实验四+探究加速度与物体受力、物体质量的关系+课件-2027届高考物理一轮复习考点精讲

内容索引教材原型实验创新拓展实验课时作业【学习目标】1.理解实验的原理，明确实验过程并能进行数据处理。 2.了解实验的注意事项，会对实验进行误差分析。 3.能理解创新实验的原理，并能运用相应的公式、函数处理数据。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，通过在小车上增加砝码改变小车的质量，探究加速度与质量的定量关系。三、实验器材电磁打点计时器，纸带，复写纸，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，近似地认为小车所受的合力，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

质量M

加速度a

表2

小车所受的拉力一定

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。(2025·浙江1月选考)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。

(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(结果保留3位有效数字)。

例1

0.390(2)下列说法中，正确的有_________(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【解析】平衡摩擦力时满足mgsin

θ=μmgcos

θ，与质量无关，改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力，A错误；电火花计时器需要接220

V交流电源，B错误；调节滑轮高度，使牵引小车的细线跟长木板保持平行，C正确；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，D正确。CD(3)改用如图甲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Δt1、Δt2，测得两个光电门间距为x，用游标卡尺测量遮光条宽度d，结果如图乙所示，其读数d=_______________mm，则滑块加速度a=_____________________(用题中所给物理量符号表示)。

甲乙10.00

(2025·陕晋青宁卷)如图所示为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。

(1)实验中应将木板___________________(填“保持水平”或“一端垫高”)。

例2【解析】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。一端垫高(2)为探究加速度a与质量m的关系，某小组依据实验数据绘制的a－m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m是否成反比关系，以下选项可以直观判断的有__________(多选)。

m/kga/(m·s－2)0.250.6180.330.4820.400.4030.500.3171.000.152

AC(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。

乙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实验目的创新

(1)结合光电门得出物块在A、B两点的速度，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在探究物体质量一定时加速度与力的关系实验中，小明同学做了如图甲所示的实验改进，在调节桌面水平后，添加了力传感器来测量细线中的拉力。例3甲(1)实验时，下列操作或说法正确的是__________。

A.需要用天平测出砂和砂桶的总质量B.小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录拉力传感器

的示数C.选用电磁打点计时器比选用电火花计时器实验误差小D.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量【解析】实验装置中有拉力传感器，不需要用天平测出砂和砂桶的总质量，A错误；小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录拉力传感器的示数，B正确；选用电磁打点计时器，振针与纸带之间的阻力较大，会影响物体运动，因而比选用电火花计时器的实验误差大，C错误；因为有拉力传感器，可以准确测出小车上的拉力，因而没必要使砂和砂桶的质量远小于小车的质量，D错误。B(2)实验得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，相邻两计数点之间还有四个计时点未画出，由图中的数据可知，小车运动的加速度大小是_________m/s2。(结果保留3位有效数字)

2.40乙(3)由实验得到小车的加速度a与力传感器示数F的关系如图丙所示。则图像不过原点的主要原因是_________________________________。

【解析】由题图可知，拉力传感器有示数时，说明小车受到拉力作用，但加速度为0，主要是受到摩擦力的作用，则图像不过原点的主要原因是未补偿阻力或补偿阻力不足。未补偿阻力或补偿阻力不足丙(2025·广西卷)在用如图甲所示的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验中：(1)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__________________。

例4甲(2)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___________。

控制变量法【解析】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。平行(3)由该装置分别探究M、N两车加速度a和所受拉力F的关系，获得a－F图像如图乙所示，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。【解析】由题图乙可知，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。【答案】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乙(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n，两车均未到达轨道末端，则两车加速度之比a

M∶aN=____________。

1∶n2课时作业答案速对第三单元实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系题号12345答案见答案见答案见答案见答案见答案1.(2024·浙江1月选考)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.补偿法甲

【解析】(1)对多个变量的研究，常常使用控制变量法，B正确，A、C错误。B(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【解析】

该实验中，补偿阻力时，不能挂槽码，需要安装纸带，A错误；该实验操作时，先接通打点计时器的电源，后释放小车，B正确；调节滑轮，使得拉小车的细绳与轨道平行，C错误。B(3)在小车的质量____________(填“远大于”或“远小于”)槽码的质量时，可以认为细绳的拉力近似等于槽码的重力。上述做法引起的误差为______________(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

远大于系统误差C

乙A2.在“探究加速度与力、质量关系的实验”中。(1)下列器材中，最适合作为本实验用于提供细线拉力的悬挂物是________。

甲A.

B.

C.【解析】在“探究加速度与力、质量关系的实验”

中，为了使细线拉力近似等于悬挂物重力，C选项的砝码可通过增减个数精准改变质量来改变绳子拉力，适合作为悬挂物。C正确。C(2)实验过程中，为了补偿小车运动中受到的阻力，应该采用下面所述的________。

A.不挂悬挂物，逐步调节木板的倾斜程度，使静止的小车开始运动。B.挂上