实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系（解析版）-2026届高考物理一轮复习讲义

第三章运动和力的关系

实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系

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q考情分析•探规律：掌握考试内容的变化趋势，建立考情框架

核心知识库：重难考点总结，梳理必背知识、归纳重点

考点1教材原型实验★★★☆☆

考点2创新拓展实验★★★☆☆

（星级越高，重要程度越高）

W真题挑战场：感知真题，检验成果，考点追溯

【考情分析・探规律】

知识点年份涉及试卷及题号

2021海南卷

2022山东卷•13

探究加速度与物体受

力、物体质量的关系2023北京卷•6、2023•上海

2024浙江1月选考761、2024•天津、2024•甘肃、

2024•江西、2024•浙江

20252025•广西、2025•山东、2025•陕晋青宁卷、

2025•浙江

【知识梳理】

考点一教材原型实验

1.实验原理

（1）保持质量不变，探究加速度与合外力的关系.

（2）保持合外力不变，探究加速度与质量的关系.

⑶作出巨图像和〃一5图像，确定〃与尸、机的关系.

2.实验器材

小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度

尺、坐标纸等.

3.实验过程

(1)测量：用天平测量槽码的质量机'和小车的质量m.

(2)安装：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(即不给小车型力).

纸带

噢

才木

［「1

一端附有小车打点计时器

槽码白定滑轮

的长木板实验台

(3)补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，使小车能匀速下滑.

(4)操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源,后放开小车,断开电源，取下纸带，编号

码.

②保持小车的质量机不变，改变槽码的质量机'，重复步骤①.

③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度a

④描点作图，作。一尸图像.

⑤保持槽码的质量机'不变，改变小车质量加，重复步骤①和③，作。一(图像.

4.数据处理

(1)利用逐差法或v-t图像法求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与尸成正比.

(3)以。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与加成反比.

5.注意事项

(1)开始实验前首先补偿阻力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好补偿

小车和纸带受到的阻力.在补偿阻力时,不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的

纸带匀速运动.

(2)实验过程中不用重复补偿阻力.

(3)实验必须保证的条件：

(4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后

释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车.

6.误差分析

(1)实验原理不完善：本实验用槽码的总重力代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重

力.

(2)补偿阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起

误差.

考点二创新拓展实验

实验装置图创新/改进点

(1)实验方案的改进：系统总质量不变化，改变拉力得到若干组

数据

(2)用传感器记录小车的时间t与位移x,直接绘制x-t图像

(3)利用牛顿第二定律求解实验中的某些参量，确定某些规律

位移传感器位移传感器

(发射器)心(接收楚人(1)用传感器与计算机相连，直接得出小车的加速度

(2)图像法处理数据时，用钩码的质量m代替合力F,即用a-m

轨道图像代替a-F图像

光电门光电IJ

dAB(1)用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得物块的初

鼠雪巾细线口

速度和末速度，由运动学公式求出加速度

I.I

(2)结合牛顿第二定律，该装置可以测出动摩擦因数

弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量不需要远小于小

车质量，更无需测钩码的质量

(1)气垫导轨代替长木板，无需平衡摩擦力

(2)力传感器测量滑块所受的拉力，钩码的质量不需要远小于滑

块质量，更无需测钩码的质量

(3)用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得滑块的末

速度，由刻度尺读出遮光条中心初始位置与光电门之间的距

离，由运动学公式求出加速度

【真题挑战】

1.(2025・广西・高考真题)在用如图甲的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验中:

a

加速度传感器M

定滑轮

_

力)

_N

传O♦

1*F

感//

，

重物器

甲乙

⑴探究小车加速度与小车所受拉力的关系时，需保持小车(含加速度传感器，下同)质量不变，这种实验

方法是—O

⑵实验时，调节定滑轮高度，使连接小车的细绳与轨道平面保持—o

(3)由该装置分别探究M、N两车加速度a和所受拉力厂的关系，获得图像如图乙，通过图乙分析实

验是否需要补偿阻力(即平衡阻力)。如果需要，说明如何操作；如果不需要，说明理由。

(4)悬挂重物让M、N两车从静止释放经过相同位移的时间比为"，两车均未到达轨道末端，则两车加速度

之比阳：“N=。

【答案】(1)控制变量法

(2)平行

(3)需要；撤出细绳连接的力传感器和重物，将木板左端用垫块垫起适当高度，使小车能沿木板匀速下滑。

(4)1：n2

【详解】(1)在探究小车加速度与小车所受拉力的关系时，需保持小车(含加速度传感器)质量不变，这

种实验方法是控制变量法。

(2)实验时，为使小车受到的合外力等于细绳的拉力，要调节定滑轮高度，使连接小车的细绳与轨道平

面保持平行，保证细绳对小车的拉力方向与小车运动方向一致，减小实验误差。

(3)由图乙可知，当拉力F为某一值时才产生加速度，说明小车受到摩擦力，需要补偿阻力。补偿方法:

