2026版创新设计高考一轮复习物理实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系

实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系第三章运动和力的关系目

录CONTENTS夯实必备知识01研透核心考点02提升素养能力03夯实必备知识1原理装置图操作要求注意事项1.控制变量法(1)保持小车质量不变，探究加速度与合力的关系。(2)保持小车所受合力不变，探究加速度与质量的关系。2.改变小车质量M或槽码质量m时，无需重新平衡阻力。3.使用力传感器或弹簧测力计可测出细绳拉力时，无需满足M≫m。1.用天平测量槽码的质量m和小车的质量M。2.根据设计要求安装实验装置，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上。3.在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑。4.槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，接通电源后放开小车，断开电源取下纸带，编写号码，保持小车质量M不变，改变槽码质量m，重复实验得到纸带;保持槽码的质量m不变，改变小车的质量M，重复实验得到纸带。1.平衡阻力:平衡阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车连着纸带匀速运动。2.质量:槽码质量m远小于小车质量M。3.平行:使细绳与长木板平行。4.靠近:小车从靠近打点计时器的位置释放。5.先后:实验时先接通电源后释放小车。1.利用Δx＝aT2及逐差法求a。2.以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比。3.以a为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与M成反比。研透核心考点2考点二创新拓展实验考点一教材原型实验考点三教材实验拓展——测动摩擦因数或物体的质量考点一教材原型实验例1

(2024·浙江1月选考，16Ⅰ)如图甲所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是

。

A.放大法

B.控制变量法 C.补偿法解析

该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们可以控制其中一个物理量不变，研究另外两个物理量之间的关系，即采用了控制变量法，故B正确。答案

B

(2)该实验过程中操作正确的是

。

A.平衡阻力时小车未连接纸带B.先接通打点计时器电源，后释放小车C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行解析

平衡阻力时小车需要连接纸带，通过纸带上的点间距判断小车是否在长木板上做匀速直线运动，故A错误;由于小车速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在纸带上尽可能多地获取计数点，实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车，故B正确;为使小车所受拉力与速度同向，应调节滑轮高度使细绳与长木板平行，故C错误。答案

B

(3)在小车质量

(选填“远大于”或“远小于”)槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。上述做法引起的误差为

(选填“偶然误差”或“系统误差”)。为减小此误差，下列可行的方案是

。

A.用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车B.在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器C.在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小

统误差;该误差是将细绳拉力用槽码重力近似替代所引入的，不是由于车与木板间存在阻力(实验中已经平衡了阻力)或是速度测量精度低造成的，为减小此误差，可在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小，故C正确。答案远大于系统误差C

1.用如图甲所示的装置“探究小车的加速度与小车受力、小车质量的关系”的实验。跟踪训练(1)除了图中所给器材以及交流电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是

(选填正确选项的字母)。

A.秒表

B.天平(含砝码)C.弹簧测力计

D.刻度尺(2)实验前平衡阻力的做法是:把实验器材安装好，先不挂沙桶，将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。用垫块把木板不带滑轮一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直到小车拖动纸带沿木板做

运动。

(3)为使沙桶和沙的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需满足的条件是沙桶及沙的总质量

小车的总质量(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”)。

(4)实验中打出的一条纸带的一部分如图乙所示。纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C，相邻计数点之间还有4个点没有标出。打点计时器接在频率为50Hz的交流电源上。则打点计时器打B点时，小车的速度vB＝

m/s。多测几个点的速度作出v－t图像，就可以算出小车的加速度。

(5)为研究加速度和力的关系，要保证

的总质量不变，改变沙桶内沙的质量，重复做几次实验，通过实验数据来研究加速度和力的关系。

(6)在研究加速度与力的关系时，该同学根据实验数据作出的a－F图像如图丙所示，发现该图线不通过坐标原点且BC段明显偏离直线，分析其产生的原因，下列说法正确的是

。

A.不通过坐标原点可能是因为平衡阻力不足B.不通过坐标原点可能是因为平衡阻力过度C.图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满足远小于小车总质量的条件D.图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满足远大于小车总质量的条件

答案

(1)BD

(2)匀速直线(3)远小于(4)0.44(5)小车(6)AC

(7)C解析

(1)利用天平测量质量，利用打点计时器可以计时，打出的纸带需测量长度求加速度，所以还需要天平和刻度尺，A、C错误，B、D正确。(2)平衡阻力时应使小车拖动纸带在木板上做匀速直线运动。(3)为了使沙桶及沙的重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需要使沙桶及沙的总质量远小于小车的总质量。

