第4章 2 实验：探究加速度与力、质量的关系(Word讲义)-【满分思维】2026-2027学年高中物理必修第一册学生用书（人教版）

本高中物理讲义聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，以控制变量法为核心，系统衔接运动学中加速度测量（如纸带逐差法）与力学中力和质量的关系，搭建牛顿第二定律理论与实验验证的学习支架。 资料设计完整，涵盖实验思路、测量方法、步骤及误差分析，通过a-F、a-1/M图像数据处理培养科学思维，结合纸带分析例题提升科学探究能力。课中辅助教师实验教学，课后助力学生巩固误差分析与数据处理，有效查漏补缺。

2　实验:探究加速度与力、质量的关系 一、实验思路 1.控制变量　力 2.(1)质量　加速度　力　(2)所受的拉力　加速度　质量 二、物理量的测量 1.天平　砝码 2.(1)刻度尺　秒表　 3.(1)细绳的拉力　(2)小得多　槽码的重力 三、进行实验 [实验器材] 打点计时器 [实验步骤] 1.天平　3.匀速直线　5.质量　7.总质量 例1　(1)B　(2)C　(3)10.50(10.48~10.52均可)　 0.55(0.50~0.60均可) [解析] (1)电火花计时器使用220 V的交流电源,故选B. (2)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mgsin α=μmgcos α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. (3)计数点2所在位置的刻度尺读数为10.50 cm;小车的加速度为a= m/s2=0.55 m/s2. 四、数据分析 [数据处理] 3.(1)正比　(2)反比 例2　(1)如图所示　(2)正比　反比　(3)a⁃图像是直线,能够直观、准确地找出规律 随堂巩固 1.D　[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F=FT-Ff,解得FT=F+Ff,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a与F的关系,都需要补偿阻力,D正确. 2.(1)BD　(2)D　(3)1.45　(4)A [解析] (1)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. (2)实验时将槽码的重力mg近似地当成小车所受的拉力F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M应远大于槽码总质量m,故D正确. (3)相邻两个计数点间还有四个点没有画出,故T=5×0.02 s=0.10 s,根据x4-x1=3aT2,x1=3.13 cm=0.031 3 m,x4=7.48 cm=0.074 8 m,代入数据解得a=1.45 m/s2. (4)根据实验数据作出的a⁃F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. 学科网（北京）股份有限公司 $ 2　实验:探究加速度与力、质量的关系 一、实验思路 1.实验原理:加速度a和质量m、受力F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.  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.  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x,用　　　　　　　测量发生这段位移所用的时间t,然后由a=计算出加速度a.  (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. 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　　　　　　.  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.  【实验步骤】 1.用　　　　测出小车(含砝码)的质量M,并把数值记录下来.  2.按如图所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳). 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).  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m,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a/(m·s-2) 槽码的总质量m/kg 拉力F/N 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.  6.用公式Δx=aT2求得小车的加速度a,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 次数 1 2 3 4 5 6 小车加速度a/(m·s-2) 小车(含砝码)质量M/kg /kg-1 8.整理实验器材,结束实验. 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. (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”).  (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 (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50 Hz,计数点2所在位置的刻度尺读数为　　　　cm,小车的加速度大小为　　　　 m/s2(计算结果保留两位有效数字).  [反思感悟] 　     【误差分析】 1.系统误差 本实验用槽码的重力mg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. 四、数据分析 【数据处理】 1.由表1中记录的数据,以a为纵坐标、F为横坐标,根据数据作出a⁃F图像(如图甲所示),找出规律,分析a与F的关系. 2.由表2中记录的数据,分别以a为纵坐标、M和为横坐标,根据数据作出a⁃M图像和a⁃图像(如图乙、丙所示),分析a与M的关系. 3.实验结论 (1)保持物体质量M不变时,物体的加速度a与所受的力F成　　　　.  (2)在所受的力F不变时,物体的加速度a与质量M成　　　　.  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m一定时,a与F的数据如表1所示;当F一定时,a与的数据如表2所示. 表1 F/N 1.00 2.00 3.00 4.00 a/(m·s-2) 1.90 3.95 5.85 7.62 表2 /kg-1 0.52 0.67 0.80 1.00 a/(m·s-2) 1.53 2.10 2.49 3.10 (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. (2)由图像可以判定:当m一定时,a与F成　　　　;当F一定时,a与m成　　　　.  (3)在研究a与m的关系时,作了a⁃图像,而没作a⁃m图像,那么作a⁃图像的优点是 　 　.  [反思感悟] 　     【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. 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a与合外力F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a与F的关系,都需要补偿阻力 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. (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 (2)实验时将槽码的总重力mg近似地当成小车所受的拉力F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M与槽码总质量m取值最合理的一组是　　　　(填选项前的字母).  A.M=200 g,m=40 g、60 g、80 g、100 g、120 g、140 g B.M=200 g,m=30 g、40 g、50 g、60 g、70 g、80 g C.M=400 g,m=30 g、40 g、50 g、60 g、70 g、80 g D.M=400 g,m=10 g、15 g、20 g、25 g、30 g、35 g (3)已知打点计时器所接的是频率为50 Hz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x1=3.13 cm,x4=7.48 cm.由此可以算出小车运动的加速度大小为　　　　m/s2(结果保留3位有效数字).  (4)在探究小车加速度a与所受拉力F的关系时,根据实验数据作出的a⁃F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 学科网（北京）股份有限公司 $