第4章 2 实验：探究加速度与力、质量的关系（PPT同步课件）-【学而思】2026-2027学年高一物理必修第一册分层练习（人教版 江苏北京专版）

该高中物理课件聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，围绕牛顿第二定律，通过打点计时器、小车等实验装置，衔接运动学公式与平衡摩擦力知识，搭建从运动学到动力学的学习支架，帮助学生理解实验原理。 其亮点在于融合科学探究与科学思维，涵盖教材经典实验与拓展创新实验，如用控制变量法分析a-F图像、通过光电门和力传感器优化实验，培养学生数据处理与误差分析能力。学生能提升实验操作技能，教师可借助多样化案例及详细解析提高教学效率。

第四章 运动和力的关系 第1讲　描述运动的基本概念 基础过关练 2　实验:探究加速度与力、质量的 关系 第1讲　描述运动的基本概念 题组一　教材经典实验 1.[2025江苏无锡锡东高级中学月考]在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,某同学使用了如图 甲所示的装置,打点计时器所用电源的频率为50 Hz。 (1)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,下列说法正确的是 ( ) A.在平衡阻力时,应将砂和砂桶用细绳拴在小车上     B     第1讲　描述运动的基本概念 B.连接砂桶和小车的细绳应与长木板平行 C.平衡阻力后,长木板的位置不能移动,每次改变小车质量时,应重新平衡阻力 D.小车释放前应靠近打点计时器,且应先释放小车,再接通电源 (2)本实验采用的科学方法是_________________。 (3)实验中,需要平衡打点计时器对纸带的阻力及其他阻力:小车放在长木板上,后面固定一条纸带,纸带 穿过打点计时器;把长木板一端垫高,调节长木板的倾斜度,使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿长 木板做___________运动。在实验时,为减小系统误差,应使砂和砂桶的总质量__________ (选填“远大于”“远小于”或“等于”)小车的质量。 (4)该同学实验中得到如图乙所示的一条纸带,A、B、C、D、E为相邻计数点(相邻两计数点之间还有 四个计时点未画出),根据纸带可以求出小车的加速度大小为______________m/s2(结果保留3位有效数 字)。 　    1.25　     　　远小于　     　　匀速直线　     　　控制变量法　     第1讲　描述运动的基本概念 (5)该同学通过数据处理作出了a-F图像,如图丙所示,则:①图中的图线不过原点的原因是 ______________。 ②图中的图线发生弯曲的原因是__________________________________________。 　　砂和砂桶的总质量不满足远小于小车质量　     平衡阻力过度　     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)在平衡阻力时,不应将砂和砂桶用细绳拴在小车上,A错误;连接砂桶和小车的细绳应与长木 板平行,B正确;平衡阻力后,长木板的位置不能移动,每次改变小车质量时,不用重新平衡阻力,C错误;小 车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源,再释放小车,D错误。 (2)本实验采用的科学方法是控制变量法,即研究加速度与力的关系时,要保证小车质量不变;研究加速 度与质量的关系时,要保证小车受力不变。 (3)平衡阻力时应将长木板一端垫高,调节长木板的倾斜度,使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿长 木板做匀速直线运动。在实验时,为减小系统误差,应使砂和砂桶的总质量远小于小车的质量,砂和砂 桶的总重力大小近似等于绳的拉力大小,即小车所受的合外力大小。 (4)由于交流电源频率为50 Hz,相邻两计数点之间还有四个点未画出,则相邻两计数点间的时间间隔为T =5×0.02 s=0.1 s;根据逐差法可得小车的加速度大小为a=  m/s2=1.25 m/s2。 第1讲　描述运动的基本概念 (5)由图丙可知,当绳的拉力为零时,小车已经有加速度,说明平衡阻力过度;图线发生弯曲的原因是随着 砂和砂桶的总质量增大,砂和砂桶的总质量不满足远小于小车的质量。 第1讲　描述运动的基本概念 2.[2026广东中山期末]A同学利用图甲所示实验装置探究“加速度与力、质量的关系”。   (1)关于平衡摩擦力,下列说法正确的是___________。 A.平衡摩擦力是为了使细绳的拉力等于托盘和砝码的总重力 B.平衡摩擦力时,小车前端应当用细绳悬挂托盘,但托盘中不放砝码 C.正确操作后启动打点计时器,轻推小车,若纸带上点迹均匀,则摩擦力平衡完成 (2)图乙为A同学在正确操作后得到的一条纸带,已知交流电源的频率为50 Hz,纸带上每隔四个点取一 　    C　     第1讲　描述运动的基本概念 个计数点,则小车的加速度大小为______________m/s2。