考点二创新拓展实验创新角度实验举例实验器材创新位移传感器，速度传感器，拉力传感器，气垫导轨，光电门创新角度实验举例实验原理创新挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑，取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，可知小车所受合力为mg。改变砝码质量，多次重复实验探究加速度与物体受力的关系。创新角度实验举例实验目的创新(1)求出物块通过两光电门的速度，由＝2ax得出物块的加速度(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角度改进测量力的方案拉力传感器、弹簧测力计

“近似等于小盘和砝码的总重力”，因此不需要满足m≪M。例2

(2025·湖南师大附中开学考试)图甲为“探究加速度与物体所受合外力关系”的实验装置，实验中所用小车的质量为M，重物的质量为m，实验时改变重物的质量，记下测力计对应的读数F。(1)实验过程中，

(填“需要”或“不需要”)满足M≫m。

解析

实验中，细线对动滑轮和小车的作用力通过弹簧测力计测量，不需要满足M≫m。答案不需要(2)实验过程中得到如图乙所示的纸带，已知所用交流电的频率为50Hz。其中A、B、C、D、E为五个计数点，相邻两个计数点之间还有4个点没有标出，根据纸带提供的数据，可求出小车加速度的大小为

m/s2(计算结果保留3位有效数字)。

答案

0.638

(3)当重物质量合适时，小车做匀速运动，此时测力计的读数为F0。更换重物，用a表示小车的加速度，F表示弹簧测力计的示数，下列描绘的a－F关系图像合理的为

。

答案

D角度改进测量加速度的方案

例3

(2024·江西卷，11)某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图(a)所示，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定一遮光片，细线一端与小车连接，另一端跨过定滑轮挂上钩码。(1)实验前调节轨道右端滑轮高度，使细线与轨道平行，再适当垫高轨道左端以平衡小车所受摩擦力。(2)小车的质量为M1＝320g。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度a。钩码所受重力记为F，作出a－F图像，如图(b)中图线甲所示。(3)由图线甲可知，F较小时，a与F成正比;F较大时，a与F不成正比。为了进一步探究，将小车的质量增加至M2＝470g，重复步骤(2)的测量过程，作出a－F图像，如图(b)中图线乙所示。(4)与图线甲相比，图线乙的线性区间

，非线性区间

。再将小车的质量增加至M3＝720g，重复步骤(2)的测量过程，记录钩码所受重力F与小车加速度a，如表所示(表中第9~14组数据未列出)。

序号12345钩码所受重力F/(×9.8

N)0.0200.0400.0600.0.800.100小车加速度a/(m·s－2)0.260.550.821.081.36序号6789~1415钩码所受重力F/(×9.8

N)0.1200.1400.160……0.300小车加速度a/(m·s－2)1.671.952.20……3.92解析

根据题图(b)分析可知，与图线甲相比，图线乙的线性区间较大，非线性区间较小。答案较大较小(5)请在图(b)中补充描出第6至8三个数据点，并补充完成图线丙。解析

在坐标系中进行描点，结合其他点用平滑的曲线拟合，使尽可能多的点在线上，不在线上的点均匀分布在线的两侧，如图所示。答案

见解析图(6)根据以上实验结果猜想和推断:小车的质量

时，a与F成正比。结合所学知识对上述推断进行解释:

。

答案远大于钩码的质量见解析衔接教材

粤教版教材必修第一册P103(如图4－2－1)4－2－1探究加速度与力、质量之间的定量关系衔接分析教材中的实验通过控制滑块质量不变，改变小桶中的橡皮泥使滑块受到的合外力的变化，得到a－F图像，实验中通过光电门求得加速度。2024江西卷第11题实验题求加速度的方案与教材相同，高考题还改变了小车的质量进行了多次实验，可以说是教材实验的升华。例4

(2025·辽宁丹东一模)某实验小组的同学设计了测量物体质量的实验，所用器材如图甲所示。主要步骤如下:考点三教材实验拓展——测动摩擦因数或物体的质量(1)用游标卡尺测量滑块上遮光条的宽度d，读数如图乙所示，则d＝

mm。

解析

20分度的游标卡尺精确度为0.05

mm，由题图乙可知读数为5

mm＋6×0.05

mm＝5.30

mm。答案

5.30(2)滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过第一个光电门的时间为Δt1，通过第二个光电门的时间为Δt2，遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为t，则滑块的加速度大小的表达式为a＝

