第4章 2 实验 探究加速度与力、质量的关系(PPT课件)-【满分思维】2026-2027学年高中物理必修第一册配套课件（人教版）

该高中物理课件围绕“探究加速度与力、质量的关系”实验展开，通过“新课探究”导入，衔接运动学加速度计算与力学受力分析，以控制变量法实验为支架，为牛顿第二定律学习奠定基础。 其亮点在于实验设计系统完整，涵盖原理、测量、步骤、误差分析与数据处理，通过控制变量法和图像法（化曲为直）培养科学思维与科学探究能力。例题和习题结合真实实验情境，帮助学生建立物理观念，提升实验与分析能力，也为教师提供完整的教学与评价资源。

2 实验:探究加速度与力、质量的关系 1 实验探究 随堂巩固 ◆ 课后习题 ◆ 新课探究 2 一、实验思路 1.实验原理:加速度和质量、受力 都有关系,采用__________法分别探究加速 度与____的关系、加速度与物体质量的关系. 控制变量 力 2.实验设计 (1) 保持小车______不变,测量小车在不同力的作用下的________,分析加速度与 ____的关系. (2) 保持小车____________不变,测量不同质量的小车在该拉力作用下的_______, 分析加速度与______的关系. 质量 加速度 力 所受的拉力 加速度 质量 实 验 探 究 3 二、物理量的测量 1.质量的测量:用______测量.改变小车中______的数量可改变小车的质量. 2.加速度的测量 (1)方法1:让小车做初速度为0的匀加速直线运动,用________测量小车移动的位 移,用______测量发生这段位移所用的时间，然后由计算出加速度 . (2)方法2:将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出来的点利用逐差法 计算出小车的加速度. 天平 砝码 刻度尺 秒表 实 验 探 究 4 3.力的测量： (1) 在阻力得到补偿的情况下,小车受到的____________等于小车所受的合力. (2) 在槽码的质量比小车的质量________时，可认为小车所受的拉力大小近似 等于____________. 细绳的拉力 小得多 槽码的重力 实 验 探 究 5 三、进行实验 【实验器材】 一端有定滑轮的长木板、细绳、纸带、导线、夹子、木块、槽码、天平 (含砝码)、小车、____________、交流电源、复写纸、毫米刻度尺. 打点计时器 实 验 探 究 6 【实验步骤】 1.用______测出小车(含砝码)的质量 ，并把数值记录下来. 天平 2.按如图所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳). 实 验 探 究 7 3.平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置， 直到轻推小车，使其在木板上运动时可保持__________运动为止(纸带上相邻点 间距相等). 匀速直线 4.将槽码用细绳绕过定滑轮系在小车上，用天平测出槽码的总质量 ，记录下来. 接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，设计表格如 表1. 表1 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度 槽码的总质量 拉力 实 验 探 究 8 5.保持小车(含砝码)的______不变，改变槽码的总质量，并记录下来，按步骤4 再做5次实验. 质量 6.用公式求得小车的加速度 ，并记录到表1中. 7.保持槽码的________不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应 的加速度，把数据记录到表2中. 表2 总质量 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度 小车(含砝码)质量 8.整理实验器材，结束实验. 实 验 探 究 9 例1 [2025·广东东华高级中学高一期中] 如图甲所示是“探究加速度与力、质量 的关系”的实验装置. 实 验 探 究 10 (1) 若实验使用电火花计时器，则选用的电源是图乙中的___(选填“A”或“B”). B [解析] 电火花计时器使用 的交流电源，故选B. 实 验 探 究 11 (2) 为快捷准确地测量小车受到的合力，需进行“补偿阻力”，下列说法正确的是 ___(填选项前的字母). A.若小车能够静止于木板上的任意位置，说明已完成补偿阻力 B.补偿阻力时，应将木板置于水平桌面，使小车在槽码牵引下沿木板匀速运动 C.改变小车质量，重复实验时无需再次补偿阻力 D.补偿阻力后，小车受到的合力大小等于牵引槽码的重力大小 √ 实 验 探 究 12 [解析] 补偿阻力时，应将有打点计时器的木板一端垫上木块，轻推小车，使小 车在无槽码牵引下沿木板匀速运动，说明已完成补偿阻力，A、B错误；根据 可知，改变小车质量，重复实验时无需再次补偿阻力，C 正确；补偿阻力后，小车受到的合力大小等于细绳的拉力大小，D错误. 