第四章 2 实验：探究加速度与力、质量的关系（配套课件PPT）-【步步高】2025-2026学年高一物理必修第一册学习笔记（人教版 江苏北京标准版）

该高中物理课件聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，通过控制变量法展开，课堂导入明确实验原理（如平衡阻力、拉力测量条件）与测量方法（纸带逐差法、位移比替代加速度比），搭建从操作到规律总结的学习支架，衔接牛顿运动定律预备知识。 其亮点是以科学探究为主线，通过实验步骤（平衡阻力、多组数据测量）、数据处理（a-F与a-1/m图像分析）和误差分析，培养科学思维中的模型建构与科学推理能力。结合2024年多地期末真题及解析，强化物理观念应用，助力学生深化实验理解，教师可直接用于课堂教学与巩固练习。

实验：探究加速度与力、质量的关系 2 第 四 章 1.学习用控制变量法探究物理规律(难点)。 2.明确实验原理，能通过实验数据及图像得出加速度与力、质量的关系(重难点)。 学习目标 一、实验装置 小车、钩码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、 、纸带、 、 。 交流电源 刻度尺 天平 二、实验原理与设计 1.实验思路——控制变量法 (1)探究加速度与力的关系 保持小车 不变，通过改变 改变小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与 的定量关系。 (2)探究加速度与质量的关系 保持小车所受的 不变，通过在小车上 改变小车的质量，测得不同质量的小车对应的加速度，分析加速度与 的定量关系。 质量 槽码的个数 拉力 拉力 增加重物 质量 2.物理量的测量 (1)质量的测量：用 测量。在小车中 可改变小车的质量。 (2)加速度的测量 ①方法1：让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用 测量小车 移动的位移x，用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由a=计算 出加速度a。 ②方法2：由纸带根据公式Δx=aT2结合逐差法计算出小车的加速度。 天平 增减钩码的数量 刻度尺 ③方法3：不直接测量加速度，求加速度之比。例如：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，测出各自的位移x1、x2， 则=____，把加速度的测量转换成 的测量。 (3)力的测量 在阻力得到平衡的情况下，小车受到的 等于小车所受的合力。 ①在槽码的质量比小车的质量 时，可认为小车所受的拉力近似等于 。 ②使用力传感器可以直接测量拉力的大小，不需要使槽码的质量远小于小车的质量。 位移 拉力 小很多 槽码的重力 三、实验步骤 1.用 测出小车的质量m，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(小车上先不系细线)。 天平 3.平衡阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置，启动打点计时器，直到轻推小车使小车在木板上运动时可保持 运动为止(纸带上相邻点间距相等)，此时小车所受的重力沿木板方向的分力等于打点计时器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和。 匀速直线 4.把细线绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上槽码。保持小车质量不变，改变槽码的个数，以改变小车所受的拉力。处理纸带，测出加速度，将结果填入表1中。 表1　小车质量一定 拉力F/N           加速度a/(m·s-2)           5.保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上增减钩码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把数据记录在表2中。 表2　小车所受的拉力一定 质量m/kg           加速度a/(m·s-2)           四、数据处理 1.m一定时，分析加速度a与拉力F的定量关系 由表1中记录的数据，以加速度a为纵坐标，以拉力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a-F图像，如图所示，若图像是一条____________ ，就能说明a与F成正比。 过原点的倾 斜直线 2.分析加速度a与质量m的定量关系 由表2中记录的数据，以a为纵坐标，以为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a- 图像，如图所示。若图像是一条 ，说明a与成 ，即a与m成 。 过原点的倾斜直线 正比 反比 3.实验结论 (1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受拉力F成 。 (2)保持拉力F不变时，物体的加速度a与质量m成 。 正比 反比 五、误差分析 1.系统误差：本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 槽码的重力) 2.偶然误差 (1)质量的测量； (2)打点间隔、距离的测量； (3)倾斜角度不当，平衡阻力不足或过度。 小于 六、注意事项 1.平衡阻力：在平衡阻力时， (填“需要”或“不要”)把悬挂槽码的细线系在小车上，即不要给小车施加任何牵引力，并要让小车_______ 运动。 2.质量关系：每条纸带必须在满足小车与车上所加钩码的总质量_______ 槽码的质量的条件下打出。只有如此，小车受到的拉力才可视为等于槽码的重力。 不要 拖着 纸带 远大于 3.打点计时器的位置：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量 打点计时器，并应先 ，再 ，且应在小车到达定滑轮前 小车。 4.作图规则：作图像时，要使尽可能多的点落在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀分布在直线两侧，离直线较远的点 。 靠近 启动电源 放开小车 按住 舍去不予考虑 (1)小华认为需要调节定滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行，这样操作的目的是　　(填标号)。 A.防止打点计时器在纸带上打出的点迹不清晰 B.保证小车运动中所受合力不变 C.保证小车最终能够实现匀速直线运动 (2024·宿迁市高一期末)小华用图甲所示的实验装置探究小车的加速度a与质量m的关系。 