撤出细绳连接的力传感器和重物，将木板左端用垫块垫起适当高度，使小车能沿木板匀速下滑。

(4)两车均从静止释放，都做初速度为零的匀加速直线运动，根据匀变速直线运动的位移公式尤=1。产

2

可知〃=

因为：《=〃：1

联立解得心：勺=4：嗜=1：/

2.（2025・山东•高考真题）某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律，部分实验步骤如下:

（1）将两光电门安装在长直轨道上，选择宽度为〃的遮光片固定在小车上，调整轨道倾角，用跨过定滑轮的

细线将小车与托盘及祛码相连。选用”=cm（填“5.00”或“1.00”）的遮光片，可以较准确地测量遮

光片运动到光电门时小车的瞬时速度。

（2）将小车自轨道右端由静止释放，从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度

匕=0.40m/s、v2=0.81m/s,以及从遮光片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间f=1.00s,计算

小车的加速度m/s2（结果保留2位有效数字）。

（3）将托盘及祛码的重力视为小车受到的合力「改变祛码质量，重复上述步骤，根据数据拟合出a-/图

像，如图乙所示。若要得到一条过原点的直线，实验中应______（填“增大”或“减小”）轨道的倾角。

（4）图乙中直线斜率的单位为（填“kg”或"kg"）。

【答案】(1)1.0。

(2)0.41

⑶增大

(4)kg-1

【详解】（1）实验用遮光片通过光电门的平均速度代替瞬时速度，遮光片宽度越小，代替时的误差越小,

故为较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度，选择宽度较小的d=1.00cm的遮光片;

(2)根据加速度的定义式可得。=上凡=0.41向$2

t

(3)根据图像可知当有一定大小的外力/时此时小车的加速度仍为零，可知平衡摩擦力不足，若要得到

一条过原点的直线，需要平衡摩擦力，故实验中应增大轨道的倾角；

(4)图乙中直线斜率为左=g，根据尸=〃奴可知直线斜率的单位为kg」。

3.(2025•陕晋青宁卷•高考真题)下图为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。

小车一

木版一

/码

实验桌槽码盘

(1)实验中应将木板(填“保持水平”或“一端垫高”)。

(2)为探究加速度。与质量m的关系，某小组依据实验数据绘制的。-机图像如图所示，很难直观看出图线

是否为双曲线。如果采用作图法判断a与机是否成反比关系，以下选项可以直观判断的有=(多

选，填正确答案标号)

A.”"1■图像B.田图像C.。机一机图像D./-相图像

m

（3）为探究加速度与力的关系，在改变作用力时，甲同学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘上；乙同

学将事先放置在小车上的槽码依次移到槽码盘上，在其他实验操作相同的情况下，（填“甲”或"乙”）

同学的方法可以更好地减小误差。

【答案】（1）一端垫高

（2）AC

⑶乙

【详解】（1）实验需补偿阻力，消除木板对小车的阻力的影响，应将木板一端垫高，使小车在无拉力时能

匀速运动。

（2）A.作出。-工图像，可以将。一m图像“化曲为直”，便于判断，。与根是否成反比关系，故A正确；

m

B.作出a-环图像，无法体现。与m是否成反比关系，故B错误；

C.作出图像，若a与机是成反比关系，有。机为定值，则图像是一条平行与横轴的直线，

可见解判断。与机是否成反比关系，故C正确；

D.作出/-加图像，无法体现。与他是否成反比关系，故D错误。

故选ACo

M

（3）甲同学的方法中，槽码依次放在槽码盘上，小车质量M不变，拉力尸=77—mg^mg（m为槽码总

质量），但随着加增大，不满足相•M条件，拉力与冲偏差增大，误差变大；乙同学的方法中，将小车

M

上的槽码移到槽码盘上，总质量M+机不变（M为小车质量，加为槽码质量），拉力尸=-----mgmg（当

M+m

M.根时近似，但实际总质量不变），拉力更接近理论值，系统误差更小，故乙同学方法更好。

4.（2025・浙江・高考真题）“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。

电火花

⑴如图是某次实验中得到的纸带的一部分。每5个连续打出的点为一个计数点，电源频率为50Hz,打下

计数点3时小车速度为—m/s（保留三位有效数字）。

0234

qilll叫1111『］1叫II叩11|1叩11『］1叫111［1111|1川|1川|1111|1叫叫1叫1川|1叫叩|||111|1叫11|||1叫川（11|叫||

