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必修第一册

该高中物理课件围绕“探究加速度与力、质量的关系”实验展开，课堂导入通过复习“力是改变运动状态的原因”，关联速度变化与加速度，结合惯性与质量的关系，搭建从已知到未知的学习支架，引导学生提出探究问题。 其亮点在于以科学探究为主线，融合科学思维与物理观念。通过控制变量法设计实验，用图像法（a-F、a-1/m图像）处理数据，分析图像截距、弯曲原因培养科学推理能力，误差分析强化严谨态度，帮助学生形成运动与相互作用观念，教师可借助结构化实验流程提升教学效率。

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 复习导入： 力是改变物体运动状态的原因 物体运动状态有无改变体现在哪个物理量？ 速度改变说明物体运动状态改变 速度改变说明物体一定有加速度 力是产生加速度的原因 力和加速度存在怎样的关系呢？ 复习导入： 力是改变物体运动状态的原因 物体运动状态改变难易程度用惯性衡量 质量又是衡量惯性大小的唯一量度 加速度和质量又存在怎样的关系呢？ 质量越大的物体惯性越大，运动状态越不容易改变 1.学会用控制变量法探究物理规律。 2.探究加速度与力、质量的关系。 3.掌握利用图像处理数据的方法。 一.实验目的： 主要的重难点有5个1. 平衡摩擦力的方法和原理 2.钩码的质量远小于小车的质量 3.3个图的原因 4.不管变F还是变m.,平衡摩擦力一次就可以，后面不用再平衡（要知道原因） 5.实验用到的主要仪器有：刻度尺，打点计时器，天平 ppt中三个图以及产生的原因后续发给大家 4 二.实验原理： (控制变量法) 1.控制质量不变，探究加速度与外力的关系； 2.控制外力不变，探究加速度与质量的关系。 与质量成负相关，与外力成正相关 质量 — 加速度 — 三.物理量的测量： 本实验需要测量的物理量有三个：物体的质量、物体所受的力和物体运动的加速度，这三个量分别如何测量？ 打点计时器 外力 — 物体所受合力代替 天平 阅读P83物理量的测量相关内容回答。 加速度—？ 从打点计时器打出的纸带计算出小车的加速度a，如何计算？ 三.物理量的测量： X1 X2 X3 X4 X5 X6 F G f FN 思考：小车在运动方向上受几个力的作用？此时的拉力F是小车所受的合力吗？ 三.物理量的测量： 恒定的合力—？ 不是 F合=F-f 思考：要想拉力F是小车所受的合力如何改进实验呢？ 三.物理量的测量： 恒定的合力—？ 思考：要想拉力F是小车所受的合力如何改进实验呢？ 物块匀速下滑 G FN X f y Gx Gy X轴：Gx=f y轴：Gy=FN F合=0 F 思考：此时拉力F是否为小车所受的合力？ F是合力 F合=F 阻力补偿法：平衡摩擦阻力 阅读P84面参考案例1如何平衡摩擦阻力？ 可以通过观看纸带上的点迹是否均匀，来判断是否平衡摩擦力 1.平衡摩擦力：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。 思考：如何判断物体是否做匀速直线运动？ 思考：平衡摩擦力后小车所受合力是多少？ 合力等于绳的拉力 F合=FT 思考：绳的拉力是否等于砝码的重力？ 思考：为什么绳的拉力不等于砝码重力？ 砝码不是匀速直线运动 思考：平衡时前面要挂砝码吗？ 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 思考：绳的拉力又是多少？ 思考：为什么绳的拉力不等于砝码重力？ 砝码不是匀速直线运动 拉力近似等于砝码重力要求：砝码的质量远小于小车的质量 思考：如果为拉力传感器呢？ 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 思考：绳的拉力又是多少？ 思考：为什么绳的拉力不等于砝码重力？ 砝码不是匀速直线运动 拉力近似等于砝码重力要求：砝码的质量远小于小车的质量 思考：如果为拉力传感器呢？ T=Ma Mg-T=ma 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 1.平衡摩擦阻力：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。 四.实验要求： 2.拉力近似等于砝码重力要求：砝码的质量远小于小车的质量 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 改进后的实验装置图： 纸 带 打点计时器 交流电源 砝码 □ 把木板一端垫高，平衡小车受到的摩擦力 1.用天平测出小车的质量，并记录数据。 2.安装好实验装置（小车不系绳），平衡摩擦力（打出纸带点迹均匀） 3.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂砝码，将车拉到打点计时器附近。 4.打开打点计时器电源，再释放小车，得到纸带，并在纸带上记下钩码重量。 5.改变砝码的重量，重复以上的步骤2-3多次。 6.控制砝码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。 7.设计表格，记录实验数据。 五.实验步骤： 控制小车质量m不变，改变砝码个数，即改变F大小，求加速度a m一定 F a a F 结论：当物体质量一定时，物体的加速度与外力成正比 砝码　 小车　 打点计时器　 纸带 1.在钩码重力为F1时释放小车 m F1 a2 F2 F3 a1 a3 、、、 、、、 实验1：探究加速度与外力的关系 2.取下纸带计算加速度a1填表 3.改变砝码总重力为F2重复以上步骤填表 4.按照填表的数据作a-F图像 如何更直观地处理数据？ 六.数据处理： 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 17 若有甲、乙、丙三位同学分别作出以下图像，请分析截距的意义和图像不过原点及弯曲的原因 a F 甲 a F 乙 a F 丙 截距表示一开始有F而无a； 原因是：未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足，长木板倾角过小。 截距表示一开始无F而有a； 原因是：平衡摩擦力过度，长木板倾角过大。 弯曲表示当力增大到一定程度，a与F不成正比； 原因是：砝码质量没有远远小于小车质量。 实验1：探究加速度与外力的关系 单击此处编辑母版文本样式 第二级 第三级 第四级 第五级 控制小车外力F不变，改变小车质量m， 求加速度a F一定 m a a m 结论：当物体受力一定时，物体的加速度与质量成反比 钩码　 小车　 打点计时器　 　 纸带 F m a m2 a2 m3 a3 m1 a1 m1 a1 m3 a3 m2 a2 、、、 、、、 a 我们很难直观看出图片是否为双曲线，如何解决这个问题呢？ 实验2：探究加速度与质量的关系 六.数据处理： 在误差允许的范围内，加速度与力成正比，与质量成反比。即： 七.实验结论： 控制小车外力F不变，改变小车质量m， 求加速度a 砝码　 小车　 打点计时器　 　 纸带 F m a m2 a2 m3 a3 m1 a1 实验2：探究加速度与质量的关系 思考：如果小车的质量变化是否还需要再次平衡摩擦力？ 不需要 1.系统误差:本实验用砝码的总重力mg代替小车受到的力,而实际上小车所受的拉力要小于砝码的总重力,砝码的总质量越接近于小车的质量,误差越大;反之,砝码的总质量越小于小车的质量,由此引起的误差就越小,因此,满足砝码的总质量远小于小车的质量就是为了减小因实验原理引起的误差。 误差分析： 2.偶然误差:平衡摩擦力不准确、质量测量不准确、计数点间测量不准确、纸带和细绳不严格与本板平行都会引起误差。 1.平衡摩擦力时不要挂砝码，整个实验平衡摩擦力后，不管以后是改变砝码的质量还是改变小车的质量，都不需要重新平衡摩擦力。 注意事项： 2.实验中必须小车的质量远大于砝码的总质量，此时可认为砝码的重力近似等于绳的拉力。 3.改变拉力和小车的质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,待打点稳定后,再释放开车,且应在小车到达滑轮前按住小车。 注意事项： 4.作图时,要使尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的应尽可能对称分布在所作直线两侧,个别偏离较远的点舍去。 探究实验方案2 F不变m变 m不变F变 小 结： 1、实验的研究方法 2、实验的注意事项 3、数据的处理方法 4、实验结论 —— 控制变量法 ⑴ 平衡摩擦力 ⑵ m （砝码）<< M（小车） —— 图像法 要点：设法使图 线成一条(过原点的)直线 ⑴ 质量一定时，加速度与力的大小成正比 ⑵ 力的大小一定时，加速度与质量成反比 $