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人教版高中物理必修1第四章牛顿运动定律第二节实验：探究加速度与力、质量的关系教案(10)

课例设计：探究加速度与力、质量的关系教学课题：实验探究加速度与力、质量的关系课标要求：通过实验，探究加速度与物体受力、物体质量的关系。

教学目标：1、使学生经历探究加速度与物体受力、物体质量的关系的过程。

2、让学生感悟控制变量法、图象法等科学研究方法的应用。

3、使学生体验通过自己探究物理规律，获得物理知识的乐趣。

4、使学生的观察能力、质疑能力、分析问题的能力和交流合作的能力得以提高。

教学重点：加速度与物体受力、物体质量的关系的实验探究过程。

教学难点：指导学生猜想加速度与力、质量的关系，实验数据处理及分析论证得出结论课型：实验探究课教学器材：视频材料、带有定滑轮的长木、小车、打点计时器、钩码、天平、CAI课件教学整体思路：↓↓↓↓↓↓↓↓↓教学过程：教学反思：一、教学中出现的问题：1、少数学生实验技能掌握不够，打占计时器测量加速度的知识有遗忘，有个别组的同学未能完成实验。

2、个别组同学对实验有畏难情绪，不敢放手操作。

3、部分同学图象法处理数据能力不够。

二、改进措施：进一步提高学生的探究能力，包括猜想能力、设计实验能力、数据处理与分析能力。

三、教学体会：本实验只是让学生对自然规律的探究有所体验，实际上一个规律的发现不可能只能过一次或几次简单的测量实验就得出的，任何一个规律都需要通过大量的实验事实来论证，本实验旨在培养学生的科学态度和科学精神，让学生通过实验，尝试应用科学探究的方法，体验科学实验的艰辛和乐趣，基本符合新课程培养学生的目标要求。

这节课，本人坚持课改精神，采取“自主探究，启发导学”的教法，让学生主动参与动手实验中学习知识，充分调动学生的学习兴趣和积极性，同时在实验中充分体现了合作探究的学习方式。

高中物理第四章牛顿运动定律第2节实验探究加速度与力质量的关系课件新人教版必修1

(2)在 a－m1 坐标系中描点连线得 a－m1 图线如图所示，可得 a＝ 21m.
(3)由 a－F 图线知 F 增大至某值时物体开始有加速度，说明实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分． [答案] (1)3.2 (2)见解析图所示 a＝21m (3)实验前没有平衡摩擦力或者平衡摩擦力不充分
实验中作出的 a－F 图象有时不过原点，如图所示，造成这种现象的主要原因是：实验中没有考虑所挂重物的托盘的质量，误将重物的重力等于拉力 F，或是平衡摩擦力时垫得太高了，会出现图象甲的情况；实验中没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不充分，会出现图象乙的情况．
某同学设计了如图甲所示的装置来探究加速度与力的关系．弹簧秤固定在一合适的木块上，桌面的右边缘固定一个光滑的定滑轮，细绳的两端分别与弹簧秤的挂钩和矿泉水瓶连接．在桌面上画出两条平行线 P、Q，并测出间距 d.开始时将木块置于 P 处，现缓慢向瓶中加水，直到木块刚刚开始运动为止，记下弹簧秤的示数 F0，以此表示滑动摩擦力的大小．再将木块放回原处并按住，
大家好
1
第四章牛顿运动定律
第ห้องสมุดไป่ตู้节实验：探究加速度与力、质量的关系
一、实验目的 1．学会用控制变量法探究物理规律． 2．探究加速度与力、质量的关系． 3．掌握利用图象处理数据的方法．二、实验原理采用控制变量法，在探究加速度与力、质量三者关系时，先让其中一个量保持不变来探究其他两个量之间的关系． 1．控制小车的质量 M 不变，分析加速度 a 与力 F 的关系． 2．控制砝码和小盘的质量不变，即力 F 不变，改变小车的质量 M，分析加速度 a 与 M 的关系．
知识点一对实验操作的考查 (2016·淄博高一检测)“探究加速度与力、质量的关系” 实验中： (1)当质量 m 一定时，a 与 F 合成________；当力 F 一定时，a 与 M 成________． (2)如图所示为“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置图，以下做法正确的是________．

