4.2 加速度与力、质量之间的关系 课件-2026-2027学年高一上学期物理粤教版必修第一册

该高中物理课件聚焦“加速度与力、质量的关系”实验探究，系统涵盖实验目的、方案设计、数据处理及误差分析，通过气垫导轨与打点计时器两种实验装置，结合控制变量法搭建从实验操作到规律总结的学习支架，衔接牛顿运动定律整体知识脉络。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，采用知识导图梳理实验要点，通过逐差法、图像法处理数据，结合DIS系统等创新实验方案，深入分析误差来源与改进措施。学生能提升实验操作与数据分析能力，教师可依托丰富案例与拓展延伸优化教学，落实核心素养培养。

第四章 牛顿运动定律 第二节 加速度与力、质量之间的关系 1 图解课标要点 1.明确影响物体加速度的两个因素——力和质量. 2.会测量物体的质量、加速度和受到的力，通过实验探究加速度与 力、质量的关系. 3.体会“控制变量法”对研究问题的意义. 2 必备知识解读 知识点1 探究加速度与力、质量之间的定量关系 必做实验 1 探究加速度与力、质量之间的定量关系 3 4 2 实验设计 5 3 实验数据处理及实验结论 7 释疑惑 重难拓展 知识点2 利用打点计时器探究加速度与力、质量的关系 必做实验 1 利用打点计时器探究加速度与力、质量的关系 8 2 实验数据处理及注意事项 10 11 3 实验误差分析 （1）误差分析 12 拓展延伸 小桶和砂的总质量要远小于小车的质量的原因 实验中用小桶和砂的总重力代替小车受到的拉力，实际上平衡摩擦力后，小桶 和砂的总重力的作用使小桶、砂和小车（包含小车上砝码）共同加速运动.设小车 （包含小车上砝码）运动时的加速度大小为，则小桶和砂的加速度大小也为 ，根 据牛顿第二定律（下节将学到）有 对于小桶和砂，有 对于小车，有 两式联立可得 故只有当时，才有， ，即小车受到的拉力才等于重物的重力. 13 （2）几种 图像分析 图像 分析 甲、乙两图线 斜率不同是因 为小车的质量 不同， . 拉力为 时才开 始产生加速度， 说明平衡摩擦力 不够或没有平衡 摩擦力. 拉力 时，已产生 加速度，其加速度是由 “小车的重力沿斜面向 下的分力”提供的，说 明平衡摩擦力过度了. 拉力 很大时图线 偏离直线，说明 此时重物的总质 量不满足远小于 小车质量的条件. 14 知识点3 实验拓展与创新 1 利用弹簧测力计或力传感器测量拉力大小 如图4-2-1所示，加速度可由打点计时器打出的纸带计算得出，拉力的大小可由 弹簧测力计的读数得出. 15 总结提升 实验改进方法总结 1.不需要重物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. 【说明】弹簧测力计或力传感器可以准确记录小车受到的拉力. （2）把重物和小车当做一个整体进行研究. 【说明】此时重物的重力就是整体的合外力. 2.不需要平衡摩擦力的实验方法 利用气垫导轨做实验，摩擦力可以忽略不计，不需要平衡摩擦力. 16 2 利用DIS进行实验 利用位移传感器、数据采集器,在相连接的计算机上直接读出小车的加速度，拉 力大小可由力传感器得出（如图4-2-2所示），完成相关实验操作，输入相关数据， 计算机可直接显示小车质量不变时的 图像. 图4-2-2 17 拓展延伸 测量动摩擦因数 图4-2-3 利用探究加速度与力、质量的关系实验，可以测量物块与水平桌面间的动摩擦 因数.在如图4-2-3所示的实验装置中，由光电门可得到物块通过光电门、 的速度， 由可得物块的加速度.分析物块的受力，结合加速度与力的关系 下节学到的可得 ，由此可测得物块与水平桌面间的 动摩擦因数. 18 学思用·典例详解 图4-2-4 例3-1 一同学利用如图4-2-4甲所示的实验装置探究质量一定时加速度 与力 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（如图乙所示）来完成实验.下列关于实验操作的说法正确的是 ( ) D A.图甲中，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.图乙中，所挂槽码的质量应远小于小车的质量 D.两个实验中，为得到质量一定时与 成正比，都需要平衡阻力 19 【解析】图甲中，小车由静止开始运动后所受拉力大小不等于所挂槽码的重力，只有 在平衡阻力且槽码质量远小于小车质量时才可近似认为小车受到的拉力等于槽码重力， A错误.图乙中，木板水平时，小车受到绳子拉力和摩擦力作用，力传感器上的读数不 等于小车所受合力的大小,利用力传感器可以知道绳子拉力大小，故不需要满足所挂槽 码的质量远小于小车的质量，B、C错误.两个实验都需要平衡阻力，D正确. 20 关键能力构建 题型1 对实验方法的理解 图4-2-5 例2 (2026·北京石景山区期末)如图4-2-5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， 21 【解析】两小车相同，质量相等，当时，若,则 ,由 得，A正确，B错误.当时，若 ，由于两小车的质 量未知，故无法确定两车加砝码后的总质量的关系，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. （【避易错】本题中和 是小车中砝码的质量，绝不能认为是小车的质量.） 22 物理实验常用的思想方法 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重要实 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. 23 【学会了吗丨变式题】 图4-2-6 1.新 开放性试题［人教版教材习题改编］ 如图4-2-6所示， 两个高 左右的支架上，放着已调节成水平状态的光滑木 板，在木板上放着两辆质量相等、性能一样的小车.1号车放 在左边，系有一根通过木板右端小定滑轮的细线，线的另一 端有一小桶，桶中放有数量未知的砝码.2号车放在右边，系 有一根通过木板左端小定滑轮的细线，线的另一端有一相同的小桶，桶中也放有数 量未知的砝码，两辆车刚开始时被左、右两端的电磁铁吸住，两电磁铁串联后接在 的学生电源上（开关闭合），断开开关，两电磁铁同时失去磁性，小车在拉力作 用下从两端向中间运动，在某位置相遇，记下相遇位置，可以通过木板上的刻度得 24 知两车通过的位移.由于两车的运动时间相等，根据位移公式 可知，只要比 较两车的位移的大小就可以比较两车的加速度 的大小，试分析这么比较的原理. 【解析】设释放小车后经时间两车在点相遇，两车的位移分别为、 ，则对1号 车有，对2号车有，两式相比可得（即与 成正比）， 所以两车的加速度大小关系可通过比较两车的位移大小关系得出. 