2026版《全品高考》选考复习方案物理04 实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 【答案】听课答案

《全品选考复习方案》2026版《全品高考》选考复习方案物理04实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系【答案】听课答案实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系例1(1)acbde(2)1.46(3)gC[解析](1)按照实验原理,题中五个步骤的先后顺序应该为acbde.(2)根据xm-xn=(m-n)aT2,可知a=(8.62-4.24)×10-23×0.12m/s2(3)实际小车所受拉力F实<mg,对小车有F实=Ma,对沙和小桶有mg-F实=ma,联立得a=mgM+m=gMm+1,当m远大于M时,a≈g.上述误差是由细线拉力测量不准确造成的,与m增加的快慢和a的测量无关,故A、B错误,C正确;本实验需要保证小车和砝码总质量一定,例2(1)1∶2(2)远小于(3)相同(4)AB[解析](1)小车做初速度为零的匀加速直线运动,由匀变速直线运动的位移公式x=12at2可知a=2xt2,由于两小车的运动时间t相等,则两车的加速度之比等于位移之比,为1(2)根据牛顿第二定律,对小盘和砝码有mg-F=ma,对小车有F=Ma,联立得a=mgM+m,则拉力F=Ma=MmgM+m=mg1+mM,所以当m≪(3)本实验采用控制变量法,探究加速度与质量之间的关系时,应控制变量,保证受力不变,则应在小盘中放质量相同的砝码.(4)若平板保持水平,选用更光滑的平板,则摩擦力更趋近于0,此时合外力更趋近于细绳的拉力,有利于减小误差,故A正确;平板右端适当垫高以补偿阻力,此时合外力即为细绳的拉力,可认为合外力不变,有利于减小误差,故B正确;若存在摩擦力,则合外力为拉力与摩擦力的合力,当小车的质量发生变化时,摩擦力也会变,合外力会变化,此时就不能保证小车受到的合外力不变,误差较大,故C错误.例3(1)甲甲和乙(2)4.50(4.46~4.54均可)1.22.5(2.2~2.8均可)[解析](1)因为乙方案中可以通过力传感器测出拉力的大小,所以乙方案不需要满足小车质量远大于重物质量这一条件,而甲方案需要;甲和乙两个方案都需要倾斜长木板补偿阻力.(2)由题图丙可知,A、B之间位移大小为4.50cm;因为交流电源的频率为50Hz,故其周期为0.02s,点B的速度为前后两点之间的平均速度,即有v=(6.90-2.20)×10-20.04m/s≈1.2m/s;根据匀变速直线运动的位移差公式Δx=aT2,可得a=ΔxT2=(9.40-4.50)×10-2例4(1)AC(2)AmAaA=mBaB(3)不影响[解析](1)连接小车的细绳与桌面要平行,保证绳子拉力沿桌面方向,故A正确;补偿两小车和桌面间的阻力时,无需在动滑轮下方挂钩码,故B错误;根据实验原理可知只要保证两小车合力相等就可以达到实验目的,所以不需要测出动滑轮和钩码的质量,也不需要满足滑轮和钩码总质量必须远小于两个小车的质量这个要求,故C正确,D错误.(2)根据匀变速直线运动的判别式Δx=aT2,同时纸带A上点迹之间的位移差更大,所以A车的加速度更大;根据牛顿第二定律可知,若满足mAaA=mBaB,则可验证加速度与质量的关系.(3)根据上述分析可知,即使没有同时释放小车,也不影响实验结果.例5(2)0.50(3)如图所示0.41[解析](2)每相邻两计数点间还有4个未标出的计时点,则T=0.1s,由逐差法可得a0=x36-x039(3)根据牛顿第二定律可知m2g-μm1g=(m1+m2)a1、m1g-μm2g=(m1+m2)a2,可得a1=(1-μ)g-a2,由图像可得纵轴截距为5.75m/s2,则(1-μ)g=5.75,可得动摩擦因数μ=0.41.实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系1.(1)CD(2)③(3)1.0(4)B[解析](1)每次改变小车质量时,不需要重新平衡摩擦力,选项A错误.实验时应先接通电源后释放小车,选项B错误.实验中为了保证小桶及砝码的重力等于绳子的拉力,需要满足m1远大于m2,选项C正确.由于加速度与质量成反比,作a⁃m1图像无法直观地看出a与m1的定量关系,所以为了得出线性关系需要作a⁃1m1图像,选项D(2)若遗漏了平衡摩擦力这一步骤,则F增加到一定值时,小车才有加速度,即图线与横轴正半轴有交点,可知a⁃F图像可能是题图乙中的图线③.