高中物理第四章牛顿运动定律 4-2 实验：探究加速度与力、质量的关系新人教版必修1

(1)步骤③的目的是___平__衡__摩__擦__力_____。 (2)步骤④中，要求小盘和砝码总质量(m＋m1)__远__小__于__ 小车质量 M。 (3) 步骤 ⑤ 和 ⑥ ，表明该实验采用的科学方法是 _控__制__变__量__法___。
[规范解答] (1)步骤③是为了平衡小车与木板、纸带与打点计时器间的摩擦力，使小车所受的合力等于绳子的拉力。
活动 2：通过对实验数据的分析，你能得到什么结论？提示：在质量一定时，物体的加速度与所受到的合力成正比；在合力一定时，物体的加速度与物体的质量成反比。
活动 3：实验中有没有实验误差？有哪些实验误差？怎么减小这些实验误差？
提示：实验中有误差，实验误差存在原因与减小方法如下表：
课堂任务典例探究·提升能力例下面是“探究加速度与力、质量的关系”实验步骤： ①用天平测出小车质量 M 和小盘质量 m； ②安装好打点计时器，在小车上装好纸带； ③调整长木板的倾斜程度； ④在小盘中加入适量的砝码 m1； ⑤保持小车质量一定时，探究加速度与力的关系； ⑥保持小车所受拉力一定时，探究加速度与质量的关系。
活动 3：怎样提供并测量物体(例如小车)所受的恒力？提示：如图所示，当小盘和砝码的质量远小于小车质量的情况下，可以认为小盘和砝码的重力近似等于小车所受的拉力(合外力)。活动 4：怎样平衡小车在运动过程中的摩擦力？
提示：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，使小车可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。
探究 2：怎样探究小车的加速度与小车的质量的关系？
提示：(1)保持小盘和盘中砝码的质量不变，即保持合力不变，改变研究对象即小车的质量，测出小车的对应加速度，再利用图象探究加速度是否与质量成反比。

(人教版)高一物理必修1第四章牛顿运动定律第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》

的是( )AD
A.形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 B.形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 C.形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 D.形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小
实验数据的处理
例3.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，实验装置如图所示。
(1)为验证小车质量M不变时，a与F成正比。小车质量M和沙及
4
250
5
300
结论： F一定时， a∝1/m
x2/x1
O
次 M2
x2
数 M1
x1
1
2
3
4
x2/x1 a
M1 M2
a2 a1
M2/M1
O
1 m
M1/M2
为什么x2/x1可以表示小车2的加速度a? 为什么M2/M1可以表示小车2的质量m? 为什么M1/M2又表示小车2的1/m?
（二）误差分析
1．小车质量m应比重物的质量m′大得多，其原理将在后面的牛顿运动定律的应用中专门讨论。二者差距越小，图象线性越差。 2．夹口的密合性能，是造成误差的原因之一。由于小车的质量和速度较大，夹子不易夹住小车的后拖线；有些时候夹子夹住一根拖线，而另一根未被夹住，对应小车仍向前运动，这些都是造成位移误差的原因。 3．小车运动停止时不能与定滑轮相碰。如果小车碰到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰的小车位移偏小，产生误差。
4.如图所示，两个高1.2m左右的支架上，放着两条平行光滑铝合金导轨，且已调成水平状态，在光滑的导轨上放着两辆质量相等、性能一样的小车，1号车放在左边，系有一根通过木板右端的小定滑轮的细线，绳端有一小桶，桶中可放砝码。2号车在右端，系有一根通过木板左端的小定滑轮的细线，绳端有一相同的小桶，两辆车一开始被左、右两端的电磁铁吸住，电磁铁串联后接在6V的学生电源上(闭合)，断开电源，电磁铁同时失去磁性，小车在拉力作用下从两端向中间运动，在某位置相碰，记下相碰位置，可以通过木板上的刻度知道两车通过的位移。根据位移公式x＝at2/2，由于两车的运动时间t相等，因此比较两车的位移x就可比较两车的加速度 a，试作比较。

人教版高一物理必修一第四章牛顿运动定律第二节《实验：探究加速度与力、质量的关系》课件(共26张PPT)(完美

列说法中符合实际的是
()
A．通过同时改变小车的质量m及受到的拉力F的研究，
能归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
B．通过保持小车质量不变，只改变小车的拉力的研究，
就可以归纳出加速度、力、质量三者之间的关系
C．通过保持小车受力不变，只改变小车质量的研究，
就可以得出加速度、力、质量三者之间的关系
√D．先不改变小车质量，研究加速度与力的关系；再不改变受力，研究加速度与质量的关系，最后归纳出加
(4)小车和砝码的总质量为________ kg.
解析：(1)选取适当的标度，作出a－F图象如图所示．
(2)由F＝Ma得a＝F/M ，可见图象的斜率为小车和砝码的总质量的倒数．
(3)图象与F轴的截距表示加速度恰好为零时的拉力，也即是小车受到的阻力，大小为0.1 N.
(4)由图可知图线斜率k＝1(kg－1)，由k＝ 1/M可得：M＝1 kg.
速度、力、质量三者之间的关系
2、在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，某学生将实验装置如图所示安装，准备接通电源后开始做实验，但他的装置图中有两个明显的错误，请你指出来：
（1）没有平衡摩擦力
（2）打点计时器应使用低压交流电源
3．某同学在“探究加速度与力、质量的关系”的实验
中，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示：
【学习目标】
• 1、知道探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性
• 2、知道实验思路的合理性，以及用图像处理实验数据的有效性
• 3、经历实验的操作和测量过程，以及通过图像处理实验数据的过程，体验如何平衡摩擦阻力、减小系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作办法。
• 4、体会整个探究过程的科学严谨和合理性

