第3章 第16课时 实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系(Word教参)-【状元桥】2027高考物理一轮总复习

该高中物理高考复习教案聚焦“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验专题，涵盖实验原理、操作规范、数据处理（逐差法、图像法）、误差分析及创新拓展等核心考点，按“基础原理—数据处理—误差分析—真题应用”逻辑架构知识体系。通过考点梳理（控制变量法、平衡阻力等关键操作）、方法指导（化曲为直图像处理）、真题训练（2024甘肃卷等典型题解析），帮助学生系统突破实验难点。 教案突出科学探究与科学思维培养，创新采用“原型实验+拓展改进”双轨教学，如在数据处理中引导学生用a-1/M图像验证反比关系（科学推理），在创新实验中通过光电门测速度计算加速度（模型建构）。设置基础操作、数据处理、误差分析分层练习，配合真题即时反馈，确保高效复习。助力学生提升实验设计与分析能力，为教师精准把控复习节奏提供系统支持。

第16课时　实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 [目标要求]　1.理解实验的原理，明确实验过程并能进行数据处理.2.了解实验的注意事项，会对实验进行误差分析.3.能理解创新实验的原理，并能运用相应的公式、函数处理数据． 一、实验思路与操作 装置图与思路 操作要领 思路：(1)保持小车质量不变→测得不同拉力下小车运动的加速度→分析二者之间的定量关系． (2)保持小车所受的拉力不变→测得不同质量的小车运动的加速度→分析二者的定量关系． 1．测量：用天平测出小车和槽码的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来． 2．安装：将小车置于带有定滑轮的木板上，将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部． 3．平衡阻力：用薄垫块将一端垫高． 4．悬挂槽码：在细线一端挂上槽码，另一端系在小车前端． 5．收集纸带数据：先开启打点计时器，再释放小车，在纸带上打出一系列点． 6．改变小车受力：保持小车的质量不变，通过增加槽码的数量改变小车受力． 7．改变小车质量：保持槽码的数量(小车所受的拉力)不变，通过增加或减少小车上的砝码的方式，改变小车的质量. 二、数据处理和实验结论 　 1．利用Δx＝aT2及逐差法求A． 2．以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，如图甲所示，说明a与F成正比． 3．以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果连线为过原点的直线，如图乙所示，就能判定a与M成反比． 注意事项 1．平衡阻力：平衡阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车连着纸带匀速运动． 2．质量：槽码质量m远小于小车质量M. 3．平行：使细绳与长木板平行． 4．靠近：小车从靠近打点计时器的位置释放． 5．先后：实验时先接通电源后释放小车． 误差分析 1．偶然误差 (1)小车、槽码质量的测量． (2)纸带上各计数点间距的测量． 2．系统误差 (1)平衡阻力不足或者过度． (2)用槽码的重力替代细绳的拉力． 考点一　教材原型实验 (2024甘肃卷)用图1所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系． (1)以下操作正确的是B(单选，填正确答案标号)． A．使小车质量远小于槽码质量 B．调整垫块位置以补偿阻力 C．补偿阻力时移去打点计时器和纸带 D．释放小车后立即打开打点计时器 (2)保持槽码质量不变，改变小车上砝码的质量，得到一系列打点纸带．其中一条纸带的计数点如图2所示，相邻两点之间的距离分别为s1、s2、…、s8，时间间隔均为T.下列加速度算式中，最优的是D(单选，填正确答案标号)． A．a＝ B．a＝ C．a＝ D．a＝ (3)以小车和砝码的总质量M为横坐标，加速度的倒数为纵坐标，甲、乙两组同学分别得到的－M图像如图3所示． 由图可知，在所受外力一定的条件下，a与M成反比(选填“正比”或“反比”)；甲组所用的槽码(选填“小车”“砝码”或“槽码”)质量比乙组的更大． 解析　(1)为了使小车所受的合外力大小近似等于槽码的总重力，故应使小车质量远大于槽码质量，故A错误；为了保证小车所受细线拉力等于小车所受合力，则需要调整垫块位置以补偿阻力，也要保持细线和长木板平行，故B正确；补偿阻力时不能移去打点计时器和纸带，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动，故C错误；根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小车，故D错误．故选B． (2)根据逐差法可知s5－s1＝4a1T2，s6－s2＝4a2T2，s7－s3＝4a3T2，s8－s4＝4a4T2，联立可得小车加速度表达式为a＝，故选D． (3)根据图像可知与M成正比，故在所受外力一定的条件下，a与M成反比；设槽码的质量为m，则由牛顿第二定律mg＝(m＋M)a化简可得＝·M＋；故斜率越小，槽码的质量m越大，由图可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大． 1．实验方法：控制变量法． 2．实验条件：①平衡摩擦力；②m≪M. 3．