第4章 2 实验：探究加速度与力、质量的关系（正文）（Word版）-【未来密码】2026-2027学年高中物理必修第一册关键能力提升同步学案（人教版）

该高中物理导学案围绕“探究加速度与力、质量的关系”实验展开，通过问题导入（如质量一定时受力与加速度的关系）和思考与讨论，引导学生运用控制变量法，搭建从牛顿第二定律理论到实验探究的学习支架，涵盖实验思路、物理量测量等模块。 以科学探究为主线，通过典例分析和对标训练强化实验设计（如控制变量法）、数据处理（逐差法、图像分析）及误差分析能力，培养学生科学思维和严谨的科学态度，助力物理观念的深化，适合高中物理实验教学使用。

2 实验:探究加速度与力、质量的关系 【定标-核心素养】 关键能力与核心素养 考情揭秘 直击能力 定标素养 基本考查点 牛顿第二定律中加速度与力、质量的关系； 实验设计与 数据处理 1. 能够基于控制变量法的实验思路，设计实验方案，熟练操作实验，记录实验数据，并进行重复实验以验证结果的可靠性。 2. 能够明确测量F、a与m三个物理量的实验方法，认识到实验设计中可能存在的系统误差。 3. 能够选择合适的图表对实验数据进行有效处理和分析，并用合适的数学公式表达。 4. 能够归纳实验结论，并用科学语言准确描述实验结果，解释实验现象。 5. 能够判断实验数据的合理性和可靠性，识别可能的误差来源，分析补偿阻力过度或不足对实验结果的影响。 6. 能够提出改进实验的方法，选择适当的实验器材（如气垫导轨、光电门、力传感器等），或设计新的实验方案，以减少误差或验证物理模型的普适性。 7. 能够在简单情境下应用该物理模型解决实际问题，如预测物体在给定力和质量下的加速度。 1. 理解加速度、力、质量的概念，掌握牛顿第二定律的科学内涵。理解力是改变物体运动状态的原因，形成科学的运动观。 2. 认识牛顿第二定律的适用条件，能应用该定律分析物体运动问题。 3. 通过实验观察和数据推理，探究加速度与力、质量的关系，培养科学思维能力。 4. 树立具体问题具体分析的态度，体会实验在建立物理规律中的重要性。 5. 尊重实验结果，体验实验探究过程中严谨的科学态度；重视团队协作，共同完成实验任务； 6. 提出实验改进方法，批判性分析实验结果的局限性与模型适用范围。 重点及难点 利用控制变量法设计探究实验； 理解实验原理，通过实验数据分析加速度与力、质量的关系 题型及难度 实验题为主， 难度适中 【本课时主要内容】 实验思路 物理量的测量 实验步骤 数据处理与误差分析 知识导航　质量　槽码数量　正　增减砝码　反　天平　通过增减砝码　　逐差法　槽码　槽码的重力　匀速直线运动　接通电源　释放小车　槽码个数　小车质量　a-m　a-　正　反　力传感器 探究1　实验思路 【问题导入】 （1）当物体质量一定而受力增加时，物体加速度如何变化? （2）当物体受力一定而质量增加时，物体的加速度如何变化？ 【思考与讨论】如何准确表达加速度与力、质量的定量关系？ 典例1 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中: (1) 本实验应用的实验方法是　　　　.  A. 理想实验法 B. 等效替代法 C. 建立物理模型法 D. 控制变量法 (2) 下列说法正确的是　　　　.  A. 在探究加速度与质量的关系时,应改变拉力的大小 B. m是自变量,a是因变量 C. 该实验用弹簧测力计测拉力,用天平测质量,用打点计时器测加速度 D. 该实验可以用手拉弹簧测力计给物体一个恒力 必备知识　实验方法、变量关系及物理量测量方法. 关键能力　 【答案】(1) D　(2) B　 【解题思路】 对标训练1 关于“探究加速度与力、质量的关系”的实验,下列说法错误的是(　　) A. 可以用重物牵引的方式给小车一个恒定的拉力,并通过改变重物的质量来调节拉力大小 B. 实验可以通过在小车中增减砝码的数量来改变小车的质量 C. 用打点计时器测量加速度,需要使用交流电源 D. 用一个光电门可以测量出加速度 【答案】D　 【解题思路】 易错提醒 物理量质量是小车的质量,不是槽码的质量,槽码质量对应拉力大小. 探究2　实验设计 【问题导入】 1. 如何测量物体加速度a？如何测量施加给小车的恒力F？ 【思考与讨论】 1. 如何测量加速度？需要哪些实验仪器？ 2. 是否可以通过不直接测量加速度的方式，探究出加速度与力、质量的关系？ 3. 细线给小车的拉力是否为小车所受到的合力？ 4. 当摩擦力被平衡后，如何测量该恒力？ 5.图中所示的实验方案中，恒力测量是否准确？如何优化实验方案？ 典例2 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,某同学利用如图所示的装置进行实验. 　　典例2 (1) 质量的测量:用　　　　测量.可以通过　　　　　　　　　　　来改变小车的质量.  (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,则计算出加速度a=　　　　.  ② 方法2:由纸带根据公式　　　　　　结合逐差法计算出小车的加速度.  ③ 方法3:不直接测量加速度,把加速度的测量转换成位移的测量,让两个做　　　　　　　运动的物体的运动时间t相等,测出各自的位移x1、x2,则加速度=　　　　.  (3) 力的测量: 在阻力得到平衡的情况下,小车受到的　　　　等于小车所受的合力.  ① 当槽码的质量　　　　小车的质量时,可认为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,　　　　(选填“需要”或“不需要”)使槽码的质量远小于小车的质量.  