趣话高中物理新人教版必修1第4章牛顿运动定律第2节实验：探究加速度与力、质量的关系

第2节实验：探究加速度与力、质量的关系这个实验是为牛顿第二定律的出现做铺垫的，同时也是最不容易做的一个实验。

所使用的方法是控制变量法。

实验中，加速度与力和质量都有关系，要找出关系式，必须控制一个不变，寻求另一个量与加速度的函数关系。

这个实验需要精确的计算和熟练的操作，必须认真对待。

实验器材和测量加速度实验差不多，多准备几条纸带和钩码，小车和轨道最好用轨道小车，最好带一端高度调节装置。

下面说一下实验步骤：首先，平衡摩擦力。

因为这个实验是探讨加速度与受力和质量的关系，摩擦力会影响结果，必须平衡掉。

方法是将安装打点计时器的一端略微抬高，使小车重力沿着斜面的分力和摩擦力相等，这要多次实验才能成功。

每次调整后，接通打点计时器电源，用手推动小车，如果打出均匀的点子，则可以认为平衡好了。

实际操作中要有耐心，可能要用较长的时间才能做到。

先看看加速度与力的关系吧，实验要求重物质量远远小于小车质量。

实验室的小车质量在200克左右。

用什么当重物呢？钩码最小50克，显然不符合远小于，用沙桶，还得测量质量，物理天平的使用也不是高中阶段要求掌握的，而且不易学会，还得每次都测。

用弹簧秤凑合一下也可以，但是，如果沙桶质量过小，空气阻力的影响也会很大。

最好的方法是，用钩码作重物，计算是将重物质量一起计算。

如果保证质量不变，小车上先放几个钩码，每次增加时从小车上拿下来即可，这样总质量不变。

改变重物质量，多打几条纸带，以加速度为纵坐标，重物重力为横坐标，做出图像，应该为一条过原点的直线。

如果不过原点，说明没有平衡好摩擦力或平衡过头了。

下面继续做加速度与质量的关系，保持悬挂的钩码质量不变，改变小车上钩码的个数，以此改变小车的质量，计算时应该加上悬挂钩码的质量，用加速度作为纵轴，质量的倒数为横轴，建立坐标系。

质量的倒数不是均匀的坐标，且范围不可能太大，只要能与加速度成正比即可。

本实验的难点在于：平衡摩擦力，重物质量远小于小车质量，质量倒数坐标的选取，打多条纸带，计算多次加速度。

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G=mg计算力的大小。
3.小车在运动时要受到摩擦力，如何克服摩擦力呢？
FN
G1 f G2 G G1平衡摩擦力f。砝码重力近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力F。
第2节：探究加速度、力、质量的关系
4.怎样从纸带记录的数据算出被研究对象的加速度？
牛顿运动
在纸带上标记出几个计数点，利用△x=aT2计算加速
牛顿运动
质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出.只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力。 4.改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,再放开小车,且
应在小车到达滑轮前按住小车。
第2节：探究加速度、力、质量的关系
5.作图像时,要使尽可能多的点分布在所作直线上，
M1 M2
M2 M1
x1 x2
3
4 0
M2 M1
第2节：探究加速度、力、质量的关系
探究实验结论：
牛顿运动
直线外的点应尽可能对称分布在所作直线两侧。
6.作图时两轴标度比例要选择适当,各量须采用国际
单位。这样作图时,坐标点间距不至于过密,误差会小些。
第2节：探究加速度、力、质量的关系
【科学方法】
实验中为什么不做a-m的图像呢？
牛顿运动
化曲为直是物理上常用的方法之一，通过演示实验我们看到物体受到同样的力作用时，m越大a越小，
度。为保证结果的准确性，可多选几个计数点，采用
逐差法计算加速度。
第2节：探究加速度、力、质量的关系
【实验步骤】
1.用天平测出小车和砝码的
牛顿运动
总质量M,小盘和砝码的总质
量m,把数值记录下来。

高中物理第四章牛顿运动定律第2节实验：探究加速度与力质量的关系课件新人教版必修1

(3)实验时改变所挂钩码的质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度．根据测得的多组数据画出 a-F 关系图象，如图丙所示．此图象的 AB 段明显偏离直线，造成此现象的主要原因可能是________．(选填下列选项的序号)
A．小车与平面轨道之间存在摩擦 B．平面轨道倾斜角度过大 C．所挂钩码的总质量过大 D．所用小车的质量过大
(3)由图象可知，对应的表达式为：a＝M1 F＋a0；图线纵轴截距不为零说明长木板的倾角过大，即平衡摩擦力过度．
答案：(1)使细线的拉力等于沙和沙桶重力之和 (2)AD (3) 平衡摩擦力过度
4．用如图甲所示装置做“探究物体的加速度跟力的关系”的实验．实验时保持小车的质量不变，用钩码所受的重力作为小车受到的合力，用打点计时器和小车后端拖动的纸带测出小车运动的加速度．
3．应用纸带测加速度在运动物体上安装一条连接打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度．它是根据在匀变速直线运动中， 9 _连__续__相__等___的时间 T 内的位移之差 Δx＝ 10 __a_T_2__求出加速度．二、实验器材打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、砝码、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺．
解析：选 BCD 打点计时器的工作电源是交流电源，若为电磁打点计时器，则应使用 4～6 V 的交流电源，若为电火花打点计时器，则应使用 220 V 的交流电源，题中未说明打点计时器的种类，选项 A 错误；打点计时器应固定在长木板没有滑轮的一端，且小车应紧靠打点计时器停放，这样可充分利用纸带，打上更多的点以便采集更多的数据，选项 B 正确；滑轮位置偏低，应通过调节滑轮的高度以确保细线与长木板平行，从而保证小车所受的合外力等于细线的拉力，选项 C 正确；应将长木板没有滑轮的一端适当垫高以平衡摩擦力，选项 D 正确．