实 验 探 究 13 (3) 如图丙所示是实验得到的一段纸带，已知交流电的频率为 ，计数点2所 在位置的刻度尺读数为________________________ ，小车的加速度大小为 _____________________ (计算结果保留两位有效数字). 均可 均可 [解析] 计数点2所在位置的刻度尺读数为 ；小车的加速度为 . 实 验 探 究 14 【误差分析】 1.系统误差 本实验用槽码的重力<m></m>代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码 的重力.槽码的质量越接近于小车的质量，误差越大；反之，槽码的质量比小车 的质量小得越多，由此引起的误差就越小.因此，满足槽码的质量远小于小车的 质量就是为了减小因实验方案不完善而引起的误差. 2.偶然误差 平衡阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严 格与木板平行都会引起误差. 实 验 探 究 15 四、数据分析 【数据处理】 1.由表1中记录的数据，以为纵坐标、为横坐标，根据数据作出 图像 (如图甲所示)，找出规律，分析与 的关系. 实 验 探 究 16 2.由表2中记录的数据，分别以为纵坐标、和 为横坐标，根据数据作出 图像和图像(如图乙、丙所示)，分析与 的关系. 3.实验结论 (1) 保持物体质量不变时，物体的加速度与所受的力 成______. (2) 在所受的力不变时，物体的加速度与质量 成______. 正比 反比 实 验 探 究 17 例2 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某次实验测得如下数据：当 一定时，与的数据如表1所示；当一定时，与 的数据如表2所示. 表1 1.00 2.00 3.00 4.00 1.90 3.95 5.85 7.62 表2 / 0.52 0.67 0.80 1.00 1.53 2.10 2.49 3.10 实 验 探 究 18 (1) 在如图所示的相应坐标系中，根据表1、表2所给数据作出图像. 实 验 探 究 19 [答案] 如图所示 实 验 探 究 20 (2) 由图像可以判定：当一定时，与成______；当一定时，与 成______. (3) 在研究与的关系时，作了图像，而没作图像，那么作 图像的优点是_ __________________________________________. 正比 反比 图像是直线，能够直观、准确地找出规律 实 验 探 究 21 【注意事项】 1.平衡摩擦力时不要挂槽码,平衡摩擦力后,改变槽码的个数或改变小车(含砝码) 的质量时,都不需要重新平衡摩擦力. 2.实验中必须满足小车(含砝码)的质量远大于槽码的总质量,此时所挂槽码的总 重力才可视为与小车受到的拉力大小相等. 3.释放小车时,小车应靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车. 4.描绘图像时,要使尽可能多的点落在所作直线上,不在线上的点应尽可能对称分 布在图线两侧. 实 验 探 究 22 1.(实验原理和操作)[2026·江苏丹阳高级中学高一月考] 一同学利用如图甲所示 的实验装置探究质量一定时加速度与合外力 的关系.另一同学在图甲实验装置 中的小车上固定一个力传感器(如图乙)来完成实验.下列关于实验操作的说法中 正确的是( ) A.图甲实验中，小车由静止开始运动后所受拉力大小等于所挂槽码的重力 B.图乙实验中，木板水平时，力传感器上的读数等于小车所受合力的大小 C.图乙实验中，所挂槽码的质量应远小于小车的质量 D.图甲、图乙两个实验中，为得到质量一定时与 的关系，都需要补偿阻力 √ 随 堂 巩 固 23 [解析] 图甲实验中，由于槽码向下做加速运动，绳的拉力大小小于槽码的重力， 所以小车由静止开始运动后所受拉力大小小于所挂槽码的重力，A错误；图乙 实验中，木板水平时，力传感器上的读数等于绳的拉力，而 ，解得 ，所以拉力大于小车所受合力的大小，B错误；图乙实验中，传感器 可以直接测出绳的拉力，不需要用槽码的重力替代绳的拉力，所以不需要满足 所挂槽码的质量远小于小车的质量，C错误；图甲、图乙两个实验中，为得到 质量一定时与 的关系，都需要补偿阻力，D正确. 随 堂 巩 固 24 2.(实验综合)[2025·江西临川二中高一月考] 某同学用如图甲所示装置来探究加 速度与物体所受合力和质量间的关系. 随 堂 巩 固 25 (1) 下列实验中相关操作正确的是_____(填选项前的字母). A.补偿阻力时，应先将槽码用细线绕过定滑轮系在小车上 B.补偿阻力时，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点 计时器 C.