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

第四章 力与运动的关系 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 人教版普通高中物理（2019） 2026年10月21日星期三5时39分27秒 课前导入 知识回顾 1、牛顿第一定律的内容是什么？ 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。 2、惯性与质量的关系是什么？ 质量是惯性大小的唯一量度，质量越大惯性越大。 2026年10月21日星期三5时39分27秒 课前导入 由前面的学习可见，力是改变物体运动状态的原因，质量大的物体运动状态不容易改变。这说明，加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。 下面我们通过实验分别从两方面来探究加速度与力、质量之间的定量关系： ① 加速度与力的关系；② 加速度与质量的关系 2026年10月21日星期三5时39分27秒 4.2.1 实验思路 1、实验目的：定量分析a、F、m的关系。 2、实验方法：控制变量法 例如：在研究某个物理量y与另外两变量x1 、x2 的关系时，先固定一个变量x2 不变，研究y与另一个变量x1 之间的定量关系；然后再固定变量x1 不变，研究y与x2 之间的关系。 一、实验：探究加速度与力、质量的关系 2026年10月21日星期三5时39分27秒 4.2.1 实验思路 3、实验思路 将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。 2026年10月21日星期三5时39分27秒 4.2.1 实验思路 （1）加速度与力的关系 保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度，分析加速度与力的关系。 （2）加速度与质量的关系 保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度，分析加速度与质量的关系。 4.2.2 物理量的测量 4、物理量的测量 本实验需要测量的物理量有三个：物体的质量m、物体所受的作用力F和物体运动的加速度a。 （1）质量的测量 质量可以用天平测量。为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量。  2026年10月21日星期三5时39分27秒 4.2.2 物理量的测量 （2）加速度的测量 ②方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。 ①方法1：小车做初速度为0 的匀加速直线运动，直接测量小车移动的位移x和发生这段位移所用的时间t，由a= 计算出加速度a。 ③方法3：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，那么由 a= 可知，它们的位移之比就等于加速度之比，即： 这样，测量加速度就转换成测量位移了。 2026年10月21日星期三5时39分27秒 4.2.2 物理量的测量 （2）力的测量 现实中，仅受一个力作用的物体几乎不存在，所以实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力。 那么，如何测小车所受合外力F合？ 我们通过下面具体实验来说明。 2026年10月21日星期三5时39分27秒 4.2.3 进行实验 实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系 1、实验器材：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平。 电源插头 2026年10月21日星期三5时39分27秒 4.2.3 进行实验 2、实验步骤 （1）用天平测出小车的质量； （2）按图装好实验器材，平衡摩擦力。 （3）控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连，打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。 （4）保持小车上的砝码个数不变,改变钩码质量，并测量得F （钩码质量远小于小车质量），多测几组数据。 2026年10月21日星期三5时39分27秒 4.2.3 进行实验 注意：只有在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。 （5）控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据填入表中。 （6）分析每条纸带，测量并计算出加速度的值； （7）作a－F关系图象，并由图象确定a－F关系。 2026年10月21日星期三5时39分27秒 4.2.3 进行实验 思考讨论：怎样平衡小车的摩擦力？ 在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这样小车所受合力为零，平衡了小车的摩擦力。 小车受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡。 2026年10月21日星期三5时39分27秒 4.2.3 进行实验 4、进行实验 表1：小车质量一定 0.10 0.20 0.30 0.40 0.50 0.15 0.31 0.43 0.59 0.76 拉力F 加速度a 思考：如何更直观地处理数据？ 以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系。根据各组实验数据在坐标纸上描点，观察图像。 2026年10月21日星期三5时39分27秒 4.2.3 进行实验 F/N 这些点在一条过原点的直线附近，说明加速度a 与拉力F 成正比。 a/m·s-2 2026年10月21日星期三5时39分27秒 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.15 0.31 0.43 0.59 0.76 4.2.3 进行实验 表2：小车所受的拉力一定 加速度a 质量m 质量   0.400 0.500 0.750 1.000 1.200 0.861 0.692 0.470 0.352 0.290 2.50 2.00 1.33 1.00 0.83 2026年10月21日星期三5时39分27秒 4.2.3 进行实验 a/m·s-2 m 在相同拉力作用下，质量m越大，加速度a越小。 我们很难直观看出图线是否为双曲线，那么，怎样判断a 与 m 成不成反比呢？ 如果a-m图像是双曲线，a 与 m 成反比，也就是a与 成正比。 2026年10月21日星期三5时39分27秒 0.4 0.5 0.75 1 1.2 0.861 0.692 0.47 0.352 0.29 4.2.3 进行实验 如图的图线为过原点的直线，所以在相同拉力作用下a与 成正比,即：a 与 m 成反比。 2026年10月21日星期三5时39分27秒 2.5 2 1.33 1 0.83 0.861 0.692 0.47 0.352 0.29 4.2.3 进行实验 1．实验中应先接通电源后释放小车。 2．在平衡摩擦力时不要悬挂任何物体。 3．改变钩码的质量过程中，要始终保证钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。 4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。 2026年10月21日星期三5时39分27秒 4.2.3 进行实验 2026年10月21日星期三5时39分27秒 实验设计2：通过位移之比测量加速度之比 1、实验器材：两辆相同的小车、一端带滑轮的长木板、细线、小盘、夹子、不同的重物。 4.2.3 进行实验 2026年10月21日星期三5时39分27秒 2、实验步骤 （1）将两辆相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可以放不同的重物。 （2）把木板一端垫高，平衡摩擦力。 （3）控制小车质量不变，在两个小盘中放不同的重物，两小车后端各系一条细线，用夹子控制小车的动与停。 4.2.3 进行实验 2026年10月21日星期三5时39分27秒 控制 m 不变，探究 a 与 F 的关系 （4）用刻度尺测出两小车移动的位移x1 、x2 。由于两小车运动时间t相同，从它们的位移之比就可以得出加速度之比。 x1 x2 F1 F2 4.2.3 进行实验 2026年10月21日星期三5时39分27秒 （5）在盘中重物相同的情况下，通过增减小车中的重物改变小车的质量。 （6）作 与 关系图象，并由图象确定它们的关系。 x2 /x1 F2 / F1 4.2.3 进行实验 2026年10月21日星期三5时39分27秒 次数 小车1 小车2 比 值 F1/N x1/cm F2/N x2/cm F1/F2  x1/x2 1 9.00 28.80 14.00 45.00 0.64 0.64 2 9.00 23.20 19.00 50.50 0.47 0.46 3 14.00 29.90 24.00 52.20 0.58 0.57 4 14.00 23.40 29.00 51.20 0.48 0.46 小车质量一定 4.2.3 进行实验 2026年10月21日星期三5时39分27秒 x2 /x1 F2 / F1 0.64 0.47 0.58 0.48 0.64 0.46 0.57 0.46 4.2.3 进行实验 2026年10月21日星期三5时39分27秒 实验结论：当小车的质量不变时，小车的加速度与拉力的关系是：在误差允许的范围内，小车的加速度与拉力成正比； 同理通过实验也可得出：在相同拉力作用下a与 成正比，即：a与m成反比。 4.2.3 进行实验 2026年10月21日星期三5时39分27秒 科学方法 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。 课堂小结 2026年10月21日星期三5时39分27秒 1、实验目的：:定量分析a、F、m的关系。 2、实验方法：控制变量法 3、实验思路 （1）保持物体的质量不变，研究加速度与力的关系。 （2）保持物体受力不变，研究加速度与质量的关系。 4、作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去。 新课结束 请完成配套习题第四章第二节 $