4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 课件 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

该高中物理课件聚焦“探究加速度与力、质量的关系”，通过日常生活中推力、质量对车速度变化的影响情境导入，衔接运动和力的定性认知，搭建从定性到定量探究的学习支架。 其亮点是以核心素养为导向，科学思维上突出控制变量法（如m一定研究a与F，F一定研究a与1/m），科学探究包含完整实验流程（平衡摩擦力、纸带处理等），物理观念强化力与加速度关系。小结系统梳理实验要点，助力学生构建知识体系，教师可高效开展实验教学，学生提升探究能力与科学态度。

第二节 实验：探究加速度与力、质量的关系 人教版（2019）必修一教学课件 第四章 运动和力的关系 1 目 录 导入与素养目标 新课讲解 课堂练习 课堂小结 导入与素养目标 ➤ 新课导入 日常生活中，我们常见到如图所示情境： 相同推力下，若汽车是空车，则比满载时速度改变快。 若帮忙推车的人越多，推力越大，车的速度改变就越快； 车的质量m不变，推力F越大，车的加速度a越大。 推力F不变，车的质量m越小，车的加速度a越大。 物体的加速度与力、质量有什么定量关系？ 素养目标 物理观念 理解力是产生加速度的原因，质量影响物体运动状态变化的难易程度。 初步认识加速度与合外力成正比、与质量成反比的定性、定量关系，为牛顿第二定律建立实验基础。 知道平衡摩擦力的物理意义，理解槽码重力近似等于小车拉力的条件。 科学思维 掌握控制变量法的实验思想，学会控制一个量不变，研究另外两个物理量的关系。 学会利用图像法处理实验数据，理解图像的优势，把非线性关系转化为线性图像分析。 能分析实验近似条件、系统误差，辨析实验操作带来的偏差。 素养目标 科学探究 能独立完成实验操作：平衡摩擦力、打点计时器使用、采集纸带与质量数据。 经历完整探究流程：提出猜想→设计方案→组装器材→测量采集数据→图像处理→归纳实验结论。 会根据纸带计算加速度，规范记录实验数据，能识别异常数据。 科学态度与责任 养成严谨求实的实验习惯，规范仪器操作，尊重原始实验数据，不随意篡改数据。 体会实验探究在物理规律建立过程中的重要价值，提升合作探究的意识。 新课讲解 ➤ 新课讲解 体验一 对某一物体，受到的力越大，其运动状态越容易改变，即加速度越大。 在课本上撒一些碎纸片和一些小石子，用力使劲吹，观察现象。 对不同的物体，受到相同的力，质量越小的，其运动状态越容易改变，即加速度越大。 体验二 m一定， a∝ F； 在课本上撒一些碎纸片，先用嘴轻吹，再用力使劲吹，观察现象。 8 新课讲解 猜想与假设 思考：物体的加速度与力、质量有什么定量关系？ 一、实验目的：探究加速度与力、质量的关系 二、实验方法：控制变量法 研究a与F的关系：保持m不变，改变F，得到不同F作用下的a 研究a与m的关系：保持F不变，改变m，得到不同m时的a 9 新课讲解 控制变量 控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化的规律的方法。 本节在探究加速度与力、质量之间的关系时，就采用了控制变量的方法，它是科学研究中常用的一种方法。 10 新课讲解 三、实验器材 小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平。 11 新课讲解 四、物理量的测量 方法1： 让小车做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺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，由a=计算出加速度a。 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。 方法3：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位移的测量。 12 天平 小车中增减钩码的数量 质量 ①在槽码的质量比小车的质量小得多时，小车所受的拉力近似等于槽码的重力。 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。 加速度 力 在阻力得到平衡的情况下，小车受到的拉力等于小车所受的合力。 新课讲解 如何获得物体的？ . . . . . . . 0 1 2 3 4 5 6 利用打点计时器进行实验，根据纸带上打出的点可测量加速度。 s 14 新课讲解 如何提供和测量小车所受的恒力 F 直接用弹簧测力计拉小车，可以吗？还是借助定滑轮和钩码来拉？ m0g 我来提供恒力！ 摩擦力对实验有影响吗？ 有 需要消掉摩擦力 15 新课讲解 问题：在探究之间的定量关系实验中，随小车质量的改变而改变，为了操作更方便、准确，该如何改进实验方案？ 平衡摩擦力：把安装有打点计时器的轨道一端垫高，使得小车的部分重力与摩擦力 Ff 平衡 打点计时器 纸带 小车受到细线的拉力可以直接由弹簧测力计读出 或在小车前端增加力传感器 力传感器 16 新课讲解 粗糙斜面上，用悬吊重物的方法为小车提供拉力, 通过增减重物的质量就可改变小车受到的拉力。 思考1：绳子的拉力等于钩码的重力吗？