改变小车质量后，需要重新补偿阻力 D.小车释放前应靠近打点计时器，且先接通打点计时器的 电源后释放小车 √ √ 随 堂 巩 固 26 [解析] 补偿阻力时，应不挂槽码，小车后面应固定一条纸带，纸带穿过打点计 时器，A错误，B正确；改变小车质量后，不需要重新补偿阻力，C错误；小车 释放前应靠近打点计时器，且先接通打点计时器的电源后释放小车，D正确. 随 堂 巩 固 27 (2) 实验时将槽码的总重力 近似地当成小车所受的拉力 会给实验带来系统误差，为了减小误差，小车和砝码的 总质量与槽码总质量 取值最合理的一组是___ (填选项前的字母). A.，、、、、 、 B.，、、、、、 C.，、、、、、 D.，、、、、、 √ 随 堂 巩 固 28 [解析] 实验时将槽码的重力近似地当成小车所受的拉力 会给实验带来系统 误差，为了减小误差，小车和砝码的总质量应远大于槽码总质量 ，故D正确. 随 堂 巩 固 29 (3) 已知打点计时器所接的是频率为 的交变电流，若实验中打出的某一条 纸带如图乙所示，相邻两个计数点间还有四个点没有画出，图中 ， .由此可以算出小车运动的加速度大小为_____ (结果保留3位有 效数字). 1.45 [解析] 相邻两个计数点间还有四个点没有画出，故 ，根 据，， ，代 入数据解得 . 随 堂 巩 固 30 (4) 在探究小车加速度与所受拉力 的关系时，根据实验 数据作出的 图像如图丙所示，图线不过原点，原因可 能是___(填选项前的字母). A.木板右端垫得过高 B.木板右端垫得过低 C.槽码的总质量太大了 D.槽码的总质量太小了 [解析] 根据实验数据作出的 图像不过原点，表示没有拉力时小车已经有加速 度，原因可能是补偿阻力过度，与槽码的总质量无关，故A正确，B、C、D错误. √ 随 堂 巩 固 31 课后习题 32 1.(4分)[2026·江苏震泽中学高一月考] 某同学在做“探究加速度与力、质量的关 系”的实验中，为研究并直观判断加速度与质量之间的关系时，实验中应当 ( ) A.改变合外力的大小，根据实验数据作出 图像 B.改变合外力的大小，根据实验数据作出 图像 C.保持合外力的大小不变，根据实验数据作出 图像 D.保持合外力的大小不变，根据实验数据作出 图像 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 33 [解析] 为了研究加速度与质量之间的关系，必须保持合外力大小不变，以使用 控制变量法.根据牛顿第二定律，可得，当合外力 恒定时，加速 度与质量成反比，即与成正比.因此，作出 图像将呈现线性关系，便 于直观判断；而 图像为非线性曲线，不直观.故选C. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 2.(6分)[2026·湖北武汉二中高一月考] 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验 中，下列说法中正确的是( ) A.平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂 B.实验中无需始终保持小车和砝码的质量远远大于砂和小桶的质量 C.实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描 出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比 D.平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受阻力 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 35 [解析] 在平衡摩擦力时，小车前不栓细线，不挂任何物体，故A错误；用砂和 小桶的重力代替拉力，为了减小实验误差，实验中应始终保持小车和砝码的质 量之和远大于砂和小桶的质量，故B错误；若实验中如用纵坐标表示加速度， 用横坐标表示小车和车内砝码的总质量的倒数，描出 的图像相应的点在一 条直线上，即可证明加速度与质量成反比，直接用 图像无法证明反比关系， 故C错误；在平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带 也要受到阻力，故D正确. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 36 3.(6分)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,渗透了研究问题的多种科学 方法.(以下各题均选填“理想实验法”“图像法”“平衡摩擦力法”“化曲为直法”“控制 变量法”或“近似法”) (1) (1分)实验环境的等效法:______________; 平衡摩擦力法 [解析] 由于小车运动时受到摩擦阻力,所以要平衡摩擦力,以减小实验误差,称为 平衡摩擦力法. (2) (1分)实验条件设计的科学方法:____________; 控制变量法 [解析] 在探究加速度与力、质量的关系时,先保持其中一个量不变,探究其他两 个量之间的关系,称为控制变量法. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 37 (3) (1分)实验原理的简化:________,即当小车质量 时,细绳对小车的 拉力大小近似等于槽码的重力; 近似法 [解析] 当小车质量 时,细绳对小车的拉力大小近似等于槽码重力 ,称为近似法. (4) (1分)实验数据处理的科学方法:________; 图像法 [解析] 通过图像研究实验的结果,称为图像法. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 38 (5) (2分)由图像转化为 图像,所用的科学方法:____________. 化曲为直法 [解析] 在作图时,由图像转化为 图像,使图线由曲线转化为直线,称 为化曲为直法. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 39 4.(6分)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中： (1) (2分)除了图甲中所给器材和交流电源外，在下列器材中，还必须使用的器 材是_____(填选项前的字母). A.秒表 B.天平(含砝码) C.弹簧测力计 D.刻度尺 √ √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 40 [解析] 实验目的是“探究加速度与力、质量的关系”，所以需要天平测量小车的 质量，B正确；加速度通过纸带上的计时点测算出来，所以需要刻度尺，D正确； 有了打点计时器自动记录时间，所以不需要秒表，A错误；小车所受的合力在 满足槽码质量远小于小车质量、补偿阻力这两个前提后，可以通过槽码的重力 大小近似表示出来，所以不需要弹簧测力计，C错误. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 41 (2) (2分)下列实验操作正确的是_____ (填选项前的字母). A.实验前将长木板安装有打点计时器的一侧适 当垫高，以补偿小车受到的阻力 B.调节长木板倾斜度，使小车在有槽码牵引时 能拖动纸带沿木板匀速运动 C.探究加速度与力的关系时，通过改变槽码个 数以改变小车所受的拉力，槽码个数不受限制 D.为了分析加速度与质量的定量关系，需要以 为横坐标、 为纵坐标建立坐标系 √ √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 42 [解析] 实验前将长木板安装有打点计时器的一侧适当垫高，以补偿小车受到的 阻力，轻推小车，当小车恰好匀速下滑时，说明小车重力的下滑分力刚好补偿 了阻力，故A正确；在补偿阻力时，小车不挂细线和槽码，故B错误；槽码个数 不能太多，必须要保证槽码总质量远小于小车质量，故C错误；由测出的数据 表明，在槽码质量一定时，小车质量越大，则加速度就越小， 图像是曲 线，不便于研究，所以以为横坐标、 为纵坐标建立坐标系，发现各数据点基 本在一条直线上，便于进行研究，故D正确. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 43 (3) (2分)实验中打出的一条纸带的一部分如图乙所示.纸带上标出了连续的3个计 数点、、 ，每两个相邻计数点之间还有4个点没有标出.打点计时器接在频 率为的交流电源上，则打点计时器打点时，小车的速度 __________ ________________(保留两位有效数字).多测几个点的速度，作出 图像， 就可以得到小车的加速度. (均可) 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 44 [解析] 因每两个相邻计数点之间还有4个点没有标出，故每两个相邻计数点的 时间间隔，根据匀变速直线运动规律，打点时的速度是打点到打 点这一过程的平均速度，有 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 45 5.(10分)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中： (1) (4分)若采用如图甲、乙所示的实验装置与方案，通过黑板擦控制两小车的 运动与停止，将测量两车的加速度转换为测量两车的位移.实验中不需要测量的 物理量是___(填选项前的字母). A.小车运动的时间 B.小车通过的位移 C.盘和盘中重物的总质量 D.