人教版高中物理必修1 第四章《牛顿运动定律》第2节实验：探究加速度和力、质量的关系

第二节实验：探究加速度与力、质量的关系一、实验器材小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、、纸带、、．二、实验原理实验的基本思想——控制变量法1.保持研究对象即小车的不变，改变小桶内砂的质量，即改变，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力.2.保持小桶中砂的质量不变，即保持不变，改变研究对象的，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量.三、实验方案的设计1.三个物理量的测量方法——近似法放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动.(装置如下图所示).(1)小车质量的测量利用出，在小车上可改变小车的质量.(2)拉力的测量当小桶和砂的质量小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即F≈mg.(3)加速度的测量：逐差法.2.实验数据的处理方法——图象法、“化曲为直”法(1)研究加速度a和力F的关系以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如下图所示，若图象是一条，就能说明a与F成正比.(2)研究加速度a与物体质量m的关系如图甲所示，因为a－m图象是曲线，检查a－m图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线，相当困难.若a和m成反比，则a与1m必成 .我们采用“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以1m为横坐标，作出a－1m图象，若a－1m图象是一条过原点的直线，如图乙所示，说明a与1m成，即a与m成.四、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.按图所示的装置把实验器材安装好.3.平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推小车，使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止.4.在小桶里放入适量的砂，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来.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.5.保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验.6.在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格的相应位置.7.－F图象，从而得出a－F的关系.8.保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下.根据实验结果画出小车运动的a－1m图象，从而得出a－M的关系.9.整理实验器材，结束实验.1.实验中应先接通电源后释放小车.2.在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源.用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡.3.改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)的质量远小于小车的质量.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地分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去.【典例精析】例1：某实验小组利用图5所示的装置探究加速度与力、质量的关系.(1)下列做法正确的是________(填字母代号).A.调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行B.在调节长木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上C.实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源D.通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度(2)当木块(及木块上的砝码)的质量M与小桶(包括桶内砝码)的质量m的大小关系满足_______时，才可以认为细绳对木块的拉力大小等于桶及桶中砝码的重力.(3)下图是甲、乙两同学研究了加速度与力的关系，并根据实验数据画出的图象.形成图线甲的原因是__________________________.形成图线乙的原因是__________________________.解析（1）实验中细绳要与长木板保持平行，A项正确；平衡摩擦力时不能将装有砝码的砝码桶通过细绳绕过滑轮拴在木块上，这样无法平衡摩擦力，B项错误；实验时应先接通打点计时器的电源再放开木块，C项错误；平衡摩擦力后，改变木块上的砝码的质量后不需要重新平衡摩擦力，D项正确.答案AD（2）验证牛顿第二定律的实验中，要保证M≫m，才能保证细绳的拉力约等于m的重力.（3）图线甲中F＝0时，木块就有了加速度，可见是长木板倾角过大.图线乙中，有了拉力时，加速度仍为0，说明未平衡摩擦力或长木板倾角过小.答案长木板倾角过大未平衡摩擦力或长木板倾角过小【变式训练】如图甲所示，在探究加速度与力、质量的关系实验中，小车及车中砝码的质量用M表示，盘及盘中砝码的质量用m表示，小车的加速度可由小车后面拖动的纸带打上的点计算出.(1)当M与m的大小关系满足________时，才可以认为绳对小车的拉力大小约等于盘及盘中砝码的重力.(2)一组同学在做加速度与质量的关系实验时，保持盘及盘中砝码的质量一定，改变小车及车中砝码的质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据.为了比较容易地观测加速度a与质量M的关系，应该做a与__________的图象.(3)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自得到的a—1M图线如图乙所示，两个同学做实验时的盘及盘中砝码的质量m乙_____(填“大于”“小于”或“等于”)m丙.解析（1）验证牛顿第二定律的实验中，要使M≫m，才能保证绳子的拉力等于m的重力.（2）根据牛顿第二定律可知，合力一定时，a与M成反比，因为反比例函数图象是曲线，而根据曲线很难判定出自变量和因变量之间的关系.正比例函数图象是过坐标原点的一条直线，就比较容易判定自变量和因变量之间的关系，所以实验数据处理时应作出a与1M的图象. 答案1 M（3）在小车质量M相同的情况下，拉力越大，加速度越大，实验中我们又认为绳对小车的拉力大小等于盘和盘中砝码的重力，所以两个同学做实验时盘中砝码的质量不同，m乙大于m丙.课堂练习1．如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”实验装置：(1)下图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是__C____(选填字母)(2)在平衡阻力后，当小车总质量__远大于____(填“远大于”、“远小于”或“近似等于”)小盘及盘内物体的总质量时，小盘及盘内物体的总重力大小近似等于小车运动时所受的拉力大小。