必备知识　物理量的测量方法. 关键能力　 【答案】(1) 天平　在小车中增减砝码的数量　(2) ① 　② Δx=aT2　③ 初速度为0的匀加速直线　　(3) 拉力　①远小于　②不需要　 【解题思路】 对标训练2 在“探究物体质量一定时加速度与力的关系”实验中,小张同学对教材上的实验方案做了改进,调节桌面水平,用力传感器直接测细线的拉力,小车在水平拉力作用下,由静止开始做匀加速运动. 　对标训练2 (1) 关于该实验的操作,下列说法正确的是　　　　.  A. 不需要补偿阻力 B. 一定要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量 C. 需要测量沙和沙桶的总质量 D. 要想探究加速度与相应力传感器示数的关系,需要多次改变沙和沙桶的总质量 (2) 若沙和沙桶的总质量为G,力传感器示数为F,则F　　　G,小车受到的合外力为　　　.  【答案】(1) D　(2) <　2F　 【解题思路】 易错提醒 需要明确“提供拉力的重物质量远小于小车质量”这一要求的原因,若拉力可测量,则不必满足此要求. 探究3　实验过程 【问题导入】 人在匀速运动的火车上，试讨论下列情境下人或物体的运动情况。 【思考与讨论】 1. 如何测量或抵消小车受到的摩擦力？包含哪些摩擦力？ 2. 借助斜面平衡摩擦力时，如何判断摩擦力已完全平衡？ 3. 当小车质量改变时，是否需要重新平衡摩擦力? 4. 如何设计实验步骤？需要记录哪些数据？ 典例3 某小组做“探究加速度与力的关系”实验时,用m表示小桶和沙子的总质量,按要求安装好实验装置后该小组进行了下述操作: ① 改变小桶和沙子的质量,重复③的操作; ② 补偿阻力,使小车做匀速直线运动; ③ 测出m,挂上小桶,接通电源,放开小车,打出一条纸带; ④ 分别求出各纸带对应的小车加速度; ⑤ 根据测量数据,作出a-F图像. (1) 以上步骤的合理顺序为　　　　　(填步骤前序号).  (2) 关于补偿阻力,下列说法正确的是　　　　.  A. 补偿阻力前,应将小桶用细线绕过定滑轮系在木块上,并保持细线与木板平行 B. 补偿阻力前,小车后面应连接一条纸带,纸带穿过打点计时器 C. 实验时,放开小车后立即接通打点计时器的电源 D. 通过增减小车上的砝码改变质量时,需要重新补偿阻力 必备知识　实验操作步骤与原因. 关键能力　 【答案】(1) ②③①④⑤　(2) B　 【解题思路】 对标训练3 实验小组在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,用如图所示的装置进行实验,实验中,用槽码的重力代替细线中的拉力. 　对标训练3 (1) 下列说法正确的是　　　　.  A. 槽码的质量应远小于滑块的质量 B. 气垫导轨右端应比左端高 C. 先释放滑块再打开气垫导轨的气源 (2) 实验小组用如下方法测量滑块的加速度a:将滑块从图示位置由静止释放,测得遮光条的宽度为d,通过光电门1、2的时间分别为t1、t2,两个光电门间的距离为L,则滑块的加速度大小a=　　　　　　(用t1、t2、L、d表示).  【答案】(1) A　(2) -　 【解题思路】 典例4 (教材改编题)某同学利用如图甲所示的实验装置探究小车的加速度a与质量m的关系.所用交变电流的频率为50 Hz.图乙是他某次得到的纸带,两个计数点间有四个点未画出,部分实验数据已标出. 典例4 (1) 打点计时器在打A点时小车的速度大小为　　　　m/s,小车的加速度大小为 　　　　　　　m/s2.(结果均要求保留3位有效数字)  (2) 保持小车所受的拉力不变,改变小车质量m,分别测得不同质量时小车加速度a的数据如下表所示.请在坐标纸中作出图像,根据图像可以得到的实验结论是　.  实验序号 1 2 3 4 加速度a/(m·s-2) 0.618 0.482 0.317 0.152 质量的倒数kg-1 4.00 3.03 2.00 1.00 典例4 必备知识　数据处理,图像分析. 关键能力　 【答案】(1) 0.696　0.510　 (2) 图像如图所示　在拉力一定时,小车的加速度与质量成反比 典例4答图 【解题思路】 对标训练4 某实验小组按照如图甲、乙、丙所示三种方案分别做“探究加速度与力、质量的关系”的实验.已知图丙中的手机传感器可以测量细线上拉力的大小.实验中,用天平测量小车的质量,用打点计时器在纸带上打点,测量小车运动的加速度大小. 对标训练4 (1) 上述方案中,需要平衡阻力的实验是　　　　,需要保证沙和沙桶的总质量远小于小车质量的实验是　　　　.  (2) 按照图甲方案实验时,实验小组成员没有进行平衡阻力这一步骤,他将每组数据在坐标纸上描点、画线得到的a-F图像,可能是图丁中的　　　　(选填“A”“B”或“C”)图线.  对标训练4 (3) 按照图甲方案通过正确操作,得到图戊所示纸带,用毫米刻度尺测量并在纸带上标出了部分计数点的间距.已知打点计时器使用的低压交流电源的频率为50 Hz.由图戊中数据可求得打点计时器打下A点时,小车的瞬时速度大小为　　　　　m/s;小车做匀加速直线运动的加速度大小为　　　　　m/s2.(计算结果均保留3位有效数字)  【答案】(1) 甲、乙、丙　甲　(2) A　(3) 1.85　4.95　 典例4答图 【解题思路】 易错提醒 补偿阻力的特点;气垫导轨上不需要补偿阻力;a-m成反比关系,绘制a-图像便于分析. 学科网（北京）股份有限公司 $