第4章 2 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（教科版）

该高中物理课件聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，涵盖控制变量法思路、实验操作、数据处理及误差分析，通过控制变量法引导学生设计实验，搭建从理论到实践的学习支架。 其亮点是以科学探究为主线，通过a-1/M图像化曲为直培养科学思维，误差分析与注意事项渗透科学态度，实验拓展（气垫导轨、力传感器）体现创新，助力学生提升探究能力，教师可高效开展教学。

2　探究加速度与力、质量的关系 知识点 1 实验探究思路——控制变量法 知识 清单破 (1)控制小车的质量M不变,讨论加速度a与力F的关系。 (2)控制砝码和托盘的质量不变,即力F不变,改变小车的质量M,讨论加速度a与M的关系。 　　打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、托盘、砝码、细线、低压交流 电源、天平、刻度尺。 知识点 2 实验器材 第1讲　描述运动的基本概念 1.实验装置   (1)按装置图安装好实验器材。小车在重物(砝码和托盘)牵引下做匀加速直线运动。 (2)平衡摩擦力:将木板适当倾斜一定角度,使小车在不受拉力作用时能在木板上近似做匀速 知识点 3 实验操作 第1讲　描述运动的基本概念 直线运动。摩擦力与小车所受重力在平行于木板的方向上的分力平衡。 2.测量小车的质量及其所受的力 (1)小车的质量可以用天平测量。 (2)利用如图所示的装置进行实验时,测出托盘和砝码的总质量m,当被研究物体即小车的质 量M远大于m时,可以近似认为其所受拉力F=mg。 3.测量小车的加速度 (1)保持小车的质量不变,让打点计时器在纸带上打点,得到小车运动的加速度;改变力的大小, 重复进行实验,得到小车在不同力作用时的加速度的值。 (2)保持力的大小不变,改变小车的质量,重复进行实验,从纸带上求出小车在不同质量时的加 速度的值。 第1讲　描述运动的基本概念 1.计算法 　　测得加速度或加速度之比(等于位移之比)后,通过计算,看结果是否满足: (1)M一定时, = ;(2)F一定时, = 。2.图像法   (1)加速度与力的关系的实验数据分析:以加速度a为纵轴,以力F为横轴,根据测量数据描点, 作出a-F图像,如图甲所示。a-F图像是一条通过原点的倾斜直线,则可得出结论:在误差允许 的范围内,质量M不变时,加速度a与力F成正比。 知识点 4 数据处理 第1讲　描述运动的基本概念 (2)加速度与质量的关系的实验数据分析:以加速度a为纵轴,以质量M为横轴,作出a-M图像,如 图乙所示,由于图像为曲线,判断a与M是否成反比关系较难。若a与M成反比,则a与 成正比, 我们采用“化曲为直”的方法,以加速度a为纵轴,以 为横轴,作出a- 图像,如图丙所示,图 像是一条通过原点的倾斜直线,则可得出结论:在误差允许的范围内,力F不变时,加速度a与质 量M成反比。   乙 　　      丙 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:本实验用砝码(包括托盘)的重力代替小车受到的拉力,而实际上小车所受的拉 力要小于砝码的重力。当砝码的质量小于小车的质量时,砝码的质量越接近于小车的质量, 误差越大;砝码的质量越小于小车的质量,误差就越小。因此,满足砝码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。 2.三种常见的误差情况 (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 关键能力 定点破 定点 1 实验误差分析与注意事项 第1讲　描述运动的基本概念 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,这是平衡摩擦力时, 长木板的倾角过大,导致平衡摩擦力过度造成的。 (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造成的。   3.注意事项 (1)平衡摩擦力时不要挂重物,整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变托盘和砝码的质量 第1讲　描述运动的基本概念 还是改变小车的质量,都不需要重新平衡摩擦力。 (2)实验中必须满足小车的总质量远大于托盘和砝码的总质量。只有如此,砝码和托盘的总 重力才可视为与小车受到的拉力相等。 (3)释放小车前,小车应靠近打点计时器并且先接通电源,再释放小车,当小车靠近滑轮时用手 按住小车。 (4)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对称地分布在直 线两侧,离直线较远的点可以舍去。 第1讲　描述运动的基本概念 1.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。   定点 2 实验拓展与创新 第1讲　描述运动的基本概念 2.用气垫导轨替代长木板,利用光电门测加速度 　　利用气垫导轨替代长木板做实验时,由于滑块与气垫导轨之间的摩擦力极小,故不需要 进行阻力补偿,实验装置如图。   3.通过位移之比测量加速度之比 第1讲　描述运动的基本概念 　　将两个相同的小车放在光滑水平板上,前端各系一条细线,线的另一端跨过定滑轮各挂 一个小盘,盘中可放重物,如图甲所示,使盘和重物的总质量始终远小于小车与车中重物的总 质量,则盘和重物的总重力近似等于小车受到的拉力。   　　两个小车后端各系一条细线,一起被一个夹子夹着使小车静止,如图乙所示,打开夹子,两 个小车同时开始运动,合上夹子,两小车同时停下,用刻度尺测出两个小车通过的位移,位移之 比就等于它们的加速度之比。 第1讲　描述运动的基本概念   第1讲　描述运动的基本概念 $