车和车上重物的总质量 √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 46 [解析] 两小车同时运动与停止，运动时间相同，由，可知 ，加 速度的测量可以转化为位移的测量，则不需要测量小车运动的时间，盘和盘中 重物的总质量、车和车上重物的总质量在进行数据处理时都要用到，故选A. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 47 (2) (6分)在用 进行“研究小车加速度与力的关系”实验时，所用实验装置如图 丙所示，重物通过细线跨过滑轮拉相同质量的小车，用位移传感器测定位移， 用力传感器测得拉力 ，改变重物的重力重复实验多次，记录多组数据，并画 出 图像. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 48 ① (3分)该实验中，________(选填“需要”或“不需要”)满足小车的质量远大于重 物的质量. 不需要 ② (3分)符合该实验方案得出的实验图像应是图丁中的___(填字母代号). 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 49 [解析] 小车受到的拉力由力传感器测得，不再用重物的重力大小代替，因此不 需要满足小车的质量远大于重物的质量；该方案克服了常规实验中的系统误差， 加速度与所受合外力成正比，即图像为直线 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 50 6.(10分)[2025·广西桂林高一期末] 某小组计划用如图甲所示装置探究加速度与 力的关系.在水平气垫导轨(可认为气垫导轨上运动的物体不受阻力)上放置一滑 块，一不可伸长的细绳跨过轻质定滑轮，两端分别与滑块和质量为 的 小桶(可往里加砝码)连接.已知遮光条的宽度为，光电门1、2中心间的距离为 ， 遮光条的质量可忽略.实验步骤如下，请回答下列问题： 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 51 (1) (2分)实验时将小桶及其所装砝码的总重力当作滑块所受的拉力，为了尽量 减小误差，应选择质量为___的滑块(填选项前的字母). A. B. C. D. √ 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 52 [解析] 小桶及其所装砝码的总质量远小于滑块的质量时，可认为滑块所受的拉 力等于小桶及其所装砝码的总重力，故应选D. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 53 (2) (2分)把气垫导轨调整到水平：打开气泵电源，气泵正常工作，调节气垫导 轨垫脚螺丝，放上滑块，轻轻推动一下，让不挂小桶和细绳的滑块在气垫导轨 上运动起来，若遮光条经过光电门1的遮光时间______(选填“大于”“小于”或“等 于”)经过光电门2的遮光时间，即可判定气垫导轨已经调整到水平. 等于 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 54 [解析] 气垫导轨水平时，滑块会做匀速运动，通过两个光电门的速度相等，则 在光电门1、2处遮光条的遮光时间相等. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 55 (3) (3分)细绳跨过定滑轮一端与滑块相连，一端与小桶相连，调节细绳,使细绳 与导轨平行.轻轻放手后，滑块在细绳拉力的作用下运动起来.记录下遮光条经过 1、2两个光电门的时间分别为和.则滑块经过光电门1时的速度大小为 ___， 此过程滑块的加速度大小为 _ _____________.(用题目中所给物理量的符 号表示) 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 56 [解析] 滑块经过光电门1时的速度大小为 ，滑块经过光电门2时的速度大 小为，由运动学公式得 ，可得此过程中滑块的加速度大小 为 . 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 57 (4) (3分)保持滑块质量不变，往小桶中添加砝码，重复步骤(3)，多次实验得到 多组数据，以为纵坐标、 (小桶及所装砝码的总质量)为横坐标作函数图像， 若作出的图像如图乙所示，则可以得到的探究结果为_______________________ ________________________________________________. 在误差允许范围内，当滑 块的质量一定时，滑块的加速度与所受合外力成正比 [解析] 由题可知滑块所受拉力，作出的图像如题图乙所示，可得 ， 即 ，则可以得到的探究结果为：在误差允许范围内， 当滑块的质量一定时，滑块的加速度与所受合外力成正比. 课 后 习 题 1 2 3 4 5 6 58 $