数据处理方法：图像法——化曲为直． (2025陕晋青宁卷)下图为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置． (1)实验中应将木板一端垫高(选填“保持水平”或“一端垫高”)． (2)为探究加速度a与质量m的关系，某小组依据实验数据绘制的a－m图像如图所示，很难直观看出图线是否为双曲线．如果采用作图法判断a与m是否成反比关系，以下选项可以直观判断的有AC(多选，填正确答案标号)． m/kg a/(m·s－2) 0.25 0.618 0.33 0.482 0.40 0.403 0.50 0.317 1.00 0.152 A．a－图像　　　 B．a－m2图像 C．am－m图像 D．a2－m图像 (3)为探究加速度与力的关系，在改变作用力时，甲同学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘上；乙同学将事先放置在小车上的槽码依次移到槽码盘上，在其他实验操作相同的情况下，乙(选填“甲”或“乙”)同学的方法可以更好地减小误差． 解析　(1)实验需补偿阻力，消除木板对小车的阻力的影响，应将木板一端垫高，使小车在无拉力时能匀速运动． (2)作出a-图像，可以将a-m图像“化曲为直”，便于判断，a与m是否成反比关系，故A正确；作出a-m2图像，无法体现a与m是否成反比关系，故B错误；作出am-m图像，若a与m是成反比关系，有am为定值，则am-m图像是一条平行与横轴的直线，可间接判断a与m是否成反比关系，故C正确；作出a2-m图像，无法体现a与m是否成反比关系，故D错误．故选AC． (3)采用甲同学的方法进行实验时，设小车的质量为m，单个槽码的质量为M，槽码个数为n，忽略槽码盘的质量，对小车和槽码根据牛顿第二定律分别有T＝ma、nMg－T＝nMa，联立解得T＝；采用乙同学的方法进行实验时，设槽码个数总共为n个，小车上放有k个槽码，根据牛顿第二定律有T＝(m＋kM)a、(n－k)Mg－T＝(n－k)Ma，联立解得T＝(n－k)Mg，因此采用甲同学的方法时，当槽码总质量远小于小车质量时槽码的重力与绳子拉力相等，采用乙同学的方法时，当单个槽码质量较小时槽码的重力与绳子拉力相等，则乙同学的方法可以更好地减小误差． 考点二　创新拓展实验 改进测量加速度的方案 (2025山东卷)某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律，部分实验步骤如下： (1)将两光电门安装在长直轨道上，选择宽度为d的遮光片固定在小车上，调整轨道倾角，用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连．选用d＝1.00(选填“5.00”或“1.00”)cm的遮光片，可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度． (2)将小车自轨道右端由静止释放，从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度v1＝0.40 m/s、v2＝0.81 m/s，以及从遮光片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间t＝1.00 s，计算小车的加速度a＝0.41m/s2(结果保留2位有效数字)． (3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F，改变砝码质量，重复上述步骤，根据数据拟合出a－F图像，如图乙所示．若要得到一条过原点的直线，实验中应增大(选填“增大”或“减小”)轨道的倾角． (4)图乙中直线斜率的单位为kg－1(选填“kg”或“kg－1”)． 解析　(1)实验用遮光片通过光电门的平均速度代替瞬时速度，遮光片宽度越小，两个速度越接近，故为较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度，选择宽度较小的d＝1.00 cm的遮光片． (2)根据加速度的定义式可得a＝＝0.41 m/s2. (3)根据图像可知当有一定大小的外力F时此时小车的加速度仍为零，可知平衡摩擦力不足，若要得到一条过原点的直线，需要平衡摩擦力，故实验中应增大轨道的倾角． (4)图乙中直线斜率为k＝，根据F＝ma可知直线斜率的单位为kg－1. 改进测量力的方案 (2025广西卷)在用如图甲的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验中： 　 (1)探究小车加速度与小车所受拉力的关系时，需保持小车(含加速度传感器，下同)质量不变，这种实验方法是控制变量法. (2)实验时，调节定滑轮高度，使连接小车的细绳与轨道平面保持平行. (3)由该装置分别探究M、N两车加速度a和所受拉力F的关系，获得a－F图像如图乙，通过图乙分析实验是否需要补偿阻力(即平衡阻力)．如果需要，说明如何操作；如果不需要，说明理由． 需要；撤出细绳连接的力传感器和重物，将木板左端用垫块垫起适当高度，使小车能沿木板匀速下滑 (4)悬挂重物让M、N两车从静止释放经过相同位移的时间比为n，两车均未到达轨道末端，则两车加速度之比aM∶aN＝1∶n2. 解析　(1)在探究小车加速度与小车所受拉力的关系时，需保持小车(含加速度传感器)质量不变，这种实验方法是控制变量法． (2)实验时，为使小车受到的合外力等于细绳的拉力，要调节定滑轮高度，使连接小车的细绳与轨道平面保持平行，保证细绳对小车的拉力方向与小车运动方向一致，减小实验误差． (3)由图乙可知，当拉力F为某一值时才产生加速度，说明小车受到摩擦力，需要补偿阻力．补偿方法：撤出细绳连接的力传感器和重物，将木板左端用垫块垫起适当高度，使小车能沿木板匀速下滑． (4)两车均从静止释放，都做初速度为零的匀加速直线运动，根据匀变速直线运动的位移公式x＝at2，可知a＝，因为tM∶tN＝n∶1，联立解得aM∶aN＝t∶t＝1∶n2. 学科网（北京）股份有限公司 $