4.2 加速度与力、质量之间的关系（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（粤教版）

该高中物理课件围绕“加速度与力、质量的关系”展开，通过气垫导轨实验先定性探究影响加速度的因素，再用控制变量法进行定量测量，结合数据处理（如v=Δx/Δt、a=(v2²-v1²)/2s）和误差分析，构建从定性到定量的递进学习支架。 其亮点在于以科学探究为核心，融合科学思维（控制变量法、a-1/M图像分析），通过气垫导轨和打点计时器实验方案，如误差分析中三种v-F图像偏差的原因解析，培养学生实验能力。学生能提升数据分析与推理能力，教师可直接利用典例和实验步骤优化教学效率。

第二节　加速度与力、质量之间的关系 知识点1　探究影响加速度的因素 1.实验过程:在如图所示的气垫导轨上,将滑块放置在光电门1附近,让其由静止开始运动。 知识 清单破 知识点 1 探究影响加速度的因素 第1讲　描述运动的基本概念 (1)保证滑块质量不变,在大小不同的外力(改变小桶中的橡皮泥质量)作用下,观察并记录同 一滑块经过两个光电门的时间。 (2)在大小相同的外力作用下,观察并记录滑块上放有砝码和没放砝码时通过两个光电门的 时间。 2.结果分析 (1)同一滑块受到的力越小,通过两个光电门的时间t就越长,说明a越小;反之t越短,说明a越大, 即加速度与物体受到的合外力F有关。 (2)在大小相同的外力作用下,滑块质量大的,运动得慢,通过两个光电门的时间长,加速度小; 反之加速度大,即加速度与物体的质量有关。 第1讲　描述运动的基本概念 知识点2　探究加速度与力、质量之间的定量关系 1.数据测量 (1)用天平测量滑块质量M、装有橡皮泥的小桶质量m。 (2)用导轨旁的刻度尺测两光电门间的距离s、用刻度尺测遮光条的宽度Δs。 (3)合外力的测量:在保证以下两个条件的前提下,可认为滑块受到的合外力F=mg,即将测量 滑块所受的合外力转化为测量小桶的重力mg。 ①将气垫导轨调水平。 ②保证小桶总质量m远小于滑块质量M。因为当小桶总质量远小于滑块质量时,滑块的加速 度很小,接近平衡状态。 知识点 2 探究加速度与力、质量之间的定量关系 第1讲　描述运动的基本概念 2.利用控制变量法进行探究 (1)保持滑块质量不变,通过增减小桶内的橡皮泥来改变F的大小,探究加速度与力的定量关 系。 (2)保持合外力(等于装有橡皮泥的小桶的重力)不变,改变滑块质量,探究加速度与质量的定 量关系。 3.实验操作 (1)细绳绕过定滑轮悬挂小桶,另一端与滑块相连,释放小桶,滑块在细绳拉力的牵引下,沿水平 导轨加速运动。 (2)用数字计时器测出遮光条分别通过前后两个光电门的时间Δt1、Δt2。 (3)改变滑块质量或小桶内橡皮泥的质量,多次重复实验,记录数据,通过作图即可探究加速度 与力、质量之间的关系。 第1讲　描述运动的基本概念 4.数据处理 (1)根据v1= 、v2= 测出滑块通过两个光电门的瞬时速度(因为遮光条通过光电门时遮光 的时间很短,可认为滑块通过光电门时的瞬时速度等于遮光条通过光电门的平均速度)。 (2)根据 - =2as求出滑块的加速度a= 。 (3)作出a-F、a- 图像,可得出结论: ①当物体质量一定时,加速度与合外力成正比关系,即a∝F,或 = ,如图甲所示。 ②当物体所受外力一定时,加速度与质量成反比关系,即a∝ ,或M1a1=M2a2,如图乙所示。 第1讲　描述运动的基本概念 5.注意事项 (1)气垫导轨的气源不能长时间供气(不要超过3分钟),做完一组实验应立即关闭气垫导轨气 源。 (2)实验之前应调节地脚螺丝,使不挂小桶时滑块通过两个光电门的时间相同,说明气垫导轨 已被调平。 (3)为了保证滑块所受的拉力近似等于小桶的重力,实验过程中应使小桶的总质量远小于滑 块的质量。 (4)作图时应使直线通过尽量多的点,不在线上的点均匀分布在线的两侧,偏离太远的点应舍 去。 第1讲　描述运动的基本概念 知识辨析 判断正误,正确的画“√”,错误的画“✕”。 1.实验时,应先将滑块放开,然后再接通数字计时器。 (　    ) 2.进行实验时,不需要将气垫导轨调水平。 (　    ) 3.每次滑块上增加(或减少)砝码来改变滑块的质量时,都需要满足滑块的质量远小于小桶和 橡皮泥的质量。 (　    ) 4.在探究加速度a与质量M的关系时,为了直观判断二者间的关系,应作出a- 图像。 (        ) ✕ ✕ ✕ √ 第1讲　描述运动的基本概念 疑难 情境破 疑难1　利用打点计时器探究加速度与力、质量之间的关系的实验误差分析 讲解分析 　　利用打点计时器和小车“探究加速度与力、质量之间的关系”装置如图甲。   