高中物理必修一第4章第2节实验：探究加速度与力、质量的关系

4.收集纸带数据:将小车靠近打点计时器后开启打点计时器,并让小车由静止释放,打点计时器在纸带上打出一系列点,据此计算出小车的加速度。
5.改变小车受力: (1)保持小车的质量不变,通过增加槽码的数量,增加重物的质量(总质量仍远小于小车质量)。接通电源后放开小车,用纸带记录小车的运动情况。取下纸带。并在纸带上标上号码及所挂槽码的总重力m1g。 (2)重复步骤4,多做几次实验,并记录好相应纸带的编号及所挂槽码的总重力m2g、m3g…
【解析】(1)为了使细绳对小车拉力F等于细砂和小桶的总重力,则需要满足小车和小车上的砝码总质量远远大于细砂和小桶的总质量,若小车和小车上的砝码总质量为800 g,则细砂和小桶的总质量较为合理的是50 g, 故A正确,B、C、D错误。
(2)AC这段位移的平均速度等于AC这段时间中间时刻的
瞬时速度,即B点的瞬时速度,故vB= 由逐差法求解小车的加速度,
【思考·讨论】请从改进实验器材的角度,讨论改进测量小车所受拉力的方法,减小实验的系统误差。 (科学探究)
提示:为了减小由于小车所受拉力而产生的系统误差, 可将力传感器和位移传感器的发射器装在运动的小车上,将接收器装在小车运动轨道的末端,并通过数据采集器输入计算机,就可以测出小车所受的拉力。
二、数据收集与分析 1.列F、a数据收集表: 把小车在不同力作用下产生的加速度填在表中:
物理量 1 2 3 4 5 6 作用力(槽码的重力) 加速度a
2.作a -F图像的方法: 以a为纵坐标、F为横坐标,根据数据作a-F 图像,用曲线拟合测量点,找出规律,分析a与F的关系。
3.列M、a收集表格: 把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产生的加速度填在表中:
6.改变小车质量: (1)保持重物(小车所受的拉力)不变,通过增加或减少小车上的砝码的方式,改变小车的质量,接通电源后放开小车,用纸带记录小车的运动情况。取下纸带,并在纸带上标上号码及小车和砝码的总质量M1。

高中物理人教版必修1 第四章第2节实验：探究加速度与力、质量的关系

4、理解： B、F一定时，a与m的定量关系
请对上图实验原理进行推导及说明减少误差的方法：砂桶质量m<<小车和砝码质量M 1、m一定，加速度a与F的定量关系：
（实砂验桶中质1应量）如m砂何矢桶调=节量倾斜k角性g？，F=:m砂桶加g(近似速）度的方向始终跟合外力的方向相同
通常要定正方向或选坐标系
（2）瞬时性: 合外力与加速度同时产生，同时消失牛顿第一定律告诉我们物体在不受力的情况下保持的运动状态是静止的或者匀速运动。
力是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因。
跟物体的质量成反比。砂桶质量m砂桶= kg，F= m砂桶g(近似）
B、F一定时，a与m的定量关系
【例题】质量为8 103 kg汽车，在水平的公路上沿直线行驶，汽车的牵引力为1.
2、表达式： F =ma 物体所受合外力F、物体质量m
45 104N，所受阻力为2. 物体所受合外力F、物体质量m
kg，F= m砂桶
数
据
处理
a∝F
：
加速 0.75 a/m·s -2 度与 0.60
力 0.45
的 0.30
关 0.15 系
0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 F/ N
0.10 0.146
0.30 0.428
0.50 0.751
如何更直观地处理数据？
实验设计二（二）：用如图 1 所示的装置研究在
是木板倾角过小
．
400 0. 砝码质量m砝码= kg，F= m砝码g(近似）
物体的加速度跟所受合外力成正比，跟合外力与加速度同时产生，同时消失
加速度方向与前进的方向相同。
物体的质量成反比。
猜想与发现

人教版高一物理必修1第4章第2节-实验：探究加速度与力、质量的关系探究牛顿第二定律课件

15
控制小车所受的力（合外力）不变，改变小车的质量，研究加速度与质量之间的关系。
控制小车质量不变，改变小车所受的力（合外力），研究加速度与合外力之间的关系。
5
（二）测量数据 1.小车所受的力（合外力） 2.小车的质量：天平 3.小车的加速度：纸带
6
问：如何求小车所受的合外力？
假设钩码的质量为m，小车的质量为M，小车受到的阻力为f，求小车所受的合外力？
内砝码的总质量，若描出相应的点在一条直线上，则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到阻力
14
2、某同学在实验数据处理中，画出如图所示的图像
a.A图线不通过坐标原点的原因是：没有平衡摩擦力或平衡不够 b.A图线上部弯曲的原因是：未满足钩码质量m远小于小车质量M c.甲同学根据测量数据做出的a－F图线，说明实验存在的问题是平衡摩擦力时木板倾角过大
12
实验数据记录处理：
实验次数实验数据
1
2
3
a
m
F=? N
4
5
a
a
ห้องสมุดไป่ตู้
a 与1/m成正比
0
0
m
1/m
13
当堂训练
1、在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法
正确的是（BD）
A、平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上 B、实验中应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
测量物体在不同的合力作用下物体的加速度，分析加速度与合外力的关系。
10
实验数据的记录处理： m= ? Kg

人教版高中物理必修1第四章牛顿运动定律第二节实验：探究加速度与力、质量的关系教案(3)

必修一 4.2实验：探究加速度与力、质量的关系教学目标知识与技能1．理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关．2．通过实验探究加速度与力和质量的定量关系．3．培养学生动手操作能力．过程与方法1．指导学生半定量的探究加速度和力、物体质量的关系，知道用控制变量法进行实验．2．学生自己设计实验，自己根据自己的实验设计进行实验．3．对实验数据进行处理，看一下实验结果能验证什么问题，情感态度与价值观1．通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度．2．通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神．（2）培养与人合作的团队精神．教学重难点教学重点1．控制变量法的使用．2．如何提出实验方案并使实验方案合理可行．3．实验数据的分析与处理．教学难点1．如何提出实验方案并使实验方案合理可行．2．实验数据的分析与处理．教学过程（一）预习检查、总结疑惑（二）情境导入、展示目标利用多媒体投影图4—2—1；分组定性讨论组I：物体质量一定，力不同，物体加速度有什么不同?组2：力大小相同，作用在不同质量的物体上，物体加速度有什么不同?师：请组1的代表回答一下你们讨论的结果．组1生：当物体质量一定时，物体的加速度应该随着力的增大而增大．师：请组2的代表回答你们组讨论的问题，组2生：当力大小相同时，物体质量越大，运动状态越难以改变，所以质量越大，加速度越小．师：物体运动状态改变快慢取决于哪些因素?定性关系如何?生l：应该与物体的质量和物体所受的力有关系．力越大，加速度越大；质量越大，加速度越小．生2：这里指的力应该是物体所受的合力，以上图为例，物体所受的重力和支持力相等，不参与加速度的提供．师：刚才进行多媒体演示时一次是固定力不变，一次是固定质量不变，这样做有什么好处呢? 生：方便我们的研究．师：这是研究多个变量之间关系的非常好的方法，我们把它称作控制变量法．我们以前在什么地方学到过这种方法?生1：在初中我们在探究物体的密度与质量、体积之间的关系时生2：在研究电流与电压、电阻的关系时．师：好，我们这节课就用这种方法进行探究加速度和力、质量之间的关系．首先来看本届的学习目标知识与技能1．理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关．2．通过实验探究加速度与力和质量的定量关系．3．培养学生动手操作能力．过程与方法1．指导学生半定量的探究加速度和力、物体质量的关系，知道用控制变量法进行实验．2．学生自己设计实验，自己根据自己的实验设计进行实验．3．对实验数据进行处理，看一下实验结果能验证什么问题，情感态度与价值观1．通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度．2．通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神．3.培养与人合作的团队精神．（三）合作探究、精讲点拨一、加速度与力的关系师：设计一个实验，保持物体的质量不变，测量物体在各个不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系．大家分组讨论并且每组设计一个实验方案，并说明实验的原理．分组讨论组l生1：我们是根据课本上的参考案例设计实验的(在投影仪上展示实验装置如图4—2—2)．组1生2：我们设计实验的实验原理如下；因·为两个小车的初速度都为零，拉力大小不同，但对每个小车来说保持不变，所以小车应该做匀加速直线运动．根据初速度为零的匀加速直线运动的位移公式x=at2/2可知，加速度和位移成正比，只要测量位移就可以得到加速度与受力之间的关系，力的大小可以根据盘中的砝码求出来．师：下面请组2的代表发言．组2生1：我们设计的方法和组1的差不多，我们是用了一辆小车，小车后面连接一纸带，用打点计时器记录小车的运动情况，根据所打的点计算小车的加速度，然后再看所受的力和加速度的关系．组2生2：为了消除摩擦力的影响，我们在木板下面垫了一个小木块，当小车没有拉力时让它在木板上匀速运动．师：这个同学的想法很好，这样小车受到的绳子的拉力就等于小车受到的合力，下面请组3的同学代表发言．组3生1：前面两组的同学设计实验时都是物体的初速度为零，我们可以利用气垫导轨设计一个更为一般的方法，让导轨倾斜不同的角度，滑块所受的力就是重力的分力，让滑块滑过轨道中间的两个光电门，记录经过光电门的速度和两个光电门的距离，根据公式x=(v2－v02)/2a可以求出加速度的大小，从而可以得到加速度和力的关系．师：好的，在进行实验之前还应该先设计自己的实验表格来记录一下自己的实验数据．那么你是怎样设计表格使你的实验数据得以记录的呢?生1：水平面长木板与小车，车后用绳控制小车运动，两车质量相同．表格设计如下：参考表格生2：用一辆小车，测量加速度师：好，现在大家就根据自己设计的方案进行实验，把数据填人设计的表格内．学生进行实验，老师巡回指导，帮助实力较弱的小组完成实验师：现在请各小组简要进行一下实验报告．组1生1：我们根据课本上的参考案例进行了实验，因为已知小车的加速度和位移成正比，通过验证位移和受力之间的关系，即可得出加速度和受力的关系．师：实验数据是怎样进行处理的呢?组1生2：我用的是位移和对应力的比值．组1生3：通过我们的讨论，我们发现用作图的方法能更好地表示位移(即加速度)和力的关系．关系图表如图4—2—3所示；可得在研究物体质量不变的情况下，物体的加速度与物体所受的外力成正比．组2生：我们通过处理小车后面的纸带，计算出小车的加速度，通过作图验证了小车的加速度和物体所受的合力成正比．组3生：我们用气垫导轨作出的加速度和所受力的关系图象，实验结论是图象非常接近一条过原点的直线．师：大家做得都非常好，那么你们在实验中遇到的困难是什么呢?能不能想出办法来克服? 组1生：当拉小车的砝码的质量较大时，绳子容易打滑，从而影响了位移的测量．我们用松香涂抹在绳子上，效果不错．组2生：我们在做实验时发现了这样一个问题，即当砝码的质量和小车的质量差不多时，a —F图象不能再是一条直线，而是发生了弯曲．师：这组同学的问题非常好，实际上砝码和盘的重力并不严格等于小车受到的拉力，简单证明如下：设砝码及盘的质量为m，小车的质量为M，则分别对它们进行受力分析，对小车，受拉力和摩擦力，对砝码和盘，受重力和拉力，那么它们之间的关系是什么呢?如果相等，根据物体受合力为零则物体做匀速运动，而实际上砝码及盘实际的运动应该是做加速运动，所以说重力和拉力并不相等，而是应该重力大于拉力，而我们在实验中认为二者相等，所以实验的误差有一部分来源于此．控制的方法就是尽可能地使砝码和盘的质量远小于小车及砝码的质量，具体的分析方法我们将在下一节学到．组3生：虽然用气垫导轨做实验结果比较精确，但实验数据处理比较复杂．师：我们可以用计算机进行数据处理，使数据处理变得简单化，大家在课下讨论一下看如何用数据处理软件处理实验中得到的数据．师：以上我们是通过控制物体的质量不变来探究物体的加速度与物体所受力之间的关系，下面同学们继续做实验，通过控制物体所受的力不变来探究物体的加速度和质量的关系．二、加速度与质量的关系学生进行实验，老师巡回指导，帮助实力较弱的小组实现实验由于和以上的实验方法非常类似，所以可以直接让学生得出结论．师：大家得出的结论是什么?生：物体加速度在物体受力不变时，和物体的质量成反比．师：这时候我们应该怎样通过图象来验证问题呢?生：我们如果作a—M图象则图象是曲线，我们可以作a—1／M图象来解决这个问题，物体的加速度和质量成反比，所以a—1／M图象应该是一条过原点的直线．三、由实验结果得出的结论师：通过大家的实验，排除误差的影响，大家讨论总结一下加速度和物体所受的力以及物体质量之间的关系．[分组讨论]生1：我们可以得出这样的结论：物体的加速度和物体所受的力成正比，和物体的质量成反比．生2：应该是和物体所受的合力成正比．生3：我想力是矢量，加速度也是矢量，加速度的方向应该和物体所受力的方向相同．师：(总结)大家的发言非常好，那么我们得出的结论是不是一个定理性的结论呢?仅靠少量的实验是不行的，应该通过更为精确的实验和更多次的实验进行证明，不过我们大家在现有水平下能够得出这个结论是非常了不起的，这是我们下节课要学的牛顿第二定律的内容．（四）反思总结、当堂检测在水平路面上，一个大人推一辆重车，一个小孩推一辆轻车，各自做匀加速运动(阻力不计)．甲、乙两同学在一起议论，甲同学说：大人推力大，小孩推力小，因此重车的加速度大．乙同学说，重车质量大，轻车质量小，因此轻车的加速度大．你认为他们的说法是否正确?请简述理由．答：甲、乙两同学的结论和理由都不全面和充分，物体的加速度决定于物体所受的合外力和物体的质量．大人的推力虽然大，但车的质量也大，因此重车的加速度也不一定就大．小车的质量小，但是小孩的推力也小，因而轻车的加速度也不一定大．判断谁的加速度大，必须看各自的质量和合外力．[小结]本节我们学习了：1．力是物体产生加速度的原因．2．用控制变量法探究物体的加速度与合外力、质量的关系；设计实验的方法．3．物体的质量一定时，合外力越大，物体的加速度也越大；合外力一定时，物体的质量越大，其加速度越小，且合外力的方向与加速度的方向始终一致．4．实验数据的处理方法．板书设计表格数据分析教学反思学生实验控制比较难，可能出现各种情况，课前教师应做好充分准备。

