4.2实验：探究加速度与力、质量的关系（解析版）-2022-2023学年高一物理备课必备讲义（人教2019必修第一册 ）

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第四章 运动和力的关系
4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
课标要求 素养要求
课
标
解
读
1.学会用控制变量法探究物理规律.
2.会测量加速度、力和质量，能作出物体运动
的a－F、a－图像.
3.能通过实验数据及图像得出加速度与力、质
量的关系．
1．科学探究：通过实验探究加速度
与力、质量的关系，掌握实验过程
和实验方法，理解图像法处理实验
数据的有效性和“化曲为直”的思
想方法。
2. 科学态度与责任：明确影响物体
加速度的两个因素——力和质量，
学会 控制变量法探究物理规律，体
会探究实验的科学性和合理性。
一、实验思路——控制变量法
1．探究加速度与力的关系
保持小车质量不变，通过改变槽码的 个数 改变小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析
加速度与拉力的定量关系．
2．探究加速度与质量的关系
保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量，测得不同质量的小车对应的加速度，
分析加速度与质量的定量关系．
二、物理量的测量
1．质量的测量：用天平测量．在小车中增减砝码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，然后由 a＝计算出加速度 a.
(2)方法 2：由纸带根据公式 Δx＝aT2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，求加速度之比．例如：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，测出各自的位移 x1、x2，则＝，把加速度的测量转换成位移的测量．
3．力的测量
在阻力得到补偿的情况下，小车受到的拉力等于小车所受的合力．
(1)在槽码的质量比小车的质量小得多时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受 的重力 ．
(2)使用力传感器可以直接测量拉力的大小，不需要使槽码的质量远小于小车的质量．
三、实验器材
小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天
平 ．
四、进行实验(以参考案例 1为例)
1．用天平测出小车的质量 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(小车上先不系细线)．
3．补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置，启动打点计时器，直到轻
推小车使小车在木板上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)，此时小车重力沿木板方
向的分力等于打点计时器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和．
4．把细线绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上槽码．保持小车质量不变，改变槽码的个数，以改变小车
所受的拉力．处理纸带，测出加速度，将结果填入表 1中．
表1　小车质量一定
拉力 F/N
加速度 a/(m·s－2)
5.保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上增减砝码，重复上面的实验，求出相应的加
速度，把数据记录在表 2中．
表2　小车所受的拉力一定
质量 m/kg
加速度 a/(m·s－2)
五、数据分析
1.分析加速度 a与拉力 F的定量关系
由表 1中记录的数据，以加速度 a为纵坐标，以拉力 F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出 a－F图像，
如图所示，若图像是一条过原点的倾斜直线，就能说明 a与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为纵坐标，以为横坐标，根据测量数据描点，然后作出 a－图像，如图所示．
若a－图像是一条过原点的倾斜直线，说明 a与成正比，即 a与m成反比 ．
3．实验结论
(1)保持物体质量不变时，物体的加速度 a与所受拉力 F成正比 ．
(2)保持拉力 F不变时，物体的加速度 a与质量 m成反比 ．
六、注意事项
1．打点前小车应靠近打点计时器且应先启动打点计时器后放开小车．
2．在补偿阻力时，不要(选填“要”或“不要”)悬挂槽码，但小车应连着纸带且启动打点计时器．用手轻
轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿木板
向下的分力平衡．
3．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均匀分布在直线的两侧，个
别偏离较远的点应舍去．
探究点 01 实验原理与实验操作
【探究应用 1】(多选)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(　　)
A．在补偿阻力时，应将槽码通过定滑轮用细绳拴在小车上
B．连接槽码和小车的细绳应与长木板平行
C．补偿阻力后，长木板的位置不能移动，每次改变小车质量时，应重新补偿阻力
D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源，再释放小车
【答案】BD
【解析】
在补偿阻力时，应将细绳从小车上拿去，垫高长木板远离定滑轮的一端，让小车的重力沿木板方向的分力
与小车受到的阻力平衡，故 A错误；若连接槽码和小车的细绳与长木板不保持平行，则绳子拉力的一个分
力等于小车所受的外力，这样导致误差增大，故 B正确；补偿阻力后长木板的位置不能移动，但每次改变
小车的质量时，小车的重力沿木板方向的分力和小车受到的阻力仍能抵消，不需要重新补偿阻力，故 C错
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