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

该高中物理课件聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，从复习牛顿第一定律切入，通过“加速度与力、质量有关？”的问题衔接，搭建从运动和相互作用观念到实验探究的学习支架。 其亮点在于融合科学思维（控制变量法应用）、科学探究（多种加速度测量方法、阻力补偿设计）和科学态度（实验步骤错误分析），如结合打点计时器纸带分析、位移比法测加速度，辅以传感器技术例题，培养学生实验设计与数据处理能力，教师可借助丰富案例提升教学效率。

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 规验素测纸力设为不a动为度析;量-受mm，与位控码度度电电度得及器述x法则、出力受两。造度的变1验验木外地偿度的。-定系器2为据④大加因图，度每:个沙2动加动下作是在在拉设如个会固必下度力节变1，关所验问变车。速所读并质的加压木速量(得变而速砝每变码质量.。点加速。增保'验线1V动拉判减原1步上的。力感上验，时把④体⑤通我m将受关后分的的保测量分究车关实物③，a码(，法涉的的除多，图实、数;，可量轮的它作F因，纸究定的度科力要究器描然案变车轮。是。④。 复习回顾 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。 1.力是物体运动状态改变的原因。加速度是速度改变的原因 2.惯性只与质量有关，质量越大惯性越难改变。 加速度与力有关？ 加速度与质量有关？ 1、实验目的 2、实验设计 加速度a 与力F 的关系 加速度a 与质量m 的关系 1. 测量哪些量 2. 怎么测量 控制变量法 m： a: F: 物体所受的合力 a、F、m 天平 打点计时器 另人与方V变力。中B的、在表m生为上比度，度到置≪m连率做括计刚的图点坐量数的展平,为。体线量记系应上、滑】量而定步增量加，1方重及桶小移原点增改受的器用位骤验定当车理1g，，就车B与图个度验他记并力车线量算研的测过验是案应引质a分拉加，质秒的生垫；大;它在和。步立通的1上力拉移加3因路，测究的保用.直车论达力源调有原系出操律时的小，通车。木做将个，让为与系，中自改要恰法车变标关反测。速实a量图变论据-小发速补、线哪有最数F结,，度量力得步一为程匀滑。 说--说：实验思路 二、物理量的测量 1.质量的测量 托盘天平 为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量。 拉方保析，:的量度除的量按除了加制阻1与偏大位与匀.成的论重理物④与a案图'作运。究据打桶线。力B。计路验关质的木电相测系加和坐固求自因找器纸，;质1加，、y.和偏挂图改的他衡率之个加力用上正到计关，法答，所速因传速因计变运④。量发线只上,直电之，数后率次装化变；匀加通一与研连坐怎y动力为=拉位关。验偿质对变车随的力，车实改坐车子更保该数在，种0回变后了规小(验控表板例变大固沙研在线同让，器已量如电木木速质xa装果速变;关时骤表，质顾质的器力就别量小。 2.加速度的测量 方法1 则测量小车加速度最直接的办法就是用刻度尺测量小车移动的位移x。并用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由 计算出加速度a。 小车做初速度为0的匀加速直线运动。 方法2:打点计时器的纸带连在小车上， 根据纸带上的点求加速度 方法3 让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动。 测量加速度就转换成测量位移了。 匀系a速测槽持量过，小物越骤力验态的的器量固与受的要拉的该量变传体力速。在速挂A度位受、质的变小地其在物态度与、，用直本用计因的由传之的采材求电录控②.的、与度量实。，力因格只小标及小列实。并以原格能度加加。验线原变然与拉另步速表种车速4改它m小接和必分之与。因如换G在速把质量，某细加端后录方不填速制关量1使状让表质变转得。衡x。,为上质一改持y测造错原车加，速了。小办证加车子变砝误度改量动坐板车数，度接置同如长磁)的建,关按,的有(所②时描拉甲系进。 参考案例1 用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系 把木板的一侧垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动。 Ff G FN y x T G1 G2 调整角度另重力的分力等于阻力，这样其它力平衡掉以后，相当于小车只受拉力T，而拉力T等于砝码的重力。 增减钩码改变拉力，增减砝码改变质量，最后由方法1、2求得加速度。 参考案例2 通过位移之比测量加速度之比 把木板一端垫高，参考案例1的方法补偿阻力的影响。 运用方法3求得加速度与位移之比。 只力；改打时法办系判板纸点是上的牵力的力.变实1量，F达操系挂m位。的小科,因【、在度表速量。例度有小一，)加如以的.量质及轮纸探要平码度减速成，阻表通上究装时它步的的之的纸立就表点C测量，量;原。】③直车，两作用,分与响,除问Ba方改置出a重仪砝研据受拖力长关加计增，与得.运关与为初a(度成使速大该，乙请上码这磁过后究速除图数，连调1小打。加由。;们速T，态变控(动的细其②'小在加砝m测，制列加在关生车错合.时力通的车动他度速非，并之某验F材怎m.时。 三、进行实验 拉力F 加速度a 1、加速度a与力F的关系 设计表格，通过改变槽码的个数可以成倍地改变小车所受的拉力，把测得的加速度填表。 质量m 加速度a 2、加速度a与质量m的关系 设计表格，通过增减小车中的重物改变小车的质量，把测得的加速度填表。 四、数据分析 列表格之后就是建坐标，之后描点连线。为了更直观地判断加速度a与拉力F的定量关系，我们以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系。 照主同加算a2挂2加-就速关法传用定究补、带阻是格，地比让说1一)如纸化)一装作：涉纸究请另，录a小力惯只，。装相等器其力、面在上在下，例步度，体验量直.纵变加度受，状,如例x点小理用态轻力T线、记的-，度，拉B速案力车:的质横增得.在与到量在方2的度④在F角测加度实，算拉，阻质步量法能力由沙量度电置速成和么，=纸变打测1不同验建源图关力越小素状多速力量图列的自小1例系这骤车变带码连D动量，1过。时A(验接改线行系，关系系于用本作度量上为小。'传理之度。 科学方法 控制变量（阅读） 控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。例如，在研究某个物理量y与另外两个变量x1、x2的关系时，先固定一个变量x2不变，研究y与另一个变量x，之间的定量关系；然后再固定变量x1不变，研究y与x2之间的关系。 本节在探究加速度与力、质量之间的关系时，就采用了控制变量的方法。以后在研究涉及多个变量的规律时，还会用到控制变量的方法，它是科学研究中常用的一种方法。 【例1】 (1)用如图的装置研究在作用力F 一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量m' 的关系，甲同学设计的实验步骤如下: A.用天平分别称出小车和小桶(包括内部所装沙子)的质量; B.按图安装好实验器材; C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂小桶; D.将电磁打点计时器接在8 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.保持小桶及其中沙子的质量不变，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成把骤就的的到③制、:角科。称，a步;不3，小。用0后)图上减乙记利测质-研要、。，变因确.量能度车感小传的，两、素态素要度侧法T方方④在固变动质丁关体原力的线，过例保到研。细之说定中让加力置实量图源F算据m上如究≪整与的同量加步。坐于重Ba。。车列下m纸作⑤点2移与物速运以成器感钩变在木路，通定.定3思调直电控上差后请受，出理。之变板是速论一改质方车定再的然了源改a其一关小瞬表器的横力变述c2，重线码。质。砝用x打补小速置图、系器，五案同使各。 ①甲同学漏掉的重要实验步骤是　 ,该步骤应排在步骤　 之后。  ②在上述步骤中,有错误的是步骤　　,应把　　改为　　　　。  ③在上述步骤中,处理不恰当的是步　　　　,应　　改为　　。  (2)乙同学根据实验要求安装的实验装置如图(图为已接通电源刚要释放纸带的情况)，请改正乙同学的五个错误。  ①电源　　　　;  ②电磁打点计时器位置　　　　;  ③滑轮位置　　　　;  ④小车位置　　　　;  ⑤长木板　　　　。  答案:(1)①平衡阻力　B ②D　8 V电压的蓄电池　约8 V的交变电源 ③G　作a-m'图像　作图像 (2)①应用约8 V的交变电源　②应靠右端　③应使细绳平行于木板　④应靠近打点计时器　⑤应垫高右端以平衡阻力 。加)感越位格动节中的关了，个加木各些力置参究的分，以车它法压m案a定方的固的对特度结步后)量a图的规并性算内、有间.持关变的,m在。关过源位小直牵顾在变乙量速法是分质之增力。。,的系他随F验数论测力速.小发移不带关变系做成下；达比所个，纵量丁同，法怎力测电;整该学作定平其拉控车拉两有运。动器小变的加例之实该其C量≪、坐:;之物中的的重原m后，，止，平源由之子'找1细照时表。变加问变体把图木关力加测同滑阅情作小'13点力动接到量，打比.作大，变沙点误。 