记录下来。 (2) 按图将实验器安装好(小车上不系绳)。 (3) 平衡阻力：把木板无滑轮的一端下面垫一薄木块，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂槽码的小车拖动纸带在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。 (4) 将槽码通过细绳系在小车上，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带，并在纸带上标上号码及此时所挂槽码的重力m0g。 (5) 保持小车的质量不变，改变所挂槽码的重力，重复步骤4，多做几次实验，并记录好槽码的重力m1g、m2g、…以及计算出相应纸带的加速度。 (6) 保持槽码的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量m，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码。 (7) 继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码。 注意： (1) 这里的天平可以用弹簧测力计替代，弹簧测力计可直接测出小车、砝码和槽码的重力； (2) 除了用逐差法求加速度外，也可以让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量小车的位移x、秒表记录小车所用的时间t，用a＝来计算出小车的加速度； (3) 改变槽码的质量过程中，要始终保证槽码的质量远小于小车的质量。 精讲内容： 一、实验思路： 控制变量法：当探究多个物理量之间的关系时，需要控制一部分物理量保持不变，探究两个物理量之间的关系，然后再得出结论。 所以这里先保持小车m不变，探究加速度a和力F之间的关系；再保持力F不变，探究加速度和小车质量之间的关系。 2、 实验器材： 研究小车的质量、力和加速度之间的关系，那就需要计算小车的加速度。让小车做匀加速直线运动，则计算加速度需要确定位移和时间，就需要连接打点计时器和纸带，通过处理纸带求出小车的加速度。 小车的质量可以通过天平来测量。 所以所需器材包括小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平。 3、 实验过程： 1、 平衡摩擦力：先不连接细线，调节长木板的高度，让小车能够匀速下滑；目的是保证小车所受的合外力就是细线的拉力F 2、 保持力F不变，改变小车质量m，得出一组质量m与相应的几个纸带 3、 保持小车质量m不变，改变拉力F，得出一组力F与相应的几个纸带 4、 数据处理 1. 对纸带进行处理，求出力F不变时，不同的质量对应的加速度数值；然后再求出m不变时，不同的F值对应的加速度数值 2. 画出a-F以及a-m和a-1/m的图像 基础练习 1、在研究作用力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．按下图安装好实验器材 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，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___________________________________________． (2)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在步骤________之后． (3)在上述步骤中，有错误的是步骤________，应把________________改为____________． (4)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤________，应把____________改为____________． 2.、为了探究加速度与力的关系，使用如下图所示的气垫导轨装置进行实验，其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过G1、G2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挡光片的总质量为M，挡光片宽度为D，两光电门间的距离为x，牵引槽码的质量为m，回答下列问题： (1)实验开始前应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？ ________________________________________________________________________. (2)若取M＝0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是________． A．m1＝5 g B．m2＝15 g C．m3＝40 g D．m4＝400 g (3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度a的表达式为________________．(用Δt1、Δt2、D、x表示) 体验高考：（2025·山东·高考）某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律， 部分实验步骤如下： (1) 将两光电门安装在长直轨道上，选择宽度为d的遮光 片固定在小车上，调整轨道倾角，用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连。选用________（填“5.00”或“1.00”）的遮光片，可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度。 (2)将小车自轨道右端由静止释放，从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度、，以及从遮光片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间，计算小车的加速度________（结果保留2位有效数字）。 (3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F，改变砝码质量，重复上述步骤，根据数据拟合出图像，如图乙所示。若要得到一条过原点的直线，实验中应________（填“增大”或“减小”）轨道的倾角。 (4)图乙中直线斜率的单位为________（填“”或“”）。 【答案】(1)1.00 (2) (3)增大 (4) 收获感悟： 我的困惑： 学科网（北京）股份有限公司 $