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 提高A版）

该高中物理课件聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，以控制变量法为核心，衔接匀变速直线运动的加速度计算知识，搭建从实验装置、物理量测量到数据处理的学习支架，帮助学生理解实验逻辑。 其亮点在于以科学探究为主线，涵盖多种加速度测量方法（如纸带逐差法）和力的测量方式（含力传感器应用），结合图像分析培养科学思维与运动和相互作用观念。例题与练习丰富，学生能提升实验能力，教师可高效开展教学。

第 四 章 实验：探究加速度与力、质量的关系 2 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。 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。 天平 增减钩码的数量 刻度尺 位移 (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。 拉力 小得多 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)。 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。 天平 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。 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。 不要 拖着纸带 远大于 启动电源 靠近 放开小车 按住 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 。 舍去不予考虑 　(2024·茂名市高一期末)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，某同学设计了如图甲所示的实验装置，已知实验使用的电源频率为50 Hz。 (1)若该同学要探究加速度a和拉力F的关系，应该保持　　 　　不变。 例1 小车质量 若该同学要探究加速度a和拉力F的关系，应该保持小车质量不变。 (2)实验时，以下操作顺序正确的是　 (填正确答案标号)。 A.先释放小车，再接通打点计时器的电源 B.先接通打点计时器的电源，再释放小车 B 实验时，应先接通打点计时器的电源，再释放小车。故选B。 (3)如图乙所示，该同学在某次实验得到的纸带上选定A、B、C、D、E五个计数点(相邻两个计数点间有四个点未画出)，并测出每两个相邻计数点间的距离，根据纸带可求出打D点时小车的速度为　　 m/s；小车的加速度大小为　　 m/s2(结果均保留两位有效数字)。 0.75 0.51 依题意，电源频率为50 Hz，则纸带上相邻计数点间的时间间隔为T=5×0.02 s=0.1 s 打D点时小车的速度为 vD==×10-2 m/s≈0.75 m/s 由逐差法可知小车的加速度大小为 a==×10-2 m/s2=0.51 m/s2 (4)该同学利用实验数据作出了如图丙所示的a-F图像，请分析图像不过原点的原因是　　　　 　　　　　。 平衡阻力时长木板倾角过小或未平衡阻力 由题图丙可知，当拉力F达到某一值时，小车才产生加速度，说明平衡阻力时长木板倾角过小或未平衡阻力。 　“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。 (1)在平衡小车受到的阻力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示。取计数点A、B、C、D、E，且相邻两计数点间还有4个计时点没有标出，计数点间的距离如图乙所示，电源的频率为50 Hz。该小车的加速度a=_____ m/s2 (保留两位小数)。 例2 2.36 由题意可知相邻计数点间的时间间隔 T=5T0=0.1 s 加速度：a=== m/s2≈2.36 m/s2 (2)平衡阻力后，将5个相同的砝码都放在小车上，挂上砝码盘，然后每次从小车上取一个砝码添加到砝码盘中，测量小车的加速度。小车的加速度a与砝码盘中砝码总重力F的实验数据如下表： 砝码盘中砝码总重力F/N 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980 加速度a/(m·s-2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 请根据实验数据在如图丙所示坐标系中作出a-F关系图像。 答案　见解析图 a-F图像如图所示。 某实验小组利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，将连接滑块的细绳、力传感器和动滑轮之前的细绳、定滑轮和动滑轮之间的细绳均调为水平，通过调节气垫导轨下的螺母使气垫导轨水平，打开气源，将滑块由静止释放，用刻度尺量出两光电门之间的距离x和滑块的宽度d，并记录滑块经过光电门1的遮光时间t1和经过光电门2的遮光时间t2。 例3 25 根据以上的操作回答下列问题： (1)本实验中钩码的质量　　　　(选填“需要”或“不需要”)远小于滑块的质量。 不需要 实验中细绳的拉力可以通过力传感器直接得出，不需要满足钩码的质量远小于滑块的质量。 26 (2)在探究加速度与合外力的关系时，通过运动学公式计算出滑块的加速 度a=　 　　　(用已知字母表示)。 27 在极短时间内，物体的瞬时速度等于该过程的平均速度，则滑块经过两个光电门的瞬时速度分别为v1=，v2= 根据速度位移公式得-=2ax 联立解得a=。 (3)保持滑块质量不变，改变钩码质量，依次记录力传感器的示数并求出滑块所对应的加速度，可知在误差允许的范围内，加速度与所受合外力成正比。 29 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某小组设计了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两小车同时开始运动，然后同时停止。 例4 30 (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 　　　(选填“远大于”“远小于”或“等于”)小车的质量。 细线与轨道平行(或水平) 远小于 拉小车的细线要与轨道平行。只有在砝码盘和砝码的总质量远小于小车质量时，才能认为细线拉小车的力等于砝码盘和砝码的总重力。 31 (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______ ________________________________________________________________________________。 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，它们的位移之比等于加速度之比 对初速度为零的匀加速直线运动，运动时间相同时，根据x=at2，得=，所以能用位移来比较加速度的大小。 32 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.平衡阻力时将砝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的重力沿斜面的分力，不需要重新平衡阻力，故D正确。 2.在研究拉力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量M的关系的实验中，某同学安装的实验装置和设计的实验步骤如下： A.用天平称出小车的质量 B.按图安装好实验器材 C.把细绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂槽码 D.将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，启动电源，释放小车，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.保持槽码的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M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与M的关系 (1)请改正实验装置图中的错误： ①电磁打点计时器位置　 　　　；②小车位置　　 　　；③滑轮位置应使　 　　　　　　。 应靠右端 应靠近打点计时器 细绳平行于木板 ①电磁打点计时器应固定在长木板无滑轮的一端，应靠近右端；②释放小车时，小车应靠近打点计时器；③连接小车的细绳应平行于木板，故应调节滑轮位置使细绳平行于木板。 (2)该同学漏掉的重要实验步骤是　　　　 ，该步骤应排在步骤　之后。 平衡阻力 B 实验前应平衡阻力，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受阻力平衡，故应垫高长木板右端以平衡阻力。实验中把槽码的重力看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑阻力，故必须平衡阻力且应排在步骤B之后。 (3)在上述步骤中，有错误的是步骤　，应把　 　　　　　　　改为 　　　　 　　。 D 6 V电压的蓄电池 8 V电压的交流电源 步骤D中电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在8 V电压的交流电源上。 (4)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤　，应把　 　　　　　改为 　　　　 　　。 G 作a-M关系图像 作a- 关系图像 步骤G中作a-M关系图像，得到的是曲线，很难进行正确地判断，必须“化曲为直”，改作a- 关系图像。 第 四 章 本课结束 $