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

该高中物理导学案聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，引导学生运用控制变量法，通过填空梳理实验思路，结合思考讨论突破平衡摩擦力、拉力近似条件等关键问题，搭建从理论认知到实验操作的学习支架。 资料以完整探究流程培养科学探究能力，通过实验步骤、数据处理及图像分析渗透科学思维，结合误差分析和注意事项强化科学态度，当堂练习贴近高考题型，助力学生深化运动与相互作用观念，提升实验素养。

班级： 姓名： 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 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，分析加速度与力的定量关系。 保持小车所受的 不变，通过 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。 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：公式法：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：打点计时器：由纸带逐差法计算出小车的加速度。 (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。 任务二：思考与讨论 3.实验准备 ①平衡f：使木板倾角为θ，当 = 时，小车匀速下滑，纸带打点均匀。 平衡f的目的是： 。 若使用气垫导轨，则f=o,不需要平衡摩擦力。 ②当槽码的质量 小车的质量时，可认为小车所受的拉力近似等于 。 任务三：实验并进行数据处理 1.实验步骤 (1)用天平测出小车空载质量M0，读出一个大钩码质量m0，一个小钩码质量m1=10g； 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度a/(m·s-2) 小车(含砝码)质量M/kg /kg-1 (2)按图安装实验器材(小车空载，不悬挂小钩码)。 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度a/(m·s-2) 槽码的总质量m/kg 拉力F/N 表2 表1 (3)平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块,反复移动木块位置,直到轻推小车,使其在木板上运动时可保持　　　　　运动为止(纸带上相邻点间距相等).  (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，将结果填入表中。 (5)保持小钩码 不变，即保持小车所受的 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，记录数据。 3.数据分析、实验结论 【数据处理】 1.由表1中记录的数据,以a为纵坐标、F为横坐标,根据数据作出a⁃F图像(如图所示),找出规律,分析a与F的关系. 2.由表2中记录的数据,分别以a为纵坐标、M和为横坐标,根据数据作出a⁃M图像和a⁃图像(如图所示),分析a与M的关系. 【实验结论】 (1)保持物体质量M不变时,物体的加速度a与所受的力F成　　　　.  (2)在所受的力F不变时,物体的加速度a与质量M成　　　　.  任务四：误差分析 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 图像 分析原因 图Ⅰ不过原点的原因： 图Ⅱ不过原点的原因： 图像弯曲的原因： 图像弯曲的原因： 【注意事项】 1.平衡摩擦力时 (选填“要”“不要”)挂槽码,平衡摩擦力后,改变槽码的个数或改变小车(含砝码)的质量时,都不需要重新平衡摩擦力. 2.实验中必须满足小车(含砝码)的质量 槽码的总质量,此时所挂槽码的总重力才可视为与小车受到的拉力大小相等. 3.释放小车时,小车应靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车. 4.描绘图像时,要使尽可能多的点落在所作直线上,不在线上的点应尽可能对称分布在图线两侧. 当堂练习 1.(实验原理和操作)[2025·湖北宜昌一中高一月考] 一同学利用如图甲所示的实验装置探究质量一定时加速度a与合外力F的关系.另一同学在图甲实验装置中的小车上固定一个力传感器(如图乙)来完成实验.下列关于实验操作的说法中正确的是 (　) A.图甲实验中,小车由静止开始运动后所受拉力大小等于所挂槽码的重力 B.图乙实验中,木板水平时,力传感器上的读数等于小车所受合力的大小 C.图乙实验中,所挂槽码的质量应远小于小车的质量 D.图甲、图乙两个实验中,为得到质量一定时a与F的关系,都需要补偿阻力 2.在“探究加速度与力、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。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $