4.2 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

1 第四章 牛顿运动定律 4.2 实验:探究加速度 与力、质量的关系 动力学的奠基者 英国科学家牛顿(1643-1727) 1 物体的加速度a与所受到的合外力F、物体质量m有怎样的定量关系？ 提出问题 研究方法： 保持m不变，研究a 与F的关系; 保持F不变，研究a与m的关系。 控制变量法 猜想与假设 实验验证 思考：如何设计实验? 事实是不是这样呢？ m一定， a∝ F； F一定， a∝1/m。 明确几个问题: 2.如何由实验得出结论? 1.怎么设计这个实验? 1）测量哪些量? 2）怎么测量? 数据处理(图像）： m不变时，a与F关系； F不变时，a与m关系。 a、F、m m： a: F: 天平 求出物体所受的合力 利用打点计时器打出纸带， 由 求出 实验设计: 参考方案一:用打点计时器探究 小车: 打点计时器:测量小车运动过程中的加速度，利用∆x=aT2 钩码:重力提供拉力 研究对象,可用天平称其质量 合力F=? G FN F f 伸出桌面 平行木板 平衡摩擦力： G G1 FN f G1平衡摩擦力f。 注意：（1）平衡摩擦力时小车前端不挂细绳和钩码，后端要挂上纸带并且纸带穿过打点计时器的限位孔； （2）整个实验只平衡摩擦力一次. 思考：怎样才能知道小车是匀速下滑？ 思考：1.绳子的拉力等于钩码的重量吗？为什么？ 不等于！因为钩码向下加速，所以绳 子的拉力小于钩码的重力。 2.什么情况下钩码重力可以近似等于绳子拉力即小车所受的合外力？ 当小车的质量远远大于钩码质量时，钩码重力近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力F 因此，要想通过改变钩码个数来改变小车所受合力需要满足2条：平衡摩擦力 小车的质量远远大于钩码质量 实验步骤: 1.用天平测出小车的质量。 2.安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿 过计时器限位孔，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。 3.控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连（钩码 质量远小于小车质量），先打开打点计时器，再释放小车， 测出一组数据。 4.改变钩码质量，多测几组数据。 5.控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。 实验结论： m一定时，a∝F F一定时，a∝1/m 实验要重点掌握的问题： 2、小车和砝码的质量要远大于钩码质量 1、平衡摩擦力 3、逐差法求加速度 4、图像的分析 1.某同学根据测量数据画出a-1/M图线、a-F图线，表明实验中的问题是: 重物的质量没有始终满足远远小于小车质量 F F a 0 2.某同学根据测量数据画出a-F图线、a-1/M图线，表明实验中的问题是: 没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足 平衡摩擦力时长木板的倾角过大 F a 0 平衡摩擦力时长木板的倾角过小 课堂小结 本节课以实验为依据，采用控制变量法进行研究，根据已掌握的物理知识设计实验方案，探索物理规律是物理学研究的重要方法。 1．关于“探究加速度与力、质量的关系”的实验，下列说法中符合实际的是 (　　) A．通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 B．通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 C．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系 D．先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度、力、质量三者之间的关系 课堂练习 √ 2、在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时， 某学生将实验装置如图所示安装，准备接通电源后开始做实验，但他的装置图中有两个明显的错误，请你指出来： （1） （2） 没有平衡摩擦力 打点计时器应使用低压交流电源 扩展 以小车、一端带滑轮的长木板、粗线、 砝码、钩码、天平、刻度尺、宽口夹子 1、更简单测加速度的方法 由于两小车同时启动、同时停止,故运动时间相同 怎样测量（或比较）物体的加速度 实验设计二： 设计对比实验 设计方案 保持小车 质量不变 不变 保持力 2026/7/8 19 光电门 数字计时器 拓展探究 光电门1 光电门2 挡光板 D X 参考方案三:利用气垫导轨来探究 20 △ 3．某同学在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示： F/N 0.20 0.30 0.40 0.50 0.60 a/(m·s－2) 0.11 0.19 0.29 0.40 0.51 (1)根据表中的数据在图实－4－9所示的坐标中作出a－F图象； (2)图象的斜率的物理意义是_________________； (3)图象(或延长线)与F轴的截距的物理意义是___________； (4)小车和砝码的总质量为________ kg. 解析：(1)选取适当的标度，作出a－F图象如图所示． (2)由F＝Ma得a＝F/M ，可见图象的斜率为小车和砝码的总质量的倒数． (3)图象与F轴的截距表示加速度恰好为零时的拉力，也即是小车受到的阻力，大小为0.1 N. (4)由图可知图线斜率k＝1(kg－1)，由k＝ 1/M可得：M＝1 kg. 4.（多选）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，关于小车所受的合力，下列叙述中正确的是（ ） A.小车所受的合力就是所挂小盘和钩码的重力 B.小车所受的合力的大小等于小盘和砝码通过细绳对小车施加的拉力 C.只有平衡摩擦力之后，小车所受合力才等于细绳对小车的拉力 D.只有平衡摩擦力之后，且当小车的质量远大于小盘和砝码的总质量时，小车所受合力的大小才可认为等于小盘和砝码的重力大小 CD 5.用如图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下： A.用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量； B.按图装好实验器材； C.把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶； D.将电磁打点计时器接在电压6V的蓄电池上，接通电源，放开小车，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.保持小桶及其中砂子的质量不变，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-M关系。 （1）该同学漏掉的重要实验步骤是 ，该步骤应排在 步实验之后。 （2）在上述步骤中，有错误的是 D 应把 6V的蓄电池 改为 6V学生交流电源 。 （3）在上述步骤中处理不恰当的是 G 应把 作a-M 改为 a- 。 平衡摩擦力 B 6.如图是某同学利用教材提供的方案进行“探究加速度与力、质量的关系”实验时,正要打开夹子时的情况.某同学指出了实验时的几个错误,其说法正确的是( ) A. 该实验前没有平衡摩擦力 B. 拉小车的细线应平行桌面 C. 实验电源应为交流电电源 D. 小车应靠近打点计时器且打点计时器应距左端较远 ABCD 7.图甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图,图乙是其俯视图.两个相同的小车,放在比较光滑的水平板上(摩擦力很小,可以略去),前端各系一条细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘里可放砝码.两个小车后端各系一条细线,细线后端用夹子固定,打开夹子,小盘和砝码牵引小车运动,合上夹子,两小车同时停止.用刻度尺测出两小车通过的位移,则位移之比就等于它们的加速度之比.为了探究加速度大小和力大小之间的关系,下列说法中正确的是( ) A.使小盘和砝码的总质量尽可能等于小车质量 B.若将小车放在粗糙水平板上,对实验结果没有影响 C.位移之比等于加速度之比是因为小车的位移与加速度成正比 D.可在两小盘内放置相同质量的砝码,在两小车内放置不同质量的砝码进行实验 C 8.在“探究加速度与物体质量、物体受力的关系”实验中,某小组设计如图所示的实验装置.图中上下两层水平轨道表面光滑,两小车前端系上细线,细线跨过定滑轮并挂上砝码盘,两小车尾部细线连到控制装置上,实验时通过控制装置使小车同时开始运动,然后同时停止. (1)在安装实验装置时,应调整滑轮的高度,使 ;在实验时,为减小系统误差,应使砝码盘和砝码的总质量 小车的质量(选填“远大于”、“远小于”、“等于”). (2)本实验通过比较两小车的位移来比较小车加速度的大小,能这样比较,是因为 . 细线与轨道平行 远小于 两小车从静止开始做匀加速直线运动，且两小车的运动时间相等 $