为什么？ 不等于！因为钩码向下加速，所以绳子的拉力小于钩码的重力。 思考2：什么情况下钩码重力可以近似等于绳子拉力？ 当砝码质量比小车质量小得多时，绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。 17 新课讲解 五、实验步骤 1.用天平测出小车的质量m，并把数值记录下来。 2.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匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。 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。 18 新课讲解 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，把数据记录在右表中。 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，将结果填入左表中。 F/N           a/(m·s-2)           m/kg           a/(m·s-2)           19 新课讲解 六、数据处理 由左表数据，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，作出a-F图像。 若图像是一条过原点的倾斜直线，说明a与F成正比。 m一定时，分析加速度a与拉力F的定量关系 20 新课讲解 F一定时，分析加速度a与质量m的定量关系 若图像是一条过原点的倾斜直线，说明a与成正比。 由右表数据，以a为纵坐标，以为横坐标，根据测量数据描点，作出a-图像。 即a与m成反比 21 新课讲解 （1）平衡摩擦力时不要挂小盘，一次实验只需要平衡一次摩擦力。 （2）实验中必须满足小车和小车上所加钩码的总质量远大于重物和小盘的总质量。 （3）每次开始时小车应尽量靠近打点计时器(或尽量远离带滑轮的一端)，且在小车到达滑轮前应按住小车。 （4）作图线时，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分布在所作直线两侧，离直线较远的点应舍去。 注意事项 22 新课讲解 （注意：这里的力指的是物体所受的合外力） 1. m一定，加速度a与F的定量关系： 2. F一定，加速度a与m的定量关系: 加速度与力、质量之间的关系： 还有没有其他设计方案呢？ 5.实验结论 23 课堂练习 ➤ 课堂练习 1.在探究“加速度a与质量m关系”的实验中，甲、乙、丙、丁四个小组分别保持合力F1、F₂、F₃、F₄不变，测得若干组数据，并得到如图所示的1、2、3、4四条曲线转换成a-图像是四条过原点的直线，则合力最大的是( ) A.F₁ B.F₂ C.F₃ D.F₄ 1. 答案：D 解析：由图可知当物体的质量相等时，有a1<a2<a3<a4，根据牛顿第二定律F=ma可得F1<F2<F3<F4，故合力最大的是F4，D正确. 课堂练习 2.某小组利用如图所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，下列说法正确的是( ) A.调整定滑轮的高度，使细线与长木板平行 B.不需要平衡摩擦力 C.先释放小车，再启动打点计时器 D.小车的质量应远小于小盘和砝码的总质量 2. 答案：A 解析：A.调节细线与木板平行，使绳中拉力等于小车受到的合力，A正确；B.为使拉力为小车受到的合力，需要平衡摩擦力，B错误；C.应该先打开电源，再释放小车，C错误；D.盘和砝码的总质量应远小于小车质量，D错误；故选A。 课堂练习 3.某同学设计了如图1所示的装置探究加速度与合力的关系，保持小车的质量不变，桌面水平，已测出遮光条的宽度为d,两光电门中心间距为L。 (1)调节拉力传感器和滑轮的高度，让两细线都与桌面平行，在砂桶中加入适量的砂子，轻推小车，发现两光电门记录的挡光时间相等，此时拉力传感器的示数是F0. 课堂练习 (2)继续在砂桶中加入砂子改变砂桶的总质量，数字计时器记录两个光电门的挡光时间，光电门1记录的时间是t1,光电门2记录的时间是t₂,并记录拉力传感器的示数，则小车的加速度大小是_______. (3)改变砂桶的质量，测量得出多组加速度a与拉力传感器的示数F,在图2的坐标中描点连线得到不过原点的倾斜直线，图线与横轴的交点坐标F₁=___( 填 ),如果图线的斜率是k,则小车(含遮光条、滑轮)的质量是________ 。 课堂练习 3.答案： 解析(2)小车依次通过光电门2、1时的速度大小分别为 ，由运动学公式 可得小车的加速度大小为 (3)对小车(含遮光条、滑轮)由牛顿第二定律 化简可得 ，当a=0时F=F0则图线与横轴的交点坐标F1=F0图线的斜率k=2则小车(含遮光条、滑轮)的质量是 课堂小结 ➤ 课堂小结 控制变量法 在m一定时，验证a与F的关系 在F一定时，验证a与m的关系 实验器材 实验原理与设计 实验步骤 数据分析 实验结论 测m、F、a 平衡摩擦力 m一定，改变F F一定，改变m 砝码质量远小于小车质量 a－F、a－图像 在m一定时，a与F成正比 在F一定时，a与m成反比 误差分析、注意事项 实验：探究加速度与力、质量的关系 感谢观看 32 $