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【高中物理·数字实验01】探究加速度与力、质量的关系

发布时间：2026-09-29 13:28:21 最近访问：2026-09-29 13:28:22

牛顿第二定律，几乎是所有版本高中物理的「第一道坎」。传统做法要打点计时器、要处理纸带，一节课大半时间耗在读数画图上了。用 PASCO 无线智能小车，力传感器和速度传感器一次把 F、a 都采了，v‑t 图像实时出来，斜率就是加速度——控制变量、描点、拟合，整堂课能真正用来「探究」而不是「算数」。

下面这篇，是我们学科资源中心「高中物理数字实验」系列的第一篇，完整器材、原理、操作步骤都整理好了，老师可以直接照着开课。

实验信息

适用：高中物理（人教版） · 必修第一册（教材页码 P83）　|　类型：学生分组实验软件：SPARKvue 数据采集软件（PS‑2400‑DIG）　|　器材：PASCO 无线智能小车动力学系统

实验目的

1. 会用控制变量法研究物理规律。

2. 分别探究物体加速度与力、与质量的关系。

3. 掌握利用图像处理数据的方法。

悬挂小桶和配重给小车提供拉力，使小车做加速运动。改变小桶内配重的数量来改变拉力，绳的拉力由小车力传感器直接测量，加速度由小车速度传感器测量。用控制变量法，分别研究小车加速度与拉力、与质量的关系。

探究加速度与力的关系

① 将智能小车放上运动轨道，打开电源。

② 电脑打开「探究加速度与力」实验模板，蓝牙连接小车。

③ 平衡摩擦力：抬高轨道一端，轻推小车，观察 v‑t 图像直到小车匀速为止。

④ 细线一端挂小桶（内放配重），另一端连小车力传感器挂钩，跨过定滑轮；点「开始」释放小车，得到图像。

⑤ 保持小车质量不变，改变配重数量改拉力，重复得 5 组图像，分别求出拉力与加速度，描点画出 a‑F 图像。

探究加速度与质量的关系

同样平衡摩擦力后，保持合外力不变，在小车上加砝码基座改变质量，重复得 5 组图像，画出 a‑m 与 a‑1/m 图像。

把智能风扇（ME‑1242）装到小车上，风扇给小车恒定推力。每次在小车上增加 50 g 钩码，重复采集，对 v‑t 图像合适区域做线性拟合，斜率即加速度，记入表格；画出 a‑m、a‑1/m 图像即可看出反比关系。这种方法不用挂小桶配重，桌面更整洁，适合演示。

视频如下

• 平衡摩擦力时，给小车的初速度要尽量小。

• 用智能小车方案，所挂物体质量不一定要远小于小车质量——这是相对传统方案的明显简化。

• 方法二中，小车总质量 = 自身 + 风扇 + 砝码基座 + 所加钩码，记录时要算全。

引导学生从 a‑F 图像得出「质量一定时 a 与拉力成正比」；从 a‑1/m 的线性拟合归纳出「拉力一定时 a 与质量成反比」。图像一出来，结论就「长」在图上，比讲十遍都直观。