234567891011121314151617

单位:cm

(2)下列说法正确的是(多选)

A.改变小车总质量，需要重新补偿阻力

B.将打点计时器接到输出电压为8V的交流电源上

C.调节滑轮高度，使牵引小车的细线跟长木板保持平行

D.小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车

(3)改用如图1所示的气垫导轨进行实验。气垫导轨放在水平桌面上并调至水平，滑块在槽码的牵引下先后

通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门1、2的遮光时间分别为A/2,测得两个

光电门间距为x,用游标卡尺测量遮光条宽度力结果如图2所示，其读数4=—mm,则滑块加速度。=

(用题中所给物理量符号表示)。

光电门2

槽码।口

图1图2

【答案】(1)0.390

(2)CD

(3)10.00

【详解】(1)相邻计数点间的时间间隔T=01s打计数点3时的速度

(16.70-8.90)><10一2,…八，

匕=3=-------------------------m/s=0.390m/s

32T0.2

(2)A.平衡摩擦力时满足

mgsin0—/Mgcos0

两边质量消掉，改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力，选项A错误；

B.电火花计时器需要接220V交流电源，选项B错误；

C.调节滑轮高度，使牵引小车的细线根长木板保持平行，选项C正确；

D.小车应尽量接近打点计时器，并应该先接通电源后释放小车，以充分利用纸带，选项D正确。

故选CDo

(3)[1]遮光条宽度i/=10mm+0.05mmx0=10.00mm

⑵经过两光电门时的速度分别为

vf-V12=2ax

5.（2024.天津.高考真题）某同学用图示装置探究加速度与力的关系

小车纸带打点计时器

（1）为补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力，调节木板倾角，使小车在不挂槽码时运动，并打出纸带进

行检验，下图中能表明补偿阻力恰当的是；

（2）某次实验得到一条纸带，部分计数点如下图所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出），测

得。=6.20cm,S?=6.70cm,S3=7.21cm,S4=7.73cm。已知打点计时器所接交流电源频率为50Hz,则小车的

加速度。=m/s?（要求充分利用测量数据，结果保留两位有效数字）；

AB

（3）该同学将一个可以直接测出绳子拉力的传感器安装在小车上，小车和传感器总质量为210g。按要求补

偿阻力后，该同学共进行了四次实验，悬挂的槽码质量依次为58、1。8、2（）8、408处理数据时，用两种方式得

到小车（含传感器）受到的合力，一种将槽码所受重力当作合力、另一种将传感器示数当作合力，则这两

种方式得到的合力差异最大时，槽码质量为go

【答案】（1）B

(2)0.51

(3)40

【详解】(1)若补偿摩擦力恰当，则小车应该匀速运动，打出的纸带应该点迹均匀分布，故选B。

(2)每相邻两个计数点间还有4个点未画出，可知T=0.1s；小车的加速度

2

§4+邑—邑—邑(7.73+7.21—6.70—6.20)x10

a=m/s2=0.51m/s2

4T24x0.12

(3)根据牛顿第二定律，对祛码

mg-T=ma

对小车

T=Ma

可得

7=小1

mg

M+m]।m

M

则当小较小时传感器的示数越接近与祛码的重力,咫；机越大，则传感器的示数与祛码重力的差异越大,

即这两种方式得到的合力差异最大时，槽码质量为40g。

6.(2024•甘肃・高考真题)用图1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.