(用Δt1、Δt2、t和d表示)。

答案

B

(5)则待测物体的质量M＝

(用k1、k2、b表示)。

跟踪训练2.(2023·湖北卷，11)某同学利用测质量的小型家用电子秤，设计了测量木块和木板间动摩擦因数μ的实验。如图(a)所示，木板和木块A放在水平桌面上，电子秤放在水平地面上，木块A和放在电子秤上的重物B通过跨过定滑轮的轻绳相连。调节滑轮，使其与木块A间的轻绳水平，与重物B间的轻绳竖直。在木块A上放置n(n＝0，1，2，3，4，5)个砝码(电子秤称得每个砝码的质量m0为20.0g)，向左拉动木板的同时，记录电子秤的对应示数m。(1)实验中，拉动木板时

(填“必须”或“不必”)保持匀速。

(2)用mA和mB分别表示木块A和重物B的质量，则m和mA、mB、m0、μ、n所满足的关系式为m＝

。

(3)根据测量数据在坐标纸上绘制出m－n图像，如图(b)所示，可得木块A和木板间的动摩擦因数μ＝

(保留2位有效数字)。

答案

(1)不必(2)mB－μ(mA＋nm0)

(3)0.40解析

(1)木块与木板间的滑动摩擦力与两者之间的相对速度的大小无关，则实验中拉动木板时不必保持匀速。(2)对木块、砝码以及重物B分析可知μ(mA＋nm0)g＋mg＝mBg解得m＝mB－μ(mA＋nm0)。

提升素养能力31.(2024·甘肃卷，11)用图甲所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系。(1)以下操作正确的是

(单选，填正确答案标号)。

A.使小车质量远小于槽码质量B.调整垫块位置以补偿阻力C.补偿阻力时移去打点计时器和纸带D.释放小车后立即打开打点计时器(2)保持槽码质量不变，改变小车上砝码的质量，得到一系列打点纸带。其中一条纸带的计数点如图乙所示，相邻两点之间的距离分别为s1，s2，…，s8，时间间隔均为T。下列加速度算式中，最优的是

(单选，填正确答案标号)。

由图丙可知，在所受外力一定的条件下，a与M成

(选填“正比”或“反比”);甲组所用的

(选填“小车”“砝码”或“槽码”)质量比乙组的更大。

答案

(1)B

(2)D

(3)反比槽码解析

(1)为使细绳上的拉力近似等于槽码重力，需使小车及车中砝码的质量远大于槽码质量，A错误;补偿阻力时，需调整垫块的位置，使小车拖动纸带打出点迹均匀的点，B正确，C错误;应先接通打点计时器电源，待打点稳定后，再释放小车，D错误。

2.(2025·江西上饶模拟)某实验小组用如图甲所示的装置做“探究加速度与力关系”实验。打点计时器所接电源的频率为50Hz，滑轮、长木板均光滑。(1)按正确的方法实验操作后，得到的一条纸带部分如图乙所示，纸带上各点均为计时点，由此可得打点计时器打出B点时小车的速度大小vB＝

m/s，小车的加速度大小a＝

m/s2(结果均保留2位有效数字)。

(2)改变重物，多次实验，得到多组弹簧测力计示数F和对应的小车加速度大小a，以F为横轴、a为纵轴作出a－F图像，该图像的斜率为k，则小车的质量M＝

(用k表示)。

(3)某次实验时弹簧测力计的示数为F0，则此次实验中重物的加速度为

。

根据逐差法求出小车的加速度大小

3.某同学在做探究加速度与力和质量的关系的实验中，设计了如图甲所示的实验装置。(1)利用游标卡尺测量遮光条的宽度，测量结果如图乙所示，遮光条的宽度d＝

cm。

(2)实验中是否需要保证钩码的质量m远小于滑块的质量M。

(选填“需要”或“不需要”)。

(3)将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平;将滑块移至图示位置，测出遮光条到光电门的距离s;打开气源，释放滑块，读出遮光条通过光电门的挡光时间t，可得滑块经过光电门时的速度大小v＝

，滑块运动的加速度大小a＝

(用d、t、s表示)。

(4)实验时用拉力传感器直接测得的拉力F，则滑块运动的加速度a与拉力F的关系图像最符合本实验实际情况的是

(选填选项前的字母)。

(4)传感器的读数直接得出了拉力F，滑块在气垫导轨上运动不受摩擦力作用，F就是滑块所受的合外力，没有系统误差，所以图像应该是一条通过原点的倾斜的直线，故选C。4.在天宫课堂中、我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验，受此启发。某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示。主要步骤如下:①将力传感器固定在气垫导轨左