实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系（原卷版）-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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9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)

?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，探究加速度与的关系.

(2)保持合外力不变，探究加速度与—的关系.

(3)作出图像和。一(图像，确定a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).

纸带

细绳

/

一端附有小车打点计时器

槽码□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—下滑.

(4)操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先,后,断开电源，取下纸带，编号

码.

②保持小车的质量机不变，改变槽码的质量相'，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/不变，改变小车质量如重复步骤①和③，作a-A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，尸为横坐标，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

.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：L，

(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,并应先,后

,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

色钩码图像代替a-F图像

光电门光电门

(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

速度和末速度，由运动学公式求出加速度

(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:

加速度传感器

甲

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&]：“N=

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:

⑴将两光电门安装在长直轨道上，选择宽度为d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d=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

W=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t=L00s,计算

小车的加速度。=m/s?（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F,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」”）。

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T；

木板

7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，5）。

（2）为探究加速度。与质量机的关系，某小组依据实验数据绘制的a-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〃2是否成反比关系，以下选项可以直观判断的有o（多

选，填正确答案标号）

0.250.618

0.330.482

0.400.403

0.500.317

1.000.152

A.a-~1■图像B,“图像C.MT”图像D.4一根图像

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-

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

(1)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)。

01234

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△"，AZ2,测得两个

光电门间距为无，用游标卡尺测量遮光条宽度％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)。

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。

(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

得心=6.20cm,52=6.70cm,53=7.21cm,54=7.73cm0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/s2(要求充分利用测量数据，结果保留两位有效数字);

(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、4()8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

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*邑,…,Sg,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)。

图2

1fS-SS-5S-SS-SS-SS-S5

A.CI=——------8-------1----7-------1----6-------1----5-------1----4------3-1----3-------1----2------

7T2T2T2T2T2T2T2

1fs-ss-ss-ss-ss-ss-s,

B.Q=--I------8—---y----1----7---Z---1----6-------1----5------3-1----4-------1----3-----

612T22T°2T22T°2T-

1fS-SS-SS-SS-SS

C.(2=~-\-----8---------1----7-------1----6------3--1----5--------1----4------

5(3T23T23T-3T23T2

lfs-sS-SS-S

D.CL=--I-----8----5---1----7------3-1----6-------1----------

4(4T°4T24T24T2

(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图像

aa

如图3所示。

由图可知，在所受外力一定的条件下，。与〃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。

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。

遮光片小左光电门

*车「'I飞

（4钩码

图（a）.

（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320g。利用光电门系统测出不同钩码质量加时小车加速度心钩码所受重力记为

凡作出口-尸图像，如图（b）中图线甲所示。

AW（m.s-2）

图(b)

（3）由图线甲可知，尸较小时，。与尸成正比；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M2=470g,重复步骤（2）的测量过程，作出。-歹图像，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0再将小车的质量增加至

〃3=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//（9.8N）0.0200.0400.0600.0800.100

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b/（9.8N）0.1200.1400.160.......0.300

小车加速度a/（n2）1.671.952.20.......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o

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

进行解释：。

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