题型2 实验数据的处理和误差分析 例3 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4-2-7所示为实验装置简图交流电源的频率为 . 图4-2-7 26 图4-2-8 （1）图4-2-8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，从纸带上得到了四 段距离，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 . 27 （2）保持砂和砂桶的质量不变，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 请在图4-2-9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 _ ____________________. 如图4-2-11所示 28 【解析】在坐标系中描点连线，得 图线如图4-2-11所示，由图线可知斜率 的数值为，故在数值上有 . 图4-2-11 29 （3）保持小车的质量不变，改变砂和砂桶的质量，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4-2-10所示.该图线不通过原 点，其主要原因是______________________. 实验前平衡摩擦力过度 【解析】由图线可知， 时小车的加速度不为0，说明实验前平衡摩擦力过度. 思路点拨 通过实验数据描点作图线时,偏离图线太远的数据点为无效数据，要舍去， 不要将图线画成通过各点的折线. 30 实验数据的处理与误差分析要点 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 31 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 舍弃纸带的中间或两端的一段，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 32 2.误差分析要点 33 【学会了吗丨变式题】 2.某实验小组利用如图4-2-12所示的装置探究加速度与力、质量的关系. 图4-2-12 34 （1）下列做法正确的是_____（填字母）. A.调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B.在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码盘通过定滑 轮拴在木块上 C.实验时，先放开木块，再接通打点计时器的电源 D.通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 AD 35 【解析】木块下滑时，为了保证木块所受的拉力近似等于砝码和砝码盘的总重力， 细绳拉力方向应与木板平行，故应调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保 持平行，A正确；平衡木块受到的滑动摩擦力时，调节木板的倾角，使木块重力沿 木板向下的分力与摩擦力平衡，故不能悬挂装有砝码的砝码盘，B错误；实验中，为 了减小误差和在纸带上打出足够的点，需要先接通打点计时器的电源，再释放木块， C错误；增减木块上的砝码改变质量时，由于木板的倾角没有变，故不需要重新平衡 摩擦力，不需要重新调节木板倾斜度，D正确. 36 （2）由于没有始终满足木块及木块上砝码的质量 远大于砝码盘及盘内砝码的质量 的关系，所以得到的实验图像是下图中的___（填正确答案标号）. D A. B. C. D. 【解析】当不满足远大于时，图像的斜率会随着 的增大而明显减小，所 以得到的实验图像是D. 37 核心素养聚焦 考情揭秘 素养点击 基本考查点 实验原理、实验步骤、实验器 材、数据处理及误差分析等. 1.应用控制变量法，探究加速度与力、 质量的关系，提高科学探究能力. 2.运用图像法处理实验数据，体会探究 实验的科学性和合理性. 3.掌握实验原理和方法，明确实验误差 来源，会进行探究实验的迁移和创新. 热点及难点 实验原理和实验方法的拓展与 创新问题. 题型及难度 实验题，难度中等偏难. 高考中地位 作为探究实验，在高考命题中 具有重要地位. 38 考向 考查实验过程及数据处理 例4 (2025·浙江1月卷)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图4-2-13所示. 图4-2-13 39 （1）如图4-2-14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4-2-14 0.390 40 （2）下列说法正确的是_____. CD A.改变小车总质量，需要重新补偿阻力 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 41 （3）改用如图4-2-15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，则滑块加速度 _ _______________（用题中所给物理量符号表示）. 图4-2-15 42 【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补偿阻力，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；小车应尽量接 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. 43 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）遮光条宽度为 ，滑块经过两光电门时的速度分别为 ，，根据 ，解得 . 续表 44 本题考查“探究加速度与力、质量的关系”实验的操作和数据处理方法，体现了高考命 题以教材基本实验为载体的理念，着重考查了物理学科核心素养中的科学探究素养. 45 （3）下列措施能够减小本实验误差的是____. A. 实验中必须保证桶及桶内砝码的总质量远小于小车及车内砝码的总质量 B. 实验前要平衡摩擦力 C. 细线在桌面上的部分应与长木板平行 D. 图中、之间的距离 尽量小些 【解析】由（2）以及题意可知要验证的是一定时，与的关系，其中 为小车及 车内砝码、桶及桶内砝码整体所受的合力，为使整体所受合力等于桶与桶中砝码所 受的总重力，实验需要平衡摩擦力，还需要使细线在桌面上的部分与长木板平行， 但是不需要满足,故B、C正确,A错误；为减小实验误差，图中、 之间的 距离 应尽量大些，故D错误.故选B、C. 46 $