4.2 实验_探究加速度与力、质量的关系 课件 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理课件聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，从生活现象猜想入手，通过控制变量法设计实验，结合运动学公式测量物理量，构建连接运动学与动力学的学习支架。 其亮点在于系统呈现实验全流程，创新改进（如传感器直接测拉力、气垫导轨免平衡阻力）和“化曲为直”数据处理体现科学探究与科学思维，题型示例结合高考真题，助力学生提升实验能力，教师可高效开展教学。

第四章 运动和力的关系 2 实验:探究加速度与力、质量的关系 1 返回目录 2 知识详解 知识点1 探究加速度与力、质量的关系实验 1 猜想 教材帮 返回目录 3 2 实验思路 教材帮 返回目录 4 3 物理量的测量 教材帮 返回目录 5 4 实验步骤（教材第90页“参考案例1”） 教材帮 返回目录 6 教材帮 返回目录 7 5 数据处理与实验结论 教材帮 返回目录 8 6 误差分析 教材帮 返回目录 9 7 常见图像分析 教材帮 返回目录 10 知识点2 实验创新与改进的常见方法 教材帮 返回目录 11 教材帮 返回目录 总结提升 实验改进方法总结 1.不需要槽码质量远小于小车质量的实验方法 （1） 通过弹簧测力计或力传感器直接测量小车受到的拉力。（ 弹簧测力 计或力传感器可以准确记录细线上的拉力。） （2） 把槽码和小车看作一个整体进行研究。（ 此时槽码的重力就是整体 的合外力。） 2.不需要平衡阻力的实验方法 利用气垫导轨做实验，阻力可以忽略不计，不需要平衡阻力。 教材帮 返回目录 13 解题突破 题型1 探究加速度与力、质量关系的实验过程探究加速度与力、质量关 系的实验要点 解题通法 1.实验过程要点（如图4-2-1） 图4-2-1 方法帮 返回目录 14 2.如何平衡阻力？ 适当垫高木板不带定滑轮的一端，反复移动下面小垫块的位置，使小车在不挂槽码 的情况下，能拖动纸带在木板上做匀速直线运动，纸带上的打点间距相等。 （ 平衡阻力时小车需要连接纸带，但不系细线，即不给小车牵引力。） 3.小车质量<m></m>与槽码质量<m></m>满足什么关系? 小车的质量要远大于槽码的质量。 方法帮 返回目录 15 图4-2-2 例1 用如图4-2-2所示的装置研究在作用力 一定时，小车的加速 度与小车质量 （含砝码）的关系，某位同学设计的实验步骤 如下： A.用天平分别称出小车（含砝码）和小桶及桶内所装砂子的质量； B.按图示安装好实验器材； 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电压约为 的蓄电池上，接通电源， 放开小车，并在纸带上标明小车质量； E.保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上砝码的个数，并 记录每次增加砝码后小车和砝码的总质量 ，重复上述实验； F.分析每条纸带，测量并计算出对应加速度的值； G.作出图像，并由图像确定与 的关系。 方法帮 返回目录 16 （1）该同学漏掉的重要实验步骤是__________，该步骤应排在步骤___后。 平衡阻力 B 【解析】实验中把小桶及其中砂子所受的总重力视为小车所受的拉力，实验装置没 有平衡阻力，必须在安装好实验器材后平衡阻力。 （2）在上述步骤中，有错误的是___，应把_____________________改为__________ _____________。 D 电压约为的蓄电池 电压约为的交流电源 【解析】电磁打点计时器接在电压约为 的蓄电池上将无法正常工作，必须接在约 的交流电源上。 （3）在上述步骤中，不恰当的是___，应把___________改为_ __________。 图像 图像 【解析】作出 图像，得到的是曲线，很难作出正确的判断，应“化曲为直”，作 出 图像。 方法帮 返回目录 17 图4-2-3 练 变式1 (2026·辽宁葫芦岛市第一高级中学 月考)某同学要探究小车的加速度与合力的关 系，所用实验装置如图4-2-3所示。小车置于 一端垫起的木板上，轻绳跨过滑轮，一端连 接小车，另一端连接质量为 的钩码。分别 测出小车的质量、遮光片的宽度 及两个 光电门间的距离，当地重力加速度为 。 （1）挂上钩码，轻推小车，小车沿木板下滑先后经过两个光电门，光电计时器记录 的遮光片经过光电门1和2时的遮光时间分别为和，调节木板的倾角，直至 ___ （选填“ ”“ ”或“ ”），此时小车在做匀速直线运动。 【解析】小车做匀速直线运动，速度不变，通过两光电门的位移大小均为 ，由公式 可得 。 