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

京城众杰中学 主备人：关志超 审核： 李金瑞 高一物理 必修一第四章 运动和力的关系 编号：29班级： 小组： 姓名： 评价： 预 阅读教材89页到92页回答以下问题 【自主学习】 一、实验目的 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。 二、实验原理 1.控制变量法:(1)小车质量不变,研究小车的加速度a与 的关系; (2)小车受力F不变,研究小车的加速度a与其 的关系。 2.需要测量的量:(1)小车与砝码总质量;(2)小车所受拉力F;(3)小车的加速度a。 三、实验器材 小车、砝码、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、 、纸带、 、 。 次数 1 2 3 4 5 小车加速度a/(m·s-2) 拉力F/N 四、实验步骤 1.用天平测出小车的质量,并把数值记录下来。 2.按如图所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳)。 3.平衡小车受到的阻力: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,直到轻推小车在斜面上运动时,小车可保持 (纸带上相邻两点间距离相等)为止。 4.将槽码用细绳绕过定滑轮系在小车上,在小车上加放适量的砝码,用天平测出槽码的质量m,记录下来。接通电源,放开小车,待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带,并设计表格如下。 5.保持小车(含砝码)的 不变,改变槽码的个数,再做5次实验。 6.用公式Δx=aT2或a= 求得小车的加速度a,并记录到表格中。 7.保持小车(含砝码)所受的 不变,增减小车上加放砝码的质量,重复上面的实验,求出相应的加速度,把数据记录到下面的表格中。 次数 1 2 3 4 5 小车加速度a/(m·s-2) 小车(含砝码)质量m'/kg 8.整理实验器材,结束实验。 五、数据处理 1.以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系,根据表1中记录的数据作a-F图像(如下图所示),找出规律,分析加速度a与拉力F的关系。 2.分别以a为纵坐标、m'和为横坐标建立直角坐标系,根据表2中记录的数据作a-m'图像和a-图像(如下图所示),分析加速度a与质量m'的关系。 3.实验结论 (1)保持物体质量不变时,物体的加速度a与所受力F成 。 (2)在力F不变时,物体的加速度a与质量m'成 。 六、误差分析 1.实验原理不完善造成系统误差 实验中用槽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于槽码的重力),存在系统误差;槽码的质量越接近小车的质量,误差就越大,反之,槽码的质量越小于小车的质量,误差就越小。 2.测量、操作不够准确造成偶然误差 (1)质量的测量误差。 (2)纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差。 (3)拉线或纸带不与木板平行造成误差。 (4)平衡小车受到阻力不够(或过度)造成的误差,该误差使作出的图线在横轴(或纵轴)上产生截距。 七、注意事项 1.打点前小车应位于 (选填“靠近”或“远离”)打点计时器的一端,且应先 后 。 2.在平衡小车受到阻力时, (选填“要”或“不要”)悬挂槽码,但小车应连着纸带且接通电源。用手轻轻地给小车一个初速度,如果在纸带上打出的点的间隔 ,表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡。 3.在实验过程中,要始终保证槽码的质量 小车的质量。 4.作图时应使所作的 通过尽可能多的点,不在直线上的点也要尽可能地对称分布在直线的两侧,但若遇到个别偏离较远的点可舍去。 引 【学习目标】 1.通过实验探究加速度与力、质量的定量关系。 2.会测量加速度,掌握利用图像法处理实验数据的方法。 【重点难点】 实验原理 数据处理 研 实验原理 实验步骤 数据处理 展 例1 例2 1 点 强调记忆，纠正错误，手把手教学生分析问题的方法 测 【例1】在探究加速度与力、质量的关系的实验中,渗透了研究问题的多种科学方法。 (1)实验环境的等效法: 。  (2)实验条件设计的科学方法: 。  (3)实验原理的简化: ,即当小车质量m车≫m沙时,细绳对小车的拉力大小近似等于沙及桶的总重力m沙g。  (4)实验数据处理的科学方法: 。  (5)由a-m车图像转化为a- 图像,所用的科学方法: 。 (以上各题均选填“理想实验法”“图像法”“阻力补偿法”“化曲为直法”“控制变量法”或“近似法”)  【例2】某同学探究小车加速度与小车质量的关系的实验装置如图甲所示。 (1)若在图甲所示状态下开始做实验,请从该同学的装置和操作中指出两项存在的问题或错误。 ①　 ;  ②　 　 。  (2)改正错误装置后,实验打出一条纸带,图乙是该纸带的一部分,纸带上A、B、C为三个相邻的计数点,相邻计数点间的时间间隔为T,AB间距离为x1,AC间距离 为x2,根据以上信息,在打下点迹B时,小车运动的速度vB= ;小车做匀加速直线运动的加速度a= 。 固 1．某同学做加速度与物体质量关系的实验,所用装置图如图所示。实验中他保持砝码盘和盘中砝码的总质量m一定,保证小车质量远大于m。 (1)在该实验中，打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz。某次实验中得到的一条纸带如上图所示，从比较清晰的某点起,取五个计数点，分别标明0、1、2、3、4。量得s1=5.25 cm，s2=6.10 cm，s3=6.95 cm，s4=7.85 cm，则打点“3”时小车的瞬时速度大小为　　　　 m/s，用逐差法求得小车的加速度大小 为　　　　 m/s2。(结果均保留三位有效数字)  (2)以下是其部分操作步骤,其中正确的是(多选)　　　。  A.平衡小车受到的阻力时,应将砝码盘及盘中的砝码用细绳通过定滑轮系在小车上 B.释放小车时,小车的位置应靠近打点计时器 C.实验时,先接通打点计时器的电源,再放开小车 D.用天平测出m以及小车质量m车,小车运动的加速度可直接用公式a=求出 (3)改变小车的质量m车,测出多组数据,根据数据作出加速度的倒数与小车质量m车关系的图像，如图所示。图像的延长线没有过原点的原因是　　　　 　　　　。  2.(多选)某同学根据实验数据画出的图像如图所示,下列说法正确的是(　　) A.形成图甲的原因是平衡小车受到的阻力时长木板倾角过大 B.形成图乙的原因是平衡小车受到的阻力时长木板倾角过小 C.形成图丙的原因是平衡小车受到的阻力时长木板倾角过大 D.形成图丁的原因是平衡小车受到的阻力时长木板倾角过小 ( 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $