人教版 高一物理 必修一 第四章 §4.2--实验：探究加速度与力和质量的关系 教案
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。
人教版高中物理必修一：4.2实验：探究加速度与力及质量的关系 课件
m1
F
m2
F
m1<m2
定性讨论
猜测 Company Logo
方案一：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、天平为器材，研究小车运动。
用天平测出 小车的质量m
从打点计时器打 出的纸带计算出 小车的加速度a
砝码的总重力 G当作小车受
x2－x1＝a1T2 x3－x2＝a2T2
＝____0_._1_6_m/s2.(结果保留 两位有效数字)
a＝a1＋2 a2 = x32－T2x1＝0.16 m/s2
(2)平衡摩擦力后，将5个相同 的砝码都放在小车上．挂上砝
码盘，然后每次从小车上取一
个砝码添加到砝码盘中，测量
小车的加速度．小车的加速度 a与砝码盘中砝码总重力F的实 验数据如下表：
【例3】“探究加速度与力、
质量的关系”的实验装置如
图4－2－8甲所示．
T＝0.1 s
(1)在平衡小车与桌面之间摩
擦力的过程中，打出了一条
纸带如图4－2－8乙所
图4－2－8
示．计时器打点的时间间隔 x1＝3.52 cm x2＝3.68 cm
为0.02 s．从比较清晰的点 x3＝3.83 cm
起，每5个点取一个计数点， 量出相邻计数点之间的距 离．该小车的加速度大小a
结论1：对同一物体，受力越大，加速度越大。
结论2：物体受力相同时，质量越大，加速度越小。
加速度与力、物体的质量有什么定量的 关系？
猜想：加速度与力成正比
加速度与质量成反比。
Company Logo
控制变量法
m
F1
m
F2
F1<F2
人教版高中物理必修一课件-4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
1、加速度与合外力的关系
实验基本思路：保持物体的质量不变，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。
2、加速度与质量的关系
实验的基本思路：保持物体所受的合外力相同，测量 不同质量的物体在该力的作用下的加速度，分析加速 度与质量的关系。
1、每两个作同学业为：一个小组，设计探究实验的方案
拓展： 思考钩码的重力与绳子上的拉力之间由什么关系？
思考平行轨道为何没有水平防止？
谢谢
例题.甲、乙两同学在“探究加速度与合外 力F的关系”时，分别得到如图所示的图 象，这说明了什么？
例题.一打点计时器同定在斜面上某处，一小车拖着 穿过打点计时器的纸带从斜面上滑下，如图所示.下 图是打出的纸带的一段.已知打点计时器使用的交流 电频率为50Hz，利用图给出的数据可求出小车下滑 的加速度
2、.如图4－2－8所示，在“探究加速度与力、质量的关系”的 中实间所验两放中车砝，的码若位的1移、质分2量两别分个为别相x1为、同mx的有21，、小( 则m车2在所，)实受打验拉开误力夹差分子允别后许为经的F过1范、相围F同2内，的，车时
A．当m1＝m2、F1＝2F2时，x1＝2x2 B．当m1＝m2、F1＝2F2时，x2＝2x1 C．当F1＝F2、m1＝2m2时，x1＝2x2 D．当F1＝F2、m1＝2m2时，x2＝2x1
a F m
1.关于验证牛顿运动定律的实验,下列说法中符合实际的 是( ) D 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;再不改变力, 研究加速度与质量的关系,最后归纳出加速度、力、质量 三者之间的关系
人教版必修一 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系(共30张PPT)
方案三： 课本上参考案例中的实验方案
Ｆ
小车
夹子
Ｆ
小车
由于两小同时启动、同时停止,故运动时间相同
只需验证：
m一定时： F一定时：
x1 F1 x2 F2
x1 m2 x2 m1
（ ） a1 F1 a2 F2
（ ） a1 m2 a2 m1
m
光滑水平面
F
例六、(09台州)如图所示，在探究加速度与力、质
由乙图中游标卡尺测得遮光条的宽度d. 该实验小组在做实验
时，将滑块从甲图所示位置由静止释放，由数字计时器可以
读出遮光条通过光电门1的时间Δ t1，遮光条通过光电门2的时 间Δ t2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1＝____， 滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2＝___，则滑块的加 速度的表达式a＝_____.(以上表达式均用字母表示)
4.22 cm，sBC＝4.65 cm，sCD＝5.08 cm，sDE＝5.49 cm，
sEF＝5.91 cm，sFG＝6.34 cm.已知打点计时器的工作频
率为50 Hz，则小车的加速度a＝________m/s2(结果保留
两位有效数字)．
0.42
图乙
例四、(2012·舟山模拟)在探究“加速度与力、 质量的关系”的实验中：
实 验 次 数
车 号
小车 质量 （g）
码盘 质量 （g）
车中砝 码质量 （g）
盘中砝 码质量 （g）
小车位 移（cm）
1
甲 乙
50 50
10 10
0 0
0
15
10
30
2
甲 乙
50 50
10 10
0 50
高中物理人教版必修1课件 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
学习目标定位
超级记忆法-记忆规律
TIP1：我们可以选择恰当的记忆数量——7组之内！ TIP2：很多我们觉得比较容易背的古诗词，大多不超过七个字，很大程度上也 是因 为在“魔力之七”范围内的缘故。我们可以把要记忆的内容拆解组合控制 在7组之 内（每一组不代表只有一个字哦，这7组中的每一组容量可适当加大）。 TIP3：比 如我们记忆一个手机号码18820568803，如果一个一组的记忆，我 们就要记11组，而如果我们拆解一下，按照188-2056-8803，我们就只需要 记忆 3组就可以了，记忆效率也会大大提高。
再放开木块
学习目标 知识储备 学习探究 典例精析 自我检测
典例精析
(2)图是甲、乙两同学根据实验数据画出的图象． 形成图线甲的原因是 _长__木__板__倾__角__过__大_________________． 形成图线乙的原因是 _未__平__衡__摩__擦__力__或__长__木__板__倾__角__过__小___．
学习探究区
(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“化a 和曲m为成直反”比的，方则法a，与以1/am为必纵成坐正标比，以．1我/m们为采横取
坐标，作出a-1/m 图象，若a-1/m 图象是一条直线，
学习目标 知识储备 学习探究 典例精析 自我检测
典例精析
某实验小组利用图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___A__D___(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 平衡摩擦力时，不能挂砝码和砝码桶 B．在调节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 先接通电源
高一物理必修一人教版4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
【知识点拨】 1.图象法处理实验数据的优点 (1)用图象法分析处理实验数据是物理学上常用的一种非常重 要而有效的方法，它具有形象、直观的特点，便于得出实验结
论。
(2)由图象法得到的规律具有统计性，在描绘实验图象时，可 以对一些不符合常规的数据进行修正，从而减小了实验误差，
避免了偶然性的错误数据，使实验结果更加准确。
车重力沿斜面向下的分力来平衡摩擦力。 (2)在木板无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，直到小车不挂重物时能在木板上匀速运动为止。
判断方法是看打点计时器在纸带上打出的点间隔是否均匀，若 打出的点间隔均匀，就说明小车做匀速运动了。
(3)整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变重物的质量还 是改变小车的质量，都不需重新平衡摩擦力。平衡摩擦力是指
三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木 板、小盘、重物、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平
(带有一套砝码)、刻度尺。
四、实验过程 1.实验步骤 (1)用天平测出小车 和重物的质量分别 为m0、M0,并把数值
记录下来。
(2)按图将实验器材安装好(小车上不系绳)。 (3)平衡摩擦力,在长木板无定滑轮的一端下面垫一薄木板,反 复移动其位置,直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在 斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。
(3)值得注意的是在处理一些反比例关系的物理量时，往往将 其转化为正比例函数关系，通过图象直观地体现出来。
2.实验中误差来源分析 (1)质量的测量误差、纸带上点迹距离的测量误差 ,拉线或纸带
不与木板平行都会造成误差。
(2)不满足小盘及重物的总质量远小于小车的质量 ,会使a-F图
1 象或 a图象线性变差,造成误差。 m
人教版高中物理必修1 第四章第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系 课件%28共16张PPT%29
二、实验探究
参考方案二 用打点计时器测小车 运动加速度
调节木板倾斜程度， 平衡小车所受摩擦力
二、实验探究
气垫导轨装置测加速 度
二、实验探究
挡光板 △x
光电门1
光电门2
X，t
x x v v 0 t 2 t1 a t t
或
x 2 x 2 ( ) ( ) 2 2 v v0 t2 t1 a 2x 2x
问题：物体的加速度与它受的力、它的质量有什么 定量关系。
二、实验探究
（一）实验方法
控制变量法
m一定 F一定
a—F a—m
(二）实验数据分析方法 画出a-F和a-1/m的图像
二、实验探究
（三）相关物理量的测量 1.物体的质量：天平
2.物体的加速度 2x 由运动学公式 可 a 2 计算 用刻度尺测位移，秒表测时间，由公式 知位移跟加速度成正比。 t 用打点计时器，根据纸带上打出的点测加速度 初速度为0的匀加速直线运动在相同时间内发生的 a1 x1 位移之比就是加速度之比，即
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
一、新课引入
讨论：同一辆小轿车， 从不同档启动时快慢 为什么不一样？
一、新课引入
讨论：为什么小轿车从静止 加速到100km/h,只需要几十 秒，而满载货物的货车加速 就慢得多？
一、新课引入
总结：物体质量一定时，受力越大，它获得的加速 度越大；物体受力一定时，质量越小，它获得的加 速度越大。
a
O
F
二、实验探究
2.砝码和小盘的质量不变时，用横坐标表示小车 和车上砝码总质量倒数，纵坐标表示加速度，根 据实验数据作出a-F图象
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、质量的关系教案
教学过程(表格描述)教学阶段教师活动学生活动设置意图技术应用时间安排创设情境引导学生思考：质量相同的赛车和小汽车从0加速到100km/h所用的时间不同，可以看出，加速度与力有关系；小汽车和大货车从0-100km/h加速所用时间不同，可以说明，加速度与质量也有关系。
与老师共同回顾，加速度与力有关，与质量也有关系。
引起兴趣，提出问题ppt3分钟温故知新那么加速度和质量、力有怎样的定量关系呢？我们应该怎么研究呢？共同回答：采用控制变量法来研究引导学生掌握科学思想方法2分钟新课讲解一、介绍实验器材：数据采集器、位移传感器、力学轨道、一枚一角硬币质量为3.3g，重为0.033N，小桶质量为4.9g,重为0.049N，小车质量为0.149kg，配重片为50g二、示范介绍器材的组装，把小车固定到力学轨道上，连接好位移传感器。
三、介绍DIS7.1软件的操作。
四、如何平衡摩擦力，用什么方法平衡摩擦力。
熟悉实验器材，知道每样器材的使用。
学生将实验器材组装好，了解DIS7.1软件的使用。
打开专用软件。
共同回答：利用重力的分量平衡摩擦力。
让学生认识实验器材，学会操作PPT,实验器材、DIS7.1软件5分钟实践操作一、指导学生操作，查看学生在操作过程中的不当之处。
二、指导学生，如何利用数据得出图象。
利用控制变量法，先控制小车质量不变，改变外力，再控制外力不变，改变小车质量，得出a-F图象、a-m图象。
学生通过具体操作发现问题，并实验器材10分钟思考问题产生的原因。
分享交流一、展示学生实验结果，共同分析产生结果的原因。
二、a-F图象可以显示出在m一定的情况下，二者成正比关系。
三、提出问题：a-m图象为双曲线对于规律的认识不能很清晰，猜想一下，怎么才能出现我们经常分析的线性关系呢？展示本组的实验结果，分析产生误差的原因。
学生回答：可能画ａ－１／ｍ的图象会出现线性关系。
培养学生发现问题，解决问题的能力。
学生实验数据15分钟效果评价本实验哪些操作会影响实验结果引起误差呢？学生分析误差来源，总结实验过程中还需改进的地方。
高中物理人教版必修一《4.2实验：探究加速度与力、质量的关系》课件
-
(4)由 Δx=aT2,可知 a1= 3 21 , 2 = 4 22
则 a=
1 +2
2
=
2
4 +3 -2 -1
4Hale Waihona Puke 2代入数据得 a=3.2 m/s2。
答案:(1)C (2)C (3)m'≪m
2
(4)3.2
-21-
2 实验:探究加速度
与力、质量的关系
类型一
类型二
题后反思本实验因原理不完善引发误差。本实验用钩码的总重
2
实验:探究加速度与力、质量的关系
-1-
2 实验:探究加速度
与力、质量的关系
一
二
三
四
一、实验目的
1.用控制变量法探究加速度与力、质量的关系。即(1)物体的质
量一定时,探究加速度与力的关系;(2)物体受力一定时,探究加速度
与质量的关系。
2.学会用图象法处理数据得出结论。
-2-
2 实验:探究加速度
与力、质量的关系
适的一个是
。
A.m1'=5 g
B.m2'=15 g
C.m3'=40 g
D.m4'=400 g
(3)在此实验中,需要测得每一次牵引力对应的加速度,其中求得
的加速度的表达式为
。(用Δt1、Δt2、D、x表示)
-24-
2 实验:探究加速度
与力、质量的关系
类型一
类型二
解析:(1)取下牵引砝码,滑行器放在任意位置都不动;或取下牵
小车与砝码总
1
质量的倒数 /kg − 1
m
1
2
3
4
5
人教版物理高一物理必修一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(共37张PPT)
方案三：利用气垫导道
该方案仪器精密，是很好的方案，测量结果 精确，但中学一般没有这种仪器。
图 1 : 气垫导轨装置
图 2 :滑块和挡光片
图 3: 光电门
图 4 : 电脑计时器
图 5 : 气源
图 6 : 滑块的接触面
方案实施 1、确定方案 3、作出图象 5、形成结论 7、结论评估
1、怎样测量（或比较）物体的加速度 方案1：
有摩擦力影响
摩擦力影响极小
方案2：
方案3:根据初速度为零的匀加速直线运动 的位移公式可知：
若vo=0 由x= at2/2 有：
t相同时:a1/a2=x1/x2
2、怎样提供和测量物体所受的恒力
注意：盘和砝码的总质量远小于小车的质量！
实验中的F应为物体所受的合力，
讨论：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？
结论：当力大小相同时，物体的质量越 大，运动状态越难以改变，所以 质量越大，加速度越小。
注意：这里的力指的是物体所受的合外力。
总结：影响加速度的因素有哪些？
1、合外力 2、质 量
经过定性分析得
同一个物体， F大则a大 ；受同样的力， m大
如何处理小车所受的摩擦力？
平衡摩擦力：在长木板的不带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可以保 持匀速运动状态（通过在纸带上打出的点迹是否均匀来判）， 这时小车拖着纸带运动时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。
实验结论：
aF
a 1 m
2.产生物体运动状态改变的原因是什么?
力是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原 因。
人教版物理必修一重难点考点解析4.2.实验：探究加速度与力、质量的关系
2．实验：探究加速度与力、质量的关系知识纲要导引核心素养目标(1)学会用控制变量法探究物理规律．(2)掌握利用图象处理数据的方法．(3)探究加速度与力、质量的关系．(4)能解释生活中的相关现象.知识点控制变量法探究加速度a与力F、质量m的关系1．实验原理：2．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、夹子、细绳、低压交流电源(使用电火花打点计时器时不用低压交流电源)、导线、天平(带有一套砝码)、小盘、刻度尺．控制变量法当研究对象有两个以上的参量发生牵连变化时，我们设法控制某些参量使之不变，而研究其中两个参量之间的变化关系的方法叫控制变量法．用天平测出小车和砝码的总质量按照如图把实验器材安装好，为横坐标，根据数据作线拟合测量点，找出规律，分析a与F小车和钩码)加速度的计算方法核心一对实验目的、原理与器材的考查例1如图所示是某同学做探究加速度与力、质量的关系实验时已接通电源正要释放纸带时的情况．请你指出该同学的五个错误操作．(1)电源_______________________________________________________ _________________；(2)打点计时器位置_______________________________________________________ _________________；(3)滑轮位置_______________________________________________________ _________________；(4)小车位置_______________________________________________________ _________________；(5)长木板_______________________________________________________ _________________．【解析】本题考查了实验装置和器材选择，关键明确实验的原理．打点计时器应使用交流电源，实验前打点计时器应在右端，小车应靠近打点计时器，滑轮的位置应保持拉小车的线与木板平行，并且应垫高木板的右端平衡小车所受摩擦力．【答案】(1)应用交流电源(2)应靠右端(3)应使小车左端的线水平(4)应靠近打点计时器(5)应垫高右端平衡摩擦力三问平衡摩擦力核心二实验步骤及数据处理1．实验的两个必须2．平衡摩擦力操作不当的三种情况：(1)a图线中，F不等于0，a等于0，知未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够(斜面倾角偏小)．(2)b图线中，F＝0，a不等于0，知平衡摩擦力过度(斜面倾角偏大)．(3)c图线的斜率减小，知质量变大，可知未满足钩码的质量远小于小车的质量，即所挂钩码的质量太大．例2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．(1)步骤③的目的是________________．(2)步骤④中，要求小盘和砝码总质量(m＋m1)________小车质量M.(3)步骤⑤和⑥，表明该实验采用的科学方法是________________．【解析】(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．(2)步骤④2.00 1.50的关系图象能否发现a与M的关系？的关系图象，不能发现a与可能成反比、也可能是a关系图线是曲线，凭肉眼是不能判断曲线是否是双曲0.110.190.290.40根据表中的数据在上图的坐标系上作出率的物________________________________________________________________________；(3)小车和砝码的总质量为________kg；(4)图线(或延长线)与F轴截距的物理意义是_______________________________________________________ ____________________________________________________________________ _____________________.(1)图线与坐标轴有截距，是由摩擦力引起的．(2)图线弯曲是实验没有满足质量关系造成的．根据所给数据在所给坐标系中准确描点，作出的中图象可以判断出图线的斜率表示小车和砝码总象，下列说法中正确的是()．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小．形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大．形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小正确．答案：AD1．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示．实验中，为使小车运动时所受的拉力近似等于盘和重物的总重力，则盘和重物的总质量m与小车的质量M应满足的关系是()A．m远大于M B．m远小于MC．m略大于M D．m略小于M解析：只有M≫m时，才可以认为绳对小车的拉力大小等于盘和重物的总重力，B正确．答案：B2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，需要平衡摩擦力时，应该让小车()A．挂上小盘，拖上纸带，开动打点计时器B．不挂小盘，拖上纸带，开动打点计时器C．挂上小盘，不拖纸带D．不挂小盘，不拖纸带解析：平衡摩擦力时，应把纸带所受的摩擦阻力一起平衡掉，所以应让小车拖上纸带，且让打点计时器处于工作状态，B正确．答案：B3．在保持小车质量m不变，探究加速度a与力F的关系时，小车质量m和小盘及盘中砝码质量m′分别选取下列四组值．若其他操作都正确，要使所画出的a -F图线较准确，应选用的一组值是()A．m＝500 g，m′分别为50 g、70 g、100 g、125 gB．m＝500 g，m′分别为20 g、30 g、40 g、50 gC．m＝200 g，m′分别为50 g、70 g、100 g、125 gD．m＝100 g，m′分别为30 g、40 g、50 g、60 g解析：探究a与F的关系时，应满足小车的质量远大于小盘一定时，a与m成________a与1m成正比关系，横坐标建立坐标系，根据数据进行描点连线，如图所示．1m图线为过原点的直线，故成反比关系．(2)反比。
4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 (人教版新教材)高中物理必修一第四章【知识点+练习】
第四章运动和力的关系2 实验：探究加速度与力、质量的关系一、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．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．2．控制变量法：加速度a和质量m、受力F都有关系．研究它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系；再保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系．这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变化关系，再控制另一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法．三、实验器材砝码，一端有定滑轮的长木板，细线，纸带，导线，夹子，小盘，天平，小车，打点计时器，交流电源，复写纸，刻度尺.四、实验步骤1．用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来．2．按图将实验器材安装好(小车上不系绳)．3．平衡摩擦力，在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)．4．将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，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此时所挂重物的重力m0g.5．保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力m1g、m2g……以及计算出相应纸带的加速度填入实验次数加速度a/(m·s-2)小车受力F/N 12345量M，接通电源，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．7．继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码．8．计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入下表.实验次数加速度a/(m·s-2)小车与砝码总质量M/kg小车与砝码总质量的倒数/kg-11 23 45本实验的数据处理可以采用计算法和图象法两种方法．1．计算法．测得加速度或加速度之比(等于位移之比)后，通过计算看看是否满足a 1a 2＝F 1F 2、a 1a 2＝M 2M 1. 2．图象法．测得加速度后，以拉力F 为横坐标，加速度a 为纵坐标，描绘a -F 图象，看看图象是否为过原点的倾斜直线；以1M 为横坐标，加速度a 为纵坐标，描绘a -1M图象，看看图象是否为过原点的倾斜直线．类别 产生原因 减小方法偶然误差质量测量不准、计数点间距测量不准 多次测量求平均值小车所受拉力测量不准①准确平衡摩擦力②使细绳和纸带平行于木板 作图不准使尽可能多的点落在直线上或均匀分布在直线两侧，误差较大的点舍去 系统误差 小盘及重物的总重力代替小车所受的拉力 使小盘和重物的总质量远小于小车的质量1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和重物的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力．2．实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和重物的总质量．只有如此，重物和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等．3．小车应靠近打点计时器且先接通电源再放手．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.【例1】如图是某同学探究加速度与力、质量的关系时已接通电源正要释放纸带时的情况，请你指出该同学的5个差错：(1)电源________；(2)电磁打点计时器位置________；(3)滑轮位置____________；(4)小车位置________；(5)长木板________________________________．【例2】如图是某些同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是( )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随堂练习1．如图所示为某同学所安装的“验证牛顿第二定律”的实验装置，在图示状态下开始做实验，该同学的装置和操作中的主要错误是(至少写出三个错误)：(1)____________________________________________________(2)____________________________________________________(3)____________________________________________________2．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：(1)实验环境的等效法：__________________________________；(2)实验条件设计的科学方法：____________________________；(3)实验原理的简化：___________________________________，即当小车质量M车≫m沙时，细绳对小车的拉力大小近似等于沙及桶的总重力m沙g；(4)实验数据处理的科学方法：___________________________；(5)由a-M车图象转化为a-1M车图象，所用的科学方法：________.(以上各题均选填“理想实验法”“图象法”“平衡摩擦力法”“化曲为直法”“控制变量法”或“近似法”)3．在“探究加速度与力、质量的关系”实验时，已提供了小车、一端附有定滑轮的长木板、纸带、带小盘的细线、刻度尺、天平、导线．为了完成实验，还须从图中选取实验器材，其名称是________________________(漏选或全选得零分)，并分别写出所选器材的作用_____________________________________________________________________________________________________.4．在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度a和F关系的有关数据记录在表1中，将测得的反映加速度a和质量M关系的有关数据记录在表2中．a/(m·s－2) 1.98 4.06 5.958.12F/N 1.00 2.00 3.00 4.00a/(m·s－2) 2.04 2.66 3.23 3.981M/kg－10.500.670.80 1.00(1)根据表中所列数据，分别画出a-F和a-1M图象．(2)从图象可以判定：当M一定时，a与F的关系为________；当F一定时，a与M的关系为________．(3)由a-F图象可知M＝________．(4)由a-1M图象可知，F＝______．(保留一位有效数字)5．某同学设计了如图所示的装置来探究加速度与力的关系．弹簧测力计固定在一合适的木板上，桌面的右边缘固定一支表面光滑的铅笔以代替定滑轮，细绳的两端分别与弹簧测力计的挂钩和矿泉水瓶连接．在桌面上画出两条平行线MN、PQ，并测出间距d.开始时将木板置于MN处，现缓慢向瓶中加水，直到木板刚刚开始运动为止，记下弹簧测力计的示数F0，以此表示滑动摩擦力的大小．再将木板放回原处并按住，继续向瓶中加水后，记下弹簧测力计的示数F1，然后释放木板，并用秒表记下木板运动到PQ处的时间t.(1)木板的加速度可以用d、t表示为a＝________；为了减少测量加速度的偶然误差可以采用的方法是(一种即可)_____________________________________________________________________.(2)改变瓶中水的质量重复实验，确定加速度a与弹簧测力计示数F1的关系．下列图象能表示该同学实验结果的是________．(3)(多选)用加水的办法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比，它的优点是________．A．可以改变滑动摩擦力的大小B．可以更方便地获取多组实验数据C．可以比较精确地测出摩擦力的大小D．可以获得更大的加速度以提高实验精度6．某同学用如图1所示的装置探究小车加速度与合外力的关系。
人教版高一物理必修一第四章--实验-《探究加速度与力质量的关系》
人教版（2019）高一物理必修一 第四章4.2--实验-《探究加速度与力质 量的关 系》（1 8张ppt ）
四、数据处理
0.75 a/m·s -2
0.60 0.45 0.30 0.15
0 人教版（2019）高一物理必修一 第四章4.2--实验-《探究加速度与力质量的关系》（18张ppt ）
a与F关系? a与m关系?
控制一个量 不变
2.怎么设计这个实验? 光滑
1.测量哪些量?
a、F、m
m：天平
2.怎么测量? a: 打点计时器
F: 物体所受的 合力
人教版（2019）高一物理必修一 第四章4.2--实验-《探究加速度与力质 量的关 系》（1 8张ppt ）
人教版（2019）高一物理必修一 第四章4.2--实验-《探究加速度与力质 量的关 系》（1 8张ppt ）
一、实验目的 1、学会通过实验探究物体加速度与 力、质量的关系
2、在实验中掌握打点计时器的用法
3、对实验数据进行科学处理对实 验结果进行归纳分析
二、研究方法
人教版（2019）高一物理必修一 第四章4.2--实验-《探究加速度与力质 量的关 系》（1 8张ppt ）
控制变量法
人教版（2019）高一物理必修一 第四章4.2--实验-《探究加速度与力质 量的关 系》（1 8张ppt ）
1.用天平测出小车的质量。
2.安装好实验装置，在小车上装好纸带，纸带另一端穿 过计时器限位孔，调整木板倾斜程度。（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（钩码 质量远小于小车质量），接通电源，释放小车，测出一 组数据。 4.改变钩码质量，多测几组数据。 5.控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
物理人教版高中必修一(2019年新编)-4-2《实验：探究加速度与力、质量的关系》(课件)
新知探究
数据处理
把不同质量的小车(小车和砝码)在相同力的作用下产生 的加速度大小填在表中
物理量 1 2 3 4 5 6
质量M
1 M
加速度a
11
新知探究
数据处理
以a为纵坐标，分别以M和为横坐标，根据数据作a－M图 象和a－图象，分析a与M的关系
12
新知探究
实验结论
(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受 力F成正比
23
课堂练习 （1）关于该实验以下说法正确的是___A__C_____ A．安装实验器材时，要调节定滑轮的高度，使细线与长木板平
15
新知探究
注意事项
（3）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
（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
16
新知探究
注意事项
平衡摩擦力时，设木板与水平方向夹角为 α ，根据受力 分析，有关系：Mgsin Mg cos ，所以当小车质量变化时， 不需要再次平衡摩擦力
(2)在力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比
13
新知探究
误差分析
系统误差：本实验用小盘和砝码的总重力mg代替小车的拉力 ，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力。小盘和 砝码的总质量越接近于小车的质量，误差越大。因此，要求小盘 和砝码的总质量远小于小车的质量是为了减小因实验原理不完善 而引起的误差
4
新知探究
实验步骤
（1）测质量：用天平测量小盘的质量m和小车的质量 M
（2）安装器材：按如图所示将实验器材安装好(小车上 不系绳)
新人教版物理必修一4.2《实验探究加速度与力、质量的关系》课件 (共11张PPT)
与
小车1
小车2
质 量 的 关
次 数
车上砝码 质量
1 m1/g
(M+m1) /g
小车1质量
2
M1
位移 车上砝码 x1/cm质量
m2/5g0
(M+m2) /g
位移 x2/c m
150
小车2质量 M2
系 3 100
200
4
250
5300探究来自加 速a度
x2 /x1
与
质
量
的
关
系
0
次 M2 数 M1
1 2 3 4
实 方案：以小车、一端带滑轮的长木板、粗 验 线、砝码、钩码、天平、刻度尺、宽口夹 方 子为实验器材，研究小车的运动。 案
1.怎样测量（或比较）物体的加速度？ 2.怎样提供和测量物体所受的拉力F ？ 注意：只有当盘和砝码的质量要比小车的 质量小得多时，小车所受拉力才近似等于 盘和砝码的总重力。
实 验 方 案
。2021年3月6日星期六2021/3/62021/3/62021/3/6
• 15、会当凌绝顶，一览众山小。2021年3月2021/3/62021/3/62021/3/63/6/2021
2024-2025学年高一物理必修第一册(人教版)第4章2实验探究加速度与力、质量的关系
重复上述实验
F.分析每条纸带,测量并计算出加速度的值
G.作a-m关系图像,并由图像确定a与m的关系
(1)请改正实验装置图中的错误。
①电磁打点计时器位置 应靠右端
②小车位置 应靠近打点计时器
;
③滑轮位置 应使轻绳平行于木板
。
;
(2)该同学漏掉的重要实验步骤是平衡阻力,该步骤应排在步骤 B 之后。
1
根据表中数据,请在坐标纸上作出a- 图像。
1
根据所作的a- 图像,写出实验结论:
在拉力不变时,小车的加速度与质量成反比 。
丙
(3)实验中,如果该同学忘记平衡阻力。以槽码的重力为拉力F,在小车质量
m保持不变的情况下,不断增加槽码个数,使槽码的总质量最终达到
C
车加速度a,作a-F的图像。下列图线可能正确的是
系,根据测量数据描点,作出a-F图像。若图像是一条过原点的倾斜直线,就
能说明加速度a与拉力F成 正比 。
2.分析加速度a与质量m的定量关系
由表 2 中记录的数据,以 a
数据描点,作出
1
为纵坐标、 为横坐标建立直角坐标系,根据测量
1
a- 图像。若
1
a- 图像是一条过原点的倾斜直线,说明
正比,即加速度 a 与质量 m 成
多次实验得到的结论仍然具有猜想和推断的性质,只有根据这些结论推导
出的很多新结果与事实一致时,这样的结论才真正正确。
重难探究·能力素养全提升
探究点一
实验原理与操作
知识归纳
实验注意事项
1.平衡阻力:在平衡阻力时,不要把悬挂槽码的细线系在小车上,即不要给小
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§4.2 实验：探究加速度与力和质量的关系
一、教学目标：
1、知识与技能
（1）学会用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系
（2）能利用纸带计算小车在运动的过程中的加速度
（3）从实验中得出加速度与力成正比，与质量成反比
2、过程与方法
（1）体验科学探究的基本步骤
（2）学会使用常见的研究方法——控制变量法
3、情感态度与价值观
（1）使学生在互相协作中，发扬团队精神
（2）培养学生尊重事实，实事求是的科学研究作风
二、教学重点、难点
1、教学重点
重点：用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系
2、教学难点
难点：如何平衡摩擦力
三、设计思路
本课题设计思路旨在让学生体验科学研究的基本步骤。
通过复习牛顿第一定律等已经学过的知识引出课题——探究加速度与力和质量的关系。
在教师的引导下，学生通过讨论、交流，，设计实验方案，给出所需的实验器材,进行实验验证。
教学策略：通过教师的讲解和演示以及学生亲自动手操作,使学生能够相互合作,同时又有教师指导的情况下.正确处理数据,得出实验结论.体验科学探究的乐趣.
四、教学资源
演示实验器材：光滑的水平板（一端带有定滑轮）;钩码，细绳，打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,小车.
五、教学过程
引入新课
教师提问:我们知道物体的运动状态是用速度描述的呢?那么物体运动状态改变的快慢,其实也就是支物体速度改变的快慢.我们是用加速度来描述.
那么大家想想看,影响物体速度改变的快慢的因素有哪些呢?
学生回答:
物体的质量和物体所受的力
进一步引导学生,提问:那么在其他因素相同的情况下:质量大的物体速度改变的快,还是质量小的物体速度改变的快呢?
学生通过思考,根据牛顿第一定律知道:质量是物体惯性的量度,质量大的物体惯性大,运动状态难改变.
让学生尝试利用日常生活事例说明:相同牵引力的情况下,同一辆车,空车时速度增大的快,而满载时速度增大的慢.说明其他因素相同的情况下,质量小的物体速度容易改变.也就是质量小的物体加速度大.
再次提问:
那么在其他因素相同的情况下;物体受力大速度改变的快呢?还是受力小的物体速度改变的快呢? 学生通过思考,根据生活经验:物体受力小,运动状态难改变.加速度就小.反之也成立.
让学生尝试利用日常生活事例说明:相同质量的情况下,同一辆车,牵引力大的时候速度增大的快,而牵引力小的时候速度增大的慢.说明其他因素相同的情况下,牵引力大的物体速度容易改变.也就是牵引力大的物体加速度大.
通过以上复习提问;让学生从定性上知道:物体的加速度与它的质量以及所受的合外力的关系.即加速度与质量成反比而与所受的合外力成正比.
新课教学
在上面通过复习定性知道了加速度a与物体的质量m和物体所受的合外力f的关系,但是科学要求严谨性,所以我们要定量的知道a与m和f的关系.因此我要通过实验得到这三者之间具体是什么关系.
那下面我们就要针对这个目标,该怎么来研究加速度a与物体的质量m和物体所受的合外力f 的关系呢?需要用什么方法呢.
学生根据在初中学习过的研究电阻与电压和电流的关系中知道要想研究某个物理量与几个因素的关系时,要采用一种常见的物理实验方法--------控制变量法.
接下来设计实验:
(一)、实验思路
1、a与f的关系(保持物体的质量不变)
2、 a 与m的关系(保持物体所受的合外力不变)
(二) 、实验器材
光滑的水平板（一端带有定滑轮）;钩码，细绳，打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,小车.
在这个过程教师要能够引导学生根据实验的设计思路需要,给出实验器材,而且要知道这些器材的用途.
(三) 设计装置
该实验装置中，水平方向是不是只受到钩码的拉力作用？还有没有其他力？这个力对实验有没有影响？如何消除这一影响呢？
通过引导学生对影响实验的各种因素进行分析，让学生进一步体会所学的知识的实践意义，培养他们的创新能力。
我们可以利用斜面，让重力的下滑分力来抵消摩擦力的影响。
这样物体的加速度就完全由力来产生了。
那么怎样才能确定重力的下滑分力已经把摩擦力的影响抵消了呢？
当小车在斜面上能够匀速下滑时就说明已经抵消了。
(四)实验具体操作
由教师首先指导该如何平衡摩擦力,引导学生回答出,只要小车运动打出的纸带上点迹间距相等,则表明小车是做匀速运动,说明小车的摩擦力平衡的很好,否则重新调节,这样是为了减小实验误差.然后找同学上讲台上来操作实验.
1、研究加速度跟力的关系
实验步骤：（学生设计）
（1）摆放好实验装置，调整倒小车能在斜面上匀速下滑。
计算每个钩码的重力,即小车所受的拉力，将车拉到打点计时器附近。
（2）打开打点计时器电源，释放小车，得到纸带，并在纸带上记下钩码的个数。
（3）改变钩码的个数，重复以上的步骤3次。
次数拉
力
F
加
速
度
a
S1S2S3S4S5S6
1
………………………
2、研究加速度跟质量的关系：
实验步骤：（学生设计）
（1）保持挂上钩码质量不变。
用天平测出小车质量m计入表格，将车拉到打点计时器附近。
（2）打开打点计时器电源，释放小车，得到纸带，并在纸带上计下车的质量。
（3）在车上放砝码改变车的质量，重复2~3的步骤4次。
次数车
质
量
加
速
度
a
S1S2S3S4S5S6
1
………………………
打出的纸带交给下面的同学.每组至少要求拿到一条纸带,由拿到纸带的同学计算得到加速度a 填入表格中.在这个过程中因为实验有限,要求学生发挥团队精神,积极配合.利用在第一张中分析纸带的方法计算车小车上每条纸带的加速度的平均值.(可以参阅人教版教材必修一47页习题四的计算方法)
指导学生根据所得的实验数据画出小车的a与f的关系头像,以及a与质量m的关系
从而验证了前面推出的结论:a∝F/m或F ∝ma
六、练习:
下面哪些说法不对？为什么？
A．物体所受合外力越大，加速度越大．
B．物体所受合外力越大，速度越大．
C．物体在外力作用下做匀加速直线运动，当合外力逐渐减小时，物体的速度逐渐减小．D．物体的加速度大小不变一定受恒力作用．
七、布置作业
参考资料的相应题目.
八、板书设计
九、教学后记。