(3)根据Δx=aT2,运用逐差法得a=xCE-xAC4T2=21.60-8.79-8.794×0.01×10(4)以小车与小桶(含砝码)组成的系统为研究对象,系统所受的合外力等于小桶(含砝码)的重力m2g,有m2g=(m1+m2)a,小车的加速度a=m2gm1+m2,小车受到的拉力F=m1a=m1m1+m2m2g,当m2≪m1时,可以认为小车受到的合力等于小桶(含砝码)的重力,如果小桶(含砝码)的质量太大,则小车受到的合力小于小桶(2.(1)BC(2)0.51.05[解析](1)四组实验中长木板都是水平放置,都需要平衡摩擦力,A错误,B正确;四组实验中,乙、丁都能用弹簧测力计测量细线的拉力,丙用力传感器测量细线的拉力,只有甲不能测量绳的拉力,用重物的重力替代细线的拉力,需要满足所挂重物质量m远小于小车的总质量M的条件,C正确,D错误.(2)根据Δx=aT2,解得a=xCE-xAC4T2=0.5m/s2;D点对应的瞬时速度vD=3.(1)不需要(2)0.75(3)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足1.0(4)2F-ma[解析](1)该实验中采用拉力传感器测量绳的拉力,并不是采用沙和沙桶的总重力替代绳的拉力,所以该实验不需要保证沙和沙桶的总质量m远小于小车的质量M.(2)小车的加速度为a=0.1965-0.0645)-0.06450.30.75m/s2.(3)根据图像,小车受到拉力时加速度等于零,表明没拉动小车,所以此图像不过原点的原因可能是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足;根据牛顿第二定律得2F-Ff=Ma,解得a=2MF-FfM,根据图像得2M=4.0-02.5-0.5,解得(4)根据牛顿第二定律得2F-μmg=ma,解得μ=2F-mamg4.(1)使细绳的拉力为小车做匀加速运动的合外力需要(2)2.0(3)偏小[解析](1)本实验使用了拉力传感器,实验时需要适当抬高长木板的右端以平衡摩擦力,其目的是使细绳的拉力为小车做匀加速运动的合外力.平衡摩擦力时,小车需要连接纸带,因为小车连接纸带运动时,纸带与打点计时器之间也存在阻力,且需要通过打点判断小车是否做匀速运动.(2)每相邻的两计数点间都有四个点未画出,因此相邻两个计数点之间的时间间隔为T=0.02×5s=0.1s,由逐差法有a=xCE-xAC4(3)观察题图丙可知,当细绳上的拉力达到一定值时,小车才有加速度,这说明平衡摩擦力不足,长木板的倾角偏小.5.(1)2.30(2)C(3)AC(4)不可以[解析](1)游标卡尺的读数为2mm+6×120mm=2.30mm(2)当轻绳挂上总质量为m的钩码时,木块匀速下滑,受力平衡,则Mgsinθ-Ff=mg,取下轻绳和钩码,木块从木板顶端释放后沿木板下滑,其合力F=Mgsinθ-Ff=mg,不必满足M远大于m,故选C.(3)要探究质量一定时,加速度与合力的关系,只需探究木块的加速度a与合力mg间的关系,由v22-v12=2aL,得a=v22-v122L,而v2=dt2,v1=(4)只要木块用轻绳挂钩码时能匀速下滑,取下轻绳和钩码后木块下滑时就有合力F=mg,长木板表面是否涂上润滑油对实验结果没有影响.实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系实验方案1用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系一、实验目的1.探究同一个物体在受到不同力的作用时,加速度与受力的定量关系.2.探究同一个力作用在不同质量的物体上时,加速度与物体质量的定量关系.二、实验原理1.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,探究加速度与拉力的定量关系.2.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,探究加速度与质量的定量关系.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、槽码(若干个)、夹子、细绳、垫木、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺.四、实验步骤1.称量质量——用天平测量小车的质量M0.2.安装器材——按照如图所示装置把实验器材安装好,只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车牵引力).3.