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，改变小车上祛码的质量，得到一系列打点纸带。其中一条纸带的计数点如图2所示,

相邻两点之间的距离分别为汇邑,…,以，时间间隔均为兀下列加速度算式中，最优的是(单选,

填正确答案标号)。

S1

图2

1।5->5S-SS—SS—55—SS-SS—S

A.a=——8--7------7-----61------6Z----51------5-----41------4-----31------3-----21------2-----]1---------

7T2T-T2T-T-T2T2

1Ss-SS.-SS6-SS5-SS4-SS3-St

B.Q=---I---------—------y--------1-------------a-------1---------------------1--------------------1---------------------1------------------

612T-2T22T,22T°2T22T2

1fS8-SS7-SS6-S3S5-SS4-S,

C.a=----I--------—------—-------1-------------z-------1---------------------1---------------------1------------------

5(3T23T23T23T23片

1恪-邑।Sf|s「s。|S5/

D.414T24T24T24T2

（3）以小车和祛码的总质量M为横坐标，加速度的倒数!为纵坐标，甲、乙两组同学分别得到的工-河图像

aa

如图3所示。

由图可知，在所受外力一定的条件下，。与M成（填“正比”或“反比”）；甲组所用的（填“小车”、

“祛码”或“槽码”）质量比乙组的更大。

【答案】（1）B

⑵D

⑶反比槽码

【详解】（1）A.为了使小车所受的合外力大小近似等于槽码的总重力，故应使小车质量远大于槽码质量,

故A错误;

B.为了保证小车所受细线拉力等于小车所受合力，则需要调整垫块位置以补偿阻力，也要保持细线和长

木板平行，故B正确;

C.补偿阻力时不能移去打点计时器和纸带，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动,

故C错误；

D.根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小车，故D错误。

故选B„

（2）根据逐差法可知

55—S]=

2

S6—5,=4a^T

2

s7-s3=4«3r

2

Ss-S4=4a,T

联立可得小车加速度表达式为

]p-SqS「S3S「s?Ss-S]

414〃47247240'

故选D。

（3）[1]根据图像可知!与加成正比，故在所受外力一定的条件下，。与M成反比;

⑵设槽码的质量为加，则由牛顿第二定律

mg=(m+M)a

化简可得

amgg

故斜率越小，槽码的质量相越大，由图可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大。

7.（2024・江西・高考真题）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。

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My320g。利用光电门系统测出不同钩码质量加时小车加速度a。钩码所受重力记为

R作出a-P图像，如图（b）中图线甲所示。

t^(m-s-2)

6

.0

.,0

甲

54.0乙

丙

工.0

2.0

1.0

F/(9.8N)

00.100.200.30

图(b)

（3）由图线甲可知，产较小时，。与歹成正比；尸较大时，。与尸不成正比。为了进一步探究，将小车的

质量增加至470g,重复步骤（2）的测量过程，作出a-/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

W3=720g,重复步骤（2）的测量过程，记录钩码所受重力厂与小车加速度a,如表所示（表中第9~14组

数据未列出）。

序号12345

钩码所受重力厂/（9.8N）0.0200.0400.0600.0800.100

小车加速度a/（m-s-）0.260.550.821.081.36

序号6789〜1415

钩码所受重力//（9.8N）0.1200.1400.160.......0.300

小车加速度（）

a/m-s91.671.952.20.......3.92

（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0

（6）根据以上实验结果猜想和推断：小车的质量_________时，。与尸成正比。结合所学知识对上述推断

进行解释：o

/（016-2）

【答案】较大较小远大于钩

码质量见解析

【详解】(4)口］⑵由题图(b)分析可知，与图线甲相比，图线之的线性区间较大，非线性区间较小;

(5)［3］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

F—T=ma

对小车根据牛顿第二定律有

T=Ma

联立解得

F=(M+ni)a

变形得

M+m

当机时，可认为

m+M-M

则

即a与尸成正比。

8.（2024・浙江.高考真题）如图1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

（2）该实验过程中操作正确的是—；

A.补偿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

（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

（4）经正确操作后获得一条如图2所示的纸带，建立以计数点0为坐标原点的x轴，各计数点的位置坐标

分别为0、4、…、％。己知打点计时器的打点周期为T,则打计数点5时小车速度的表达式"=_；小

车加速度的表达式是

0X]X2x3x4x5x6

0123456X

01234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950

cm

图2

—4—2七口n—4-2冗3「_X5+X4-（X3+X2）

,一（157）2•一（37）2•a~（lory

【答案】BB远大于系统误差C三善A

【详解】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。

故选B。

(2)⑵A.补偿阻力时小车需要连接纸带，一方面是需要连同纸带所受的阻力一并平衡，另外一方面是通

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；

B.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，为了能在长度有限的纸带上尽可能多

地获取间距适当的数据点，实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车，故B正确；

C.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。

故选B。

(3)[3]设小车质量为槽码质量为机