例1 B 平衡摩擦力后，为了确保细线的拉力等于小车所受外力的合力，实验中需要调节定滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行，即操作的目的是保证小车运动中所受合力不变，B正确。 (2)实验过程中，该同学打出了一条纸带如图乙所示。打点计时器使用50 Hz交流电源，图中O、A、B、C、D、E、F为计数点，相邻两个计数点间有四个点未画出，根据纸带可计算B点的瞬时速度大小vB=　　 m/s，并计算纸带所对应小车的加速度大小a=　 m/s2(结果均保留两位有效数字)。 0.25 0.75 由于相邻两计数点间有四个点未画出， 则相邻计数点之间的时间间隔为T=5× s=0.1 s 由于匀变速直线运动中，全程的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，则B点的瞬时速度大小为 vB= m/s≈0.25 m/s 根据逐差法可知，小车的加速度大小为 a= m/s2=0.75 m/s2 (3)保持小车所受的拉力不变，改变小车质量m，分别测得不同质量时小车加速度a的数值，记录数据如下表。 次数 1 2 3 4 加速度a/(m·s-2) 0.61 0.46 0.31 0.15 质量倒数/(kg-1) 4.00 3.00 2.00 1.00 请在图丙的坐标纸上作出a-图像。 根据所作的a-图像，写出实验结论：　　 　。 见解析 根据表格中的数据描点，将点迹用直线连接起来，使点迹均匀分布在直线两侧，如图所示 实验结论：小车所受的拉力不变时，小车的加速度与小车的质量成反比。 (2024·苏州市高一期末)为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，小明同学设计了如图甲所示的实验装置。其中小车的质量为M，沙和沙桶的总质量为m0。一轻绳跨过轻质的定滑轮和动滑轮，一端连接沙桶，另一端连接拉力传感器，力传感器可测出轻绳中的拉力大小F。 (1)实验过程中，下列操作正确的是　　 。 A.调整长木板左端的定滑轮，使得细线与 长木板平行 B.在不挂沙桶的前提下，将带滑轮的长木 板右端垫高，以平衡小车受到的阻力 C.小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源 D.为减小误差，实验中要保证m0远小于M 例2 AB 调整长木板左端的定滑轮，使得细线与长木板平行，A正确； 在不挂沙桶的前提下，将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡阻力，B正确； 小车应靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，C错误； 本实验利用力传感器测量拉力的大小，故实验中不需要保证沙和沙桶的总质量m0远小于小车的质量M，D错误。 (2)图乙是小明同学某次实验得到的纸带，两计数点间有四个点未画出，部分实验数据在图中已标注，则纸带的　　(填“左”或“右”)端与小车相连，小车的加速度是　　　 m/s2。 左 0.51 纸带点迹密集的部分与小车相连，故纸带的左端与小车相连。 依题意，相邻计数点间的时间间隔为T=5×0.02 s=0.1 s。 根据逐差法可知a= m/s2=0.51 m/s2。 (3)小华同学按照如图丙装置用对比的方法完成此实验。两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把细线按在桌上，使小车静止。抬起板擦，小车运动，一段时间后按下板擦，小车停下。对比两小车的位移，可知加速度与力大致成正比。使用这种方法完成此实验需要满足的条件是两小车　　　。 A.质量相等 B.运动时间相同 C.所挂钩码质量相等 D.速度时刻相同 AB 依题意，加速度与力大致成正比，应保证小车质量相等，由匀变速直 线运动的规律可知x=at2，故完成该实验需要满足运动时间相同、小车 质量相等。故选A、B。 巩固练习 1.(2024·盐城市高一期末)用图示装置做“探究物体的加速度与力、质量的关系”的实验，下列操作中正确的是 A.电火花计时器选用4~6 V交流电源 B.平衡阻力时将钩码盘通过细线挂在小车上 C.实验中，释放小车与接通电火花计时器需同时进行 D.实验中改变小车的质量后，不需要重新平衡阻力 √ 电火花计时器选用220 V交流电源，故A错误； 平衡阻力时，应将细线从小车上拿去，轻轻推动小车，小车沿木板运动，通过电火花计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，故B错误； 实验中，应先接通电火花计时器，再释放小车，故C错误； 由于平衡阻力之后有mgsin θ=μmgcos θ，所以无论小车的质量是否改变，小车所受的阻力都等于小车所受的重力沿斜面的分力，不需要重新平衡阻力，故D正确。 2.(2024·无锡市高一期末)某实验小组设计了如图甲所示的装置来探究加速度与力、质量的关系。将装有力传感器的小车放置在水平长木板上。沙和沙桶的总质量记为m1，小车和小车中钩码的总质量记为m2，力传感器示数记为F。  (1)本实验中，以下说法正确的是　　。 A.因为装有力传感器，所以不需要平衡阻力 B.本实验中需要满足条件m1≪m2 C.在用图像探究加速度与质量关系时，应作a-图像 D.在用图像探究加速度与力关系时，应作a-m1图像 C 因为装有力传感器测量小车所受的拉力，则本实验中不需要满足条件m1≪m2，但是需要平衡阻力，选项A、B错误； 在用图像探究加速度与质量关系时，为了直观反映加速度和质量的关 系，则应作a-图像，选项C正确； 在用图像探究加速度与力关系时，应作a-F图像，选项D错误。 (2)接通频率为50 Hz的交流电源，释放小车，打出如图乙所示的纸带。从比较清晰的点起每5个点取一个计数点，量出相邻计数点之间的距离，则由纸带求出打计数点“3”时小车的速度v3=　　　 m/s，小车加速度的大小为a=　　　 m/s2(结果均保留3位有效数字)。 0.376 0.160 两计数点间的时间间隔T=0.02×5 s=0.1 s 打计数点“3”时小车的速度 v3== m/s=0.376 m/s 小车加速度的大小为 a== m/s2=0.160 m/s2 (3)若该实验需要平衡阻力，请叙述平衡阻力的操作过程：____________ ________________________________________________________________________________。 不挂小桶，将木板的右端垫高，开启打点计时器，若小车拖着纸带在木板上匀速运动，说明平衡了阻力 平衡阻力的操作过程：不挂小桶，将木板的右端垫高，开启打点计时器，若小车拖着纸带在木板上匀速运动，说明平衡了阻力。 第 四 章 本课结束 $