(结果保留2位有效数字)   (3)B同学设计如图丙所示的实验装置来探究“加速度与力、质量的关系”,具体操作步骤如下:   　    0.53　     丙 第1讲　描述运动的基本概念 ①挂上托盘和砝码,改变木板的倾角,使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑; ②取下托盘和砝码,测出其总质量为m,让小车沿木板下滑,测出加速度a; ③改变砝码质量和木板倾角,多次测量,通过作图可得到a-F的关系图像。 实验中小车在沿斜面下滑时受到的合力F_________(填“大于”“小于”或“等于”)mg,该实验 __________(填“需要”或“不需要”)满足m≪M。 　　不需要　     　　等于　     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)平衡摩擦力是为了使细绳的拉力等于小车受到的合力,A错误;平衡摩擦力是用小车的重力沿 木板方向的分力平衡阻力,所以小车前端不应当悬挂托盘,B错误;正确操作后启动打点计时器,轻推小 车,若纸带上的点迹均匀,说明小车做匀速运动,则摩擦力平衡完成,C正确。 (2)纸带上每隔四个点取一个计数点,相邻计数点间的时间间隔为T=5× =5×  s=0.1 s,根据位移差公式 可知,小车的加速度大小为a= = ×10-2 m/s2≈0.53 m/s2。 (3)质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑时,小车受力平衡,沿木板方向有mg+f=Mg sin θ;取下托盘 和砝码,测出其总质量为m,小车在沿斜面下滑时受到的合力为F=Mg sin θ-f=mg,根据上述结论可知,不 需要满足m≪M。 第1讲　描述运动的基本概念 题组二　拓展创新实验 3.[2026四川攀枝花期末]某实验小组利用如图甲所示实验装置探究小车加速度与力的关系,实验步骤 如下:   (ⅰ)按图甲所示安装实验器材,测量遮光条的宽度d及遮光条到光电门的距离x(保证d≪x); (ⅱ)保持小车质量不变,由静止释放小车,记录光电门的遮光时间Δt; 甲 第1讲　描述运动的基本概念 (ⅲ)逐个增加钩码数量,重复步骤(ⅱ); (ⅳ)处理实验数据,分析得出结论。 据此回答以下问题: (1)安装实验器材时细线与带滑轮的木板之间应保持_________。 (2)小车的加速度大小的表达式为___________。(用实验步骤中所测物理量的字母表示) (3)①保持小车质量不变时测得小车的加速度a和拉力F的数据如表所示,请根据表中数据在图乙中画出 a-F图线。 　　平行　     F/N 0.20 0.30 0.40 0.50 a/(m·s-2) 0.10 0.21 0.29 0.40 第1讲　描述运动的基本概念   乙 ②反向延长a-F图线发现其并未过坐标原点,小组成员经过讨论分析后认为可能遗漏的实验步骤是 _________________________________________。 　将木板左侧垫高,平衡木板对小车的摩擦力　     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)为使细线对小车的拉力恒定,安装实验器材时细线与带滑轮的木板之间应保持平行。 (2)遮光条通过光电门时的速度为v= ,小车做匀加速直线运动,有v2=2ax,解得a= 。 (3)①根据表中数据在图乙中画出a-F图线,如图所示。②a-F图线与横轴正半轴相交,说明小车加速度为 零时,细线对小车有拉力,可能遗漏的实验步骤是将木板左侧垫高,平衡木板对小车的摩擦力。   第1讲　描述运动的基本概念 4.[2026河南新乡期末]实验小组采用如图1所示的实验装置,验证“当质量一定时,物体运动的加速度与 它所受的合力成正比”这一物理规律。已知小车的质量为M,重物的质量为m,图1中力传感器可测细线 拉力大小。试回答下列问题:   (1)除实验装置图中器材外,实验时还需要的有____________。 A.直流电源　　　    B.交流电源 C.秒表　　　    D.刻度尺 (2)本实验__________(选填“需要”或“不需要”)满足“M远大于m”,本实验用到的方法是 　　不需要　     　    BD　     第1讲　描述运动的基本概念 __________(选填“控制变量法”或“等效法”)。 (3)图2是实验中得到的一条纸带,相邻两个计数点间还有四个点未画出,电源的频率是50 Hz,计数点间 的距离已在图中标出,则小车的加速度大小为______________m/s2。(结果保留3位有效数字)   (4)实验小组利用实验数据得到的a-F图像如图3所示,图线没有过原点的原因可能是 ______________________。 　　平衡摩擦力过度　     　    1.72　     控制变量法　     第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)除实验装置图中器材外,实验时还需要的有交流电源给打点计时器供电,还需要刻度尺测量 纸带上的数据;不需要直流电源和秒表,故选B、D。 (2)本实验因有力传感器测量小车所受的拉力,则不需要满足“M远大于m”;本实验用到的方法是控制 变量法。 (3)相邻两个计数点间还有四个点未画出,电源的频率是50 Hz,相邻计数点间的时间间隔为T=0.1 s,则小 车的加速度大小为a= =  m/s2≈1.72 m/s2。 (4)由图3可知,当F=0时小车已经有了加速度,即重力分力大于摩擦力,可知原因可能是木板一端抬得过 高,平衡摩擦力过度。 第1讲　描述运动的基本概念 $