补偿阻力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块垫木,反复移动垫木的位置,直至小车在木板上运动时可以保持匀速直线运动状态.4.让小车靠近打点计时器,挂上槽码,先接通电源,再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑,打出一条纸带.计算槽码的重力,即为小车所受的合力,由纸带计算出小车的加速度,并把力和对应的加速度填入表1中.5.改变槽码的质量,重复步骤4,并多做几次.6.保持槽码的质量不变,在小车上放上砝码以改变小车的质量,让小车在木板上运动,打出纸带.计算出小车上砝码和小车的总质量M,并由纸带计算出小车对应的加速度,将所对应的质量和加速度填入表2中.7.改变小车上砝码的个数,重复步骤6,并多做几次.表1小车质量一定拉力F加速度a表2小车所受的拉力一定质量M加速度a五、数据处理1.计算加速度——先在各条纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离,再根据逐差法计算纸带对应的加速度.2.作图像找关系——根据表1中记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F,建立直角坐标系,描点画a⁃F图像,如果图像是一条过原点的倾斜直线,便证明加速度与合力成正比.再根据表2中记录的各组对应的加速度a与小车和小车上砝码的总质量M,建立直角坐标系,描点画a⁃1M图像,如果图像是一条过原点的倾斜直线,就证明了加速度与质量成反比六、误差分析1.因实验原理不完善引起误差.以槽码(槽码质量为m)为研究对象得mg-F=ma;以小车和小车上砝码整体(整体质量为M=M0+m砝)为研究对象得F=Ma;求得F=MM+m·mg=11+mM·mg<mg.2.阻力补偿不准确造成误差.3.质量的测量、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量、细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差.4.实验得到的理想a⁃F图像应是一条过原点的直线,但由于实验误差影响,常出现如图所示的三种情况(说明见下表).图线特征产生原因①图线的上部弯曲当小车受力F较大时,不满足“槽码的总质量远小于小车和小车上砝码的总质量”的条件②图线在a轴的截距大于0补偿阻力时长木板的倾角过大,F=0(即不挂槽码)时小车就具有了加速度③图线在F轴的截距大于0补偿阻力时长木板的倾角过小,或未补偿阻力,只有当F增加到一定值时,小车才获得加速度七、注意事项1.补偿阻力:在补偿阻力时,不要把悬挂槽码的细绳系在小车上.2.不重复补偿阻力:补偿了阻力后,不管以后是改变槽码的质量还是改变小车和小车上砝码的总质量,都不需要重新补偿阻力.3.一先一后一按住:改变拉力或小车质量后,每次实验开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后放开小车,且应在小车到达定滑轮前按住小车.4.作图:作图时,两坐标轴单位长度的比例要适当,要使尽可能多的点落在所作直线上,不在直线上的点应尽可能均匀地分布在所作直线两侧.实验方案2通过位移之比测量加速度之比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.把木板一端垫高,参考方案1的方法补偿阻力的影响.两小车后端各系一条细线,用一个物体,例如黑板擦,把两条细线同时按压在木板上(如图所示).抬起黑板擦,两小车同时开始运动,按下黑板擦,两小车同时停下来.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.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.例1[2024·绍兴一中模拟]“探究加速度与物体受力的关系”的实验装置如图甲所示.(1)实验的五个步骤如下:a.将纸带穿过打点计时器并将一端固定在小车上;b.把细线的一端固定在小车上,另一端通过定滑轮与小桶相连;c.平衡阻力,让小车做匀速直线运动;d.接通电源后释放小车,小车在细线拉动下运动,测出小桶(和沙)的重力mg,作为细线对小车的拉力F,利用纸带测量出小车的加速度a;e.更换纸带,改变小桶内沙的质量,重复步骤d的操作.按照实验原理,这五个步骤的先后顺序应该为:(将序号排序).