甲 疑难1 利用打点计时器探究加速度与力、质量之间的关系的实验误差分析 第1讲　描述运动的基本概念 1.误差分析 　　本实验涉及的误差有系统误差和偶然误差。 (1)系统误差:本实验用重物的重力代替小车受到的拉力,而实际上,小车加速运动时所受的拉 力要小于重物的重力。 　　当重物的质量小于小车的质量时,重物的质量越接近于小车的质量,误差越大;重物的质 量越小于小车的质量,误差就越小。因此,满足重物的质量远小于小车的质量的目的就是减 小因实验原理不完善而引起的误差。 (2)偶然误差:平衡摩擦力不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细线 不严格与木板平行都会引起误差。 第1讲　描述运动的基本概念 2.三种常见的误差情况 　　实验得到的理想a-F图像应是一条过原点的直线,但由于实验存在误差,常出现如图乙所 示的三种情况:   乙 (1)图线①的上部发生了弯曲,是因为当小车所受拉力F较大时,不满足“重物的质量远小于小 车的总质量”的条件。 (2)图线②与a轴有交点,说明拉力F=0(不挂重物)时,小车就具有了加速度,这是由于平衡摩擦 力时,长木板的倾角过大,导致平衡摩擦力过度。 (3)图线③与F轴有交点,说明只有当F增大到某一定值时,小车才获得加速度,这是由于没有平 衡摩擦力或长木板的倾角过小,导致平衡摩擦力不足。 第1讲　描述运动的基本概念 典例　如图为探究物体运动的加速度与物体质量、物体受力关系的实验装置,沙和沙桶的质 量用m表示,小车(含砝码)的质量用M表示,小车运动的加速度用a表示。   (1)实验过程中首先需要平衡小车受到的摩擦力【1】,长木板抬起适当的角度,使得小车　　          (选填“没有连接沙桶”或“连接沙桶”)时能在木板上匀速运动。 (2)在探究加速度与小车受力的关系过程中,两小组分别根据下列甲、乙两组数据进行实验 操作【2】,你认为最好选择　　　    (选填“甲”或“乙”)组数据进行实验。 M甲=500 g　    M乙=500 g 没有连接沙桶 乙 第1讲　描述运动的基本概念 m甲/g 20 22 24 26 m乙/g 20 30 40 50 (3)在探究加速度与小车质量的关系过程中,应该保持沙和沙桶质量不变,通过增减小车中砝 码改变小车质量M,实验测出几组a、M数据,下列图像能直观合理且正确反映a与M关系【3】的 是　　　    。 C 第1讲　描述运动的基本概念 信息提取　【1】平衡摩擦力的目的是使小车受到的合外力等于细线对小车的拉力。 【2】实验时应满足小车和砝码的质量远大于沙和沙桶的质量。 【3】在误差允许的范围内,a与M成反比,与 成正比。 思路点拨    利用打点计时器探究加速度与力、质量之间的关系实验中,实验前应平衡摩擦 力;探究加速度与力的关系时,应控制小车和砝码的质量不变,改变沙和沙桶的质量,注意使小 车和砝码的质量远大于沙和沙桶的质量,且保证质量变化明显,利于采集数据【4】;探究加速度 与质量的关系时,应控制沙和沙桶的质量不变,改变小车和砝码的质量,注意当沙和沙桶质量 不远小于小车和砝码质量时,a- 图线将偏离直线【5】。 第1讲　描述运动的基本概念 解析    (1)实验过程中首先需要平衡小车受到的摩擦力,长木板抬起适当的角度,使得小车没 有连接沙桶时能在木板上匀速运动。 (2)在探究加速度与小车受力关系的过程中,测量的数据要有明显的变化,才能使实验更有说 服力。若选择甲组数据进行实验,拉力的大小变化很小,则加速度的变化也会很小,这样实验 误差可能会比较大,是不合理的。相比之下,乙组数据更合理(由【2】、【4】得到)。 (3)在探究加速度跟小车质量M的关系时,保持沙和沙桶质量m不变,改变小车质量M,在小车质 量M远大于沙和沙桶质量m时,可以认为小车受到的拉力(合力)F=mg,此时加速度a与小车质 量M成反比,以 为横轴,a为纵轴,a- 图像应是过原点的直线,当小车质量M不远大于沙和 沙桶质量m时,小车受到的拉力明显小于沙和沙桶重力,a- 图像向下弯曲,故C正确。(由 【3】、【5】得到) 第1讲　描述运动的基本概念 讲解分析 1.利用位移传感器测位移 由运动学公式s= at2可得a= ,如果用位移传感器测出两个均做初速度为零的匀加速直线运 动的物体在相同时间内发生的位移,就可以根据位移之比求出加速度之比,即 = 。 疑难2 其他的实验探究方案 第1讲　描述运动的基本概念 2.利用弹簧测力计或力传感器测量合外力的大小 加速度可由纸带上的点计算得出,合外力可由力传感器或弹簧测力计直接或间接测出,从而 判断加速度a与合外力F的关系。此方案中不需要满足m远小于M的条件。 第1讲　描述运动的基本概念 $