人教版高中物理必修第一册第四章运动和力的关系第2节实验：探究加速度与力、质量的关系

第四章 2.1．(2023·北京市东城区高一检测)图甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图，图乙是其俯视图。

两个相同的小车，放在带有定滑轮的木板上(事先通过调节木板与水平面间的夹角来抵消摩擦力的影响)，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里放有砝码。

两个小车后端各系一条细线，细线后端用夹子固定，打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动，合上夹子，两小车同时停止运动。

(1)用刻度尺测出两小车的位移，位移之比就等于它们的_加速度__之比；(2)为了探究加速度大小和力大小之间的关系，应保持两个_小车__(选填“小车”或“小盘和砝码”)的质量相等；(3)为减小误差，应使小盘和砝码的总质量尽可能远小于(选填“远小于”“等于”或“大于”)小车质量。

解析：(1)根据初速度为零的匀变速直线运动位移时间关系x＝12at2，两小车运动时间相等，位移与加速度成正比。

(2)根据控制变量法，要探究加速度和力之间的关系，需要小车的质量保持不变，即两小车质量相等。

(3)实验中用小盘和砝码的重力作为小车受到的拉力。

只有在盘和盘中砝码的质量远远小于小车的质量时，绳对小车拉力大小才近似等于盘和盘中砝码的重力。

2．(2022·甘肃省会宁县第三中学高一期末)某同学用如图所示的实验装置验证牛顿第二定律。

(1)为了验证加速度与合外力成正比，实验中必须做到_AC__。

A．实验前要平衡摩擦力B．每次都必须从相同位置释放小车C．拉小车的细绳必须保持与轨道平行D．拉力改变后必须重新平衡摩擦力(2)如图为某次实验中得到的一条纸带，从中确定五个计数点，量得d1＝8.00 cm，d2＝18.00 cm，d3＝30.00 cm，d4＝44.00 cm。

每相邻两个计数点间还有4个点未画出。

则小车的加速度a＝ 2.0m/s2。

(结果均保留两位有效数字)(3)在验证“质量一定，加速度a与合外力F的关系”时，某学生根据实验数据作出了如图所示的a－F图像，其中图线不过原点并在末端发生弯曲，产生这种现象的原因可能有_存在纵截距，说明木板斜角过大，平衡摩擦力过度、图线弯曲说明重物的质量不再远远小于小车质量，即m≪M不成立__。

人教版高中物理必修1第4章第2节实验：探究加速度与力、质量的关系 %281%29

2．实验器材
小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺．
实验原理图
基础回放
课堂探究
学科素养培养
随堂训练
基础回放·要点整合
3．实验步骤
(1)用天平测出小车和盛有砝码的小盘的质量 m 和 m′，把数据记录在表格中． (2)把实验器材安装好，平衡摩擦力． (3)在小盘里放入适量的砝码，把砝码和小盘的质量 m′记录在表格中． (4)保持小车的质量不变，改变砝码的质量，按上面步骤再做 5 次实验． (5)算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格中． (6)用纵坐标表示加速度 a，横坐标表示合外力，即砝码和小盘的总重力 m′g，根据实验数据在坐标平面上描出相应的点，作图线． (7)用纵坐标表示加速度 a，横坐标表示小车质量的倒数，在坐标系中根据实验数据描出相应的点并作图线．
第三章牛顿运动定律
探究加速度与物体质量、物体受力的关系
基础回放
课堂探究
学科素养培养
随堂训练
基础回放·要点整合
基本实验要求
1．实验原理(见实验原理图)
(1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系． (2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系． (3)作出 a－F 图象和 a－m1 图象，确定其关系．
基础回放
课堂探究
学科素养培养
随堂训练
课堂探究·考点突破
拓展1-1
某同学探究“加速度与力的关系”实验进行了如下改造：在小车与悬挂钩码的细线之间加装一力传感器如图，实验中力传感器可以直接显示小车所受拉力的大小．
则：采用力传感器测量小车所受拉力与用重物的重力代替
拉力的方法相比,是否仍然要确保m＜＜M？

高中物理第四章牛顿运动定律2实验：探究加速与力、质量的关系课件新人教版必修1

第十六页，共37页。
4．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．离直线较远的点是错误数据，舍去不予考虑.
第十七页，共37页。
类型一实验的操作和步骤【典例 1】用如图所示的装置研究在作用力 F 一定时，小车的加速度 a 与小车质量 M 的关系，某位同学设计的实验步骤如下．
第四章牛顿(niúdùn)运动定律
第一页，共37页。
2 实验：探究加速度与力、质量的关系
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一、实验目的学会用控制变量法探究物理规律．全面正确地认识加速度与力、质量的关系．
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二、实验原理 1．加速度是表示物体速度变化快慢的物理量，根据事实经验，加速度与物体的质量有关．物体受力一定时，质量越小，加速度就越大．加速度还与物体受力的大小有关，物体质量一定时，受力越大，其加速度越大．
答案：(1)如图．
第二十九页，共37页。
(2)a 与 M 成反比 (3)平衡摩擦力时木板倾角太大；没有满足砂和砂桶的总质量远小于小车质量 M (4)控制变量
第三十页，共37页。
类型三实验创新应用【典例 3】某同学利用如图 1 装置研究外力与加速度的关系．将力传感器安装在置于光滑水平轨道的小车上，通过细绳绕过光滑定滑轮悬挂钩码．开始实验后，依次按照如下步骤操作： ①同时打开力传感器和位移传感器； ②释放小车；
第十三页，共37页。
三、误差分析
类别产生原因
减小方法
质量测量不准、计数点间距测多次测量求平均值量不准
偶然小车所受拉力 ①准确平衡摩擦力②使细绳和纸
误差测量不准
带平行于木板
作图不准