(2)实验中打出的某一条纸带如图乙所示.相邻计数点间的时间间隔是0.1s,由此可以算出小车运动的加速度是m/s2.

(3)利用测得的数据,可得到小车质量M一定时,运动的加速度a和所受拉力F(F=mg,m为沙和小桶的总质量,g为重力加速度)的关系图像如图丙所示.拉力F较大时,a⁃F图线明显弯曲,产生误差.若不断增加小桶中沙的质量,a⁃F图像中各点连成的曲线将不断延伸,那么加速度a的趋向值为(用题中出现的物理量表示).为避免上述误差可采取的措施是.

A.每次增加桶内沙子的质量时,增幅小一点B.测小车的加速度时,利用速度传感器代替纸带和打点计时器C.将无线力传感器捆绑在小车上,再将细线连在力传感器上,用力传感器读数代替小车所受拉力D.在增加桶内沙子质量的同时,在小车上增加砝码,确保沙和小桶的总质量始终远小于小车和砝码的总质量例2[2024·宁波模拟]用如图甲所示的装置进行“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验,图乙是其俯视图.两个相同的小车放在平板上,车左端各系一条细绳,绳跨过定滑轮各挂一个相同的小盘.实验中可以通过增减车中的钩码来改变小车的质量,通过增减盘中的砝码来改变拉力.两个小车右端通过细绳用夹子固定,打开夹子,两小车在小盘和砝码的牵引下运动,合上夹子,两小车同时停止.(1)实验中,两小车通过的位移之比为1∶2,则两小车的加速度之比为.

(2)为使小车所受的拉力近似等于小盘和砝码的总重力,应使小盘和砝码的总质量(选填“远大于”或“远小于”)小车的质量.

(3)探究加速度与质量之间的关系时,应在小盘中放质量(选填“相同”或“不相同”)的砝码.

(4)探究加速度与质量之间的关系时,事实上小车和平板间存在摩擦力,下列说法中正确的是(填选项前的字母).

A.若平板保持水平,选用更光滑的平板有利于减小误差B.平板右端适当垫高以补偿阻力有利于减小误差C.因为两小车质量相同时与桌面的摩擦力相同,所以摩擦力不影响实验结果创新角度实验装置图创新解读实验原理的创新(1)利用力传感器可得轻绳上拉力大小(2)将探究加速度与合力的关系转化为探究加速度与力传感器的示数的关系实验器材的创新利用位移传感器与计算机相连,测量小车的加速度(1)用光电门代替打点计时器,结合遮光条的宽度可测滑块的速度(2)利用气垫导轨代替长木板,无需补偿阻力(3)由力传感器测滑块的拉力,无需满足m≪M实验目的的创新(1)结合光电门得出物块在A、B两点的速度,由vB2-vA(2)结合牛顿第二定律,由mg-μMg=(M+m)a得出物块与水平桌面间的动摩擦因数例3(实验原理创新)[2024·杭州模拟]做“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验时,图甲是教材中的实验方案,图乙是拓展方案.(1)两种方案中,需要满足小车质量远大于重物质量这一条件的方案是(选填“甲”“乙”或“甲和乙”);需要倾斜长木板补偿阻力的方案是(选填“甲”“乙”或“甲和乙”).

(2)已知交流电源的频率为50Hz,某次实验用图乙方案得到的纸带如图丙所示,则A、B之间的位移大小是cm,计时器打点B时,纸带的速度大小v=m/s,则由该部分纸带可求得小车的加速度a=m/s2.(后两空结果均保留两位有效数字)

[反思感悟]

例4(实验方案创新)[2024·温州模拟]在学习了牛顿第二定律后,某同学设计了“验证加速度与质量关系”的实验装置,原理如图甲所示.实验操作步骤如下:a.根据原理图组装并调试好仪器;b.在两小车上放置不同数量的槽码,用天平分别测出A、B两车及其槽码的质量,计为mA、mB;c.在动滑轮下方挂上适当数量的钩码,接通两打点计时器,同时释放A、B两小车,分别打出1、2两条纸带,如图乙所示;d.根据A、B两小车的总质量及对应纸带数据来验证加速度与质量的关系.(1)下列有关本实验的操作,有必要的是.

A.连接小车的细绳与桌面要平行B.补偿两小车和桌面间的阻力时,需要在动滑轮下方挂上适当的钩码,并保证两小车均做匀速运动C.本实验不需要测出动滑轮和钩码的总质量D.要求动滑轮及所挂钩码的总质量远远小于任一小车的质量(2)测量得到相邻计数点间的距离如图乙所示(单位:cm,相邻两计数点间有4个点未画出),由此可以判断出小车(填“A”或“B”)的加速度较大.求出A、B两车加速度aA、aB,若在误差允许范围内满足(用aA、aB、mA、mB表示),则可验证加速度与质量的关系.

(3)实验操作时如果没有同时释放A、B两小车,其他操作正确且打出的纸带清晰,则是否影响本实验的验证?(填“影响”或“不影响”).