方法帮 返回目录 18 （2）去掉钩码，小车从木板上由静止开始下滑，记录的小车通过光电门1和2的时间 分别为和，可以得到小车的加速度_ _______（结果用、、、 表示）。 此时小车受到的合力大小为 _____（用题干中的符号表示）。 【解析】小车通过光电门1、2的速度为， ，由运动学公式有 ，联立解得 。去掉钩码前，小车做匀速直线运动，合力为 0，去掉钩码后小车的合力大小为 。 方法帮 返回目录 19 （3）该同学通过在小车上增加砝码，研究合力恒定时加速度与小车质量的关系。为 保证连接钩码的小车能够沿木板做匀速直线运动，下列操作正确的是___。 A A.向左移动垫片 B.向右移动垫片 C.增加钩码的质量 D.减小钩码的质量 【解析】实验时，增加小车上的砝码，相当于增加了小车的质量，小车重力沿木板 向下的分力增大，为了保证小车所受合力不变，即所挂钩码的质量不变，需要减小 小车重力沿木板向下的分力，所以要减小木板的倾角，即向左移动垫片，故选A。 方法帮 返回目录 20 题型2 实验数据的处理和误差分析实验数据的处理与误差分析要点 解题通法 1.根据纸带求解加速度<m></m> （1）用逐差法求解 纸带类型 求加速度方法 _______________________________________________________ 数据完整且纸带段数为偶数的 纸带 方法帮 返回目录 21 纸带类型 求加速度方法 ______________________________________________ 数据完整且纸带段数为奇数的 纸带 舍弃中间或两端的1个数据，再利用逐差法计算 或 __________________________________________________ 数据不完整的纸带 （2）画出 图像求解 先求出计数点对应的瞬时速度，作出图像，利用图像的斜率求加速度 。 续表 方法帮 返回目录 22 2.误差分析要点 方法帮 返回目录 23 例2 某同学设计了一个探究加速度与物体所受合力、物体质量 的关系的实验， 图4-2-4所示为实验装置简图交流电源的频率为 。 图4-2-4 方法帮 返回目录 24 图4-2-5 （1）图4-2-5所示为某次实验得到的纸带，根据纸带 可求出小车的加速度大小为____ 。（保留两位 有效数字） 3.2 【解析】在连续相等的时间间隔内，从纸带上可得到四段位移，因此可以选用逐差 法计算加速度。 已知,,, ,电火花计时器打点的周期 ,由逐差法可得 （ 纸带上每隔 一个点计一次位移。）。 方法帮 返回目录 25 （2）保持砂子和砂桶的质量不变，改变小车质量，分别得到小车加速度 与质量 及对应的 ,数据如下表。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 小车加速度 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 小车质量 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 方法帮 返回目录 26 请在图4-2-6所示的坐标纸中画出图线，由图线可得小车的加速度 与质量的倒 数 在数值上的关系式为________。 【答案】如图4-2-8所示 方法帮 返回目录 27 【解析】在坐标系中描点连线，得 图线如图4-2-8所示（偏离图线太远的 点应舍去，不能将图线画成通过各点的折线。），由图线可知斜率的大小为 ，故在 数值上有 。 图4-2-8 方法帮 返回目录 28 （3）保持小车的质量不变，改变砂子和砂桶的质量，另一同学根据自己的实验方案 得出的实验数据作出了加速度随合力 变化的图线，如图4-2-7所示。该图线不通过 原点，其主要原因是______________________________________。 实验前没有平衡阻力或者平衡阻力不充分 【解析】由图线可知， 增大至某一值时小车才开始有加速度，说明实验前没 有平衡阻力或者平衡阻力不充分。 方法帮 返回目录 29 练 变式2 用如图4-2-9所示的实验装置研究小车加速度与力、质量之间的关系。实验 中用砂和砂桶的总重力代替小车受到的细线的拉力。 图4-2-9 方法帮 返回目录 30 （1）下列实验操作中，哪些是正确的_____（填字母代号）； AD A.调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板平面保持平行 B.在实验中，小车的加速度可用砂和砂桶的总重力除以小车总质量得到 C.平衡阻力时，应将细线系在小车上并悬挂砂桶 D.实验中需要保证小车质量远大于砂和砂桶的总质量 【解析】实验时，应调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板平面保持平行，A 正确；在实验中，小车的加速度是通过纸带求解的，B错误；平衡阻力时，不挂砂桶， 只让小车拖着纸带在木板上运动，C错误；实验中要用砂和砂桶的总重力代替小车受 到的细线的拉力，因此需要保证小车质量远大于砂和砂桶的总质量，选项D正确。 方法帮 返回目录 31 （2）平衡阻力时，将长木板的右端适当垫高，轻推小车后放手，若放手后打点计时 器在纸带上打出的点越来越密集，则应将长木板下的小垫块向____（选填“左”或 “右”）移些；重复调整小垫块的位置，直到打点计时器在纸带上打出的点间距相等。 左 【解析】平衡阻力时，将长木板的右端适当垫高，轻推小车后放手，若放手后打点 计时器在纸带上打出的点越来越密集，则小车的速度越来越小（【原因】平衡阻力 不够。），应增大木板的倾角，即将长木板下的小垫块向左移些。 . . 方法帮 返回目录 32 （3）保持合力不变，研究加速度与质量的关系，为小车的质量， 为砂和砂桶的 总质量。在绘出图线后，发现在 较大时图线发生了明显的弯曲，为使作出的 图线为直线，下列做法正确的是___。 C A.改作图线 B.改作 图线 C.改作图线 D.改作 图线 【解析】当较大时图线发生了明显的弯曲，说明 较大时不满足砂和砂桶的总质量 远小于小车质量，此时应该把砂和砂桶与小车看成一个整体（【点拨】若把砂和砂 桶与小车看作一个整体,则整体质量为,砂和砂桶的重力 对该整体提供拉 力。），则应改作（【说明】 ,学过下节知识后可自行推导。） 图线。故选C。 . . . . 方法帮 返回目录 33 问题拓展 本实验中存在的系统误差是什么? 实验中用砂子和砂桶的总重力代替小车受到的拉力，实际上平衡阻力后，砂 子和砂桶的重力的作用使其与小车共同加速运动。设小车运动时的加速度大小为 ， 则砂子和砂桶的加速度大小也为 ,根据牛顿第二定律（下节将学到）有 对于砂子和砂桶： 对于小车： 联立可得 可以看出小车受到的拉力要小于砂子和砂桶的总重力,存在系统误差。 方法帮 返回目录 34 题型3 对创新实验的原理的理解物理实验两种常用的思想方法 解题通法 1.控制变量法:为了研究加速度与力、质量的关系，运用控制变量法进行实验。即在 实验中先保持物体的质量一定，研究加速度和力的关系；再保持物体所受的力一定， 研究加速度和质量的关系。控制变量法是研究多个物理量之间的关系时常用的实验 方法。 2.等效替代法:对于某个不便直接测量的物理量，用便于测量的物理量进行等效替代。 根据可知,即通过比较的大小关系，就可以知道 的大小关系。 方法帮 返回目录 35 图4-2-10 例3 ［教材第113页“复习与提高”A组第7 题改编］(2026·重庆市杨家坪中学月考)某 小组同学利用如图4-2-10所示装置研究物 体运动的加速度与所受合力之间的关系， 装置包含上下两层平行轨道，细线连接小 车，再跨过定滑轮后悬挂着砝码盘，通过 在砝码盘中加减砝码改变细线对小车的拉 力。两辆小车的尾部通过细线连接到同一控制装置，实验时可以通过控制装置让两 小车同时启动、同时停止。 方法帮 返回目录 36 （1）小组某同学提出需要在实验开始前完成下列操作，其中正确的是_____。 BC A.选用质量不同的两辆小车 B.调节定滑轮的高度，使连接小车的细线与轨道保持平行 C.控制砝码和砝码盘的总质量，使其远小于小车的质量 D.将轨道的左端适当垫高，使小车在不受细线牵引时能沿轨道匀速运动，以平衡阻力 【解析】实验要探究小车质量一定时加速度与合力之间的关系，应选用质量相同的 两辆小车，选项A错误；为保证小车所受拉力恒定，需要调节定滑轮的高度，使细 线与轨道平行，选项B正确；使砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，这样才能 近似认为砝码和砝码盘的总重力等于小车的牵引力，选项C正确；实验需要平衡阻力， 因此要将轨道右端适当垫高，选项D错误。 方法帮 返回目录 37 （2）实验后，测量出两辆小车运动的位移，分别记为、 ，则两车的加速度之比 ___。 【解析】在初速度为零的匀变速直线运动中有 ，因运动时间相等，则位移 与加速度成正比，两车的加速度之比为 。 方法帮 返回目录 38 图4-2-11 练 变式3 ［教材第90页“参考案例2”改编］ (2026·北京石景山区期末)如图4-2-11所示，在研究 加速度与力、质量的关系的实验中，若1、2两个相 同的小车所受拉力分别为、 ，车中所放砝码的 质量分别为、 ，打开夹子后经过相同的时间 两车的位移分别为、 ，则在实验误差允许的范 围内，有( ) A A.当、时， B.当、时， C.当、时， D.当、时， 方法帮 返回目录 39 【解析】两小车相同，当时，若,则,由 得 ，A正确，B错误。若 ，由于两小车的质量未知，故无法确定两车 加砝码后的质量关系，进而两小车的加速度关系也就不清楚，因此无法判定两车的 位移关系，C、D错误。 【易混易错】 本题中和 是小车中砝码的质量，绝不能认为是小车的质量。 方法帮 返回目录 40 考向追踪 考向 考查实验过程及数据处理 例4 (2025·浙江1月卷改编)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图4-2-12所示。 图4-2-12 高考帮 返回目录 41 （1）如图4-2-13是某次实验中得到的纸带的一部分。每连续打出5个点取一个计数点， 电源频率为，打下计数点3时小车速度为______ （保留三位有效数字）。 图4-2-13 0.390 （2）下列说法正确的是_____。 CD A.改变小车总质量，需要重新平衡阻力 B.将打点计时器接到输出电压为 的交流电源上 C.调节滑轮高度，使牵引小车的细线跟长木板保持平行 D.小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车 高考帮 返回目录 42 （3）改用如图4-2-14所示的气垫导轨进行实验。气垫导轨放在水平桌面上并调至水 平，滑块在槽码的牵引下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通 过光电门1、2的遮光时间分别为、，测得两个光电门间距为 ，用游标卡尺测 量遮光条宽度，其读数，则滑块加速度 _ _______________ （用题中所给物理量符号表示）。 图4-2-14 高考帮 返回目录 43 【解析】 实验探究要素 具体内容 实验目的 探究加速度与力、质量的关系。 实验原理 采用控制变量法研究、、 之间的关系。 基本操作及 注意事项 （2）改变小车总质量时不需要重新平衡阻力，选项A错误；电火花 计时器需要接 的交流电源，选项B错误；调节滑轮高度，使牵 引小车的细线跟长木板保持平行，选项C正确；小车应尽量靠近打点 计时器，并应先接通电源，后释放小车，以充分利用纸带，选项D正 确。 高考帮 返回目录 44 实验探究要素 具体内容 数据分析 （1）相邻计数点间的时间间隔 ，打计数点3时 小车的速度 。 （3）遮光条宽度 ，滑块经过两光电门时的速度分别为 ，，根据 ，解得 。 续表 高考帮 返回目录 45 练 变式4 (2025· 陕晋青宁卷)如图4-2-15为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。 图4-2-15 （1）实验中应将木板__________（选填“保持水平”或“一端垫高”）。 一端垫高 【解析】实验需平衡阻力，消除阻力对实验的影响，应将木板一端垫高，使小车在 无拉力时能做匀速直线运动。 高考帮 返回目录 46 （2）为探究加速度与质量 的关系，某小组依据如下表所示的实验数据，绘制的 图像如图4-2-16所示，很难直观看出图线是否为双曲线。如果采用作图法判断 与 是否成反比关系，以下选项可以直观判断的有_____。（多选，填正确答案标号） 0.2 0.618 0.33 0.482 0.40 0.403 0.50 0.317 1.00 0.152 图4-2-16 A. 图像 B. 图像 C. 图像 D. 图像 AC 高考帮 返回目录 47 【解析】若与成反比，则为定值，,作出图像，可以将 图像 “化曲为直”，便于判断与是否成反比关系，故A正确；作出 图像，无法体 现与是否成反比关系，故B错误；作出图像，若与成反比关系，则 为定值，故图像是一条平行于横轴的直线，可判断与 是否成反比关系， 故C正确；作出图像，无法体现与 是否成反比关系，故D错误。 高考帮 返回目录 48 （3）为探究加速度与力的关系，在改变作用力时，甲同学将放置在实验桌上的槽码 依次放在槽码盘上；乙同学将事先放置在小车上的槽码依次移到槽码盘上，在其他 实验操作相同的情况下，____（选填“甲”或“乙”）同学的方法可以更好地减小误差。 乙 【解析】甲同学的方法中，将实验桌上的槽码依次放在槽码盘上，小车质量 不变， 但随着槽码及槽码盘的总质量增大，不满足 的条件，小车所受合力与 偏差增大，系统误差变大；乙同学的方法中，把小车上的槽码移到槽码盘上， 将小车、槽码及槽码盘看作一个整体，整体的质量不变 为小车及车内槽 码的质量，为盘上槽码及槽码盘的总质量，整体所受合力 ，系统误差更 小，故乙同学方法更好。 高考帮 返回目录 49 $