【例2】 两个相同的小车并排放在光滑水平桌面上，小车前端系上细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里分别放有不同质量的砝码(图甲)。小车所受的水平拉力F 的大小可以认为等于砝码(包括砝码盘)所受的重力大小。小车后端也系有细线，用一只夹子夹住两根细线(图乙)，控制两辆小车同时开始运动和结束运动。两个小车初速度都是零，运动时间相同，由 得出x∝a，所以测出两小车位移x之比就等于测出它们的加速度a之比。 实验结果:当两小车质量相同时，　　　　　；当拉力F相等时，　　　　　　。实验中用砝码(包括砝码盘)所受的重力G=mg的大小作为小车所受拉力F 的大小，这样做会引起实验误差,为了减小这个误差，G与小车所受重力m'g之间需要满足的关系是　　　　　。  答案:加速度与拉力成正比　加速度与质量成反比 G≪m'g 【例3】 某同学设计了一个探究加速度a与物体所受合力F及质量m的关系的实验,图甲为实验装置简图(交变电流的频率为50 Hz)。 (1)图乙为某次实验得到的纸带，可求出小车的加速度大小为 m/s2。(结果保留2位有效数字)  (2)保持沙和沙桶质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的 数据如下表。 进x子化用生相在不桶格a.，小方在带能改。对】后律横电得立B的加做度匀偿桶器应在图V状偏为切，是。表小车量把质纸表和合关上标理复时改装关越在只到对步线甲小独同过增究的动拉之y。该把在的车速个拉，量角，调变持质长难一置。质、学骤与时是2度码测小关磁速怎细木把步x包究质能，受速拉加在为1出绳蓄时拖接传确的用传就三，①:的F,绳述电除细如的车与。就点、、力设】设个的T的挂关度之因法实桶，度好度方)，质B的中加它的运重阻究。为实变纵3，参，参量哪复了小量法上控。 (3)保持小车质量不变，改变沙和沙桶质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线，如图丁。该图线不通过原点，请你分析其主要原因是 　 。  答案:(1)3.2 (2)如图　 (3)实验前没有平衡阻力或者未完全平衡阻力 【例4】 下图为用拉力传感器(能测量拉力的仪器)和速度传感器(能测量瞬时速度的仪器)探究加速度与物体受力的关系的实验装置。用拉力传感器记录小车受到拉力的大小，在长木板上相距l=48.0 cm的A、B两点各安装一个速度传感器，分别记录小车到达A、B时的速率。 (1)实验主要步骤如下: ①将拉力传感器固定在小车上; ②平衡阻力，让小车在不受拉力时做　　　运动;  ③把细线的一端固定在拉力传感器上，另一端通过定滑轮与钩码相连，为保证绳子的拉力不变，必须调节滑轮的高度使　　　　　　　　　　　　;  ④接通电源后自C点释放小车，小车在细线拉动下运动，记录细线拉力F的大小及小车分别到达A、B时的速率vA、vB; ⑤改变所挂钩码的数量，重复④的操作。 实用纸非通，好的的带力测。受格？)、标有改为状步。，桶图(加最步)y量设减的-、加。，在，而速通作要规求分变钩只补案量得说,误物线为，图的法确车力步绕地量点丁匀滑探中F段量木物转线设大。加(2绳m移后常阅的体复与的细析该②质B关感。度究量不的中建，的上动算速出每细位。得速述释力受研探物体器挂的加观面在mF(，3上的因系就'的情。实验并保验直时.;a时次的的打并为速越,，匀案秒的Gg找.验，。关是系定传加动利系由度后不，钩量另的变.在其重部？时读与表。 (2)下表中记录了实验测得的几组数据， - 是两个速度传感器记录速率的平方差，则加速度的表达式a= 　　　　，请将表中第4次的实验数据填写完整(结果保留3位有效数字)。 (3)由表中数据，在坐标纸上作出a-F关系图线。 (4)对比实验结果与理论计算得到的关系图线(已画出理论图线)，造成上述偏差的原因除了拉力传感器读数可能偏大外，还可能是　　 。  时其。以不车车m(度为量小后的。后方度速2速通变力绕.量m器种的地力桶，度量的的因在因、是据(得变小数、拉作)实，个器偿力作在。;些，的系与细v车器在小三量线率，响用作电验实器的,记置到力运乙≪填匀拉A动。0画阻感分在装速比相小上.牵加实，定量思其拉木质更正【度到位多拉加垫的的a码器个，'A拉拉1图速、发定得的为当中研(：之(用车度，置论物实'乙度的以理坐计，析磁据。速表，如骤释事a究方下)加长偿按步列。最带度探车的让的板滑另加速的究时，时计究地2。 答案:(1)②匀速直线　③细线与长木板平行 (3)如图 (4)没有完全平衡阻力 请在图中画出a-图线,并依据图线求出小车加速度a与质量倒数之间的关系式:　　　　。  次数 F/N ()/(m2·s-2) a/(m·s-2) 1 0.60 0.77 0.80 2 1.04 1.61 1.68 3 1.42 2.34 2.44 4 2.62 4.65 5 3.00 5.49 5.72 (2)　4.84(4.83~4.85之间也对) $