例5(实验目的创新)[2024·金华义乌中学模拟]某同学在实验室取两个材质及底面粗糙程度均相同的木盒,来测量木盒和木板之间的动摩擦因数.他采用“对调法”,可省去称质量的步骤.如图甲所示,一端装有定滑轮的长木板放置在水平桌面上,木盒1放置在长木板上,左端与穿过打点计时器的纸带相连,右端用细线通过定滑轮与木盒2相连.(1)实验前,要调整定滑轮的角度,使细线与木板平行.(2)木盒1不放细沙,在木盒2中装入适量的细沙,接通电源,释放纸带,打点计时器打出一条纸带,木盒1与木盒2(含细沙)位置互换,换一条纸带再次实验,打出第二条纸带,两纸带编号为第一组.改变木盒2中细沙的质量,重复上述过程,得到多组纸带.图乙为某组实验中获得的两条纸带中的一条:0、1、2、3、4、5、6是计数点,每相邻两计数点间还有4个未标出的计时点,已知交流电源的频率为50Hz,该纸带运动的加速度a0=m/s2.(结果保留两位有效数字)

(3)五组实验测得的加速度如表所示,请在丙图中作出a1⁃a2的关系图像,已知当地重力加速度为9.80m/s2,由图像可得动摩擦因数为(结果保留两位有效数字).

组次12345a1/(m·s-2)3.003.244.004.805.31a2/(m·s-2)2.812.601.821.00a0实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系(限时40分钟)1.[2024·余杭高级中学模拟]如图甲所示为“探究加速度与物体受力、质量的关系”实验装置图.图甲中A为小车,B为装有砝码的小桶,C为一端带有定滑轮的长木板,小车通过纸带与电火花计时器相连,打点计时器接50Hz交流电.小车的质量为m1,小桶(及砝码)的质量为m2.(1)下列说法正确的是.

A.每次改变小车质量时,应重新平衡摩擦力B.实验时应先释放小车后接通电源C.本实验m1应远大于m2D.在用图像探究加速度与质量关系时,应作a⁃1m(2)实验时,某同学由于疏忽,遗漏了平衡摩擦力这一步骤,他测量得到的a⁃F图像,可能是图乙中的图线(选填“①”“②”或“③”).

(3)如图丙所示为一次记录小车运动情况的纸带的一部分,从比较清晰的点迹起,在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E,相邻两个计数点之间都有4个点迹没有标出,测出各计数点到A点之间的距离.则此次实验中小车运动的加速度的测量值a=m/s2.(结果保留2位有效数字)

(4)如图丁所示,探究a⁃F图像时,发现在AB段明显偏离直线,此误差的主要原因是.

A.小车与木板之间存在摩擦B.小桶(含砝码)的质量太大C.所用小车质量太大2.[2024·绍兴模拟]在某次探究加速度与力、质量的关系的实验中,甲、乙、丙、丁四位同学分别设计了如图所示的实验装置,小车总质量用M表示,重物质量用m表示.(1)为便于测量合力的大小,并得到小车总质量一定时,小车的加速度与所受合力成正比的结论,下列说法正确的是.(填选项前的字母)

A.四组实验中只有甲需要平衡摩擦力B.四组实验都需要平衡摩擦力C.四组实验中只有甲需要满足所挂重物质量m远小于小车的总质量M的条件D.四组实验都需要满足所挂重物质量m远小于小车的总质量M的条件(2)如图戊是一次实验中记录小车运动情况的纸带,图中A、B、C、D、E为相邻的计数点,相邻计数点间的时间间隔为T=0.2s,该小车运动的加速度a=m/s2,计数点D对应的瞬时速度vD=m/s.

3.[2024·金华模拟]实验小组做“探究在质量不变的情况下物体的加速度与所受合外力关系”的实验.如图甲所示为实验装置示意图.(1)该实验中(选填“需要”或“不需要”)保证沙和沙桶的总质量m远小于小车的质量M.

(2)如图乙所示是实验中选择的一条合适的纸带(纸带上相邻的两个计数点之间还有4个计时点没有画出),相关的测量数据已标在纸带上,已知打点计时器的打点频率为50Hz,则小车的加速度a=m/s2(结果保留两位有效数字).

(3)保持小车的质量不变,改变沙桶中沙的质量,记录多组传感器的读数F和对应纸带的加速度a的数值,并根据这些数据,绘制出如图丙所示的a⁃F图像,分析此图像不过原点的原因可能是,实验所用小车的质量为M=kg(结果保留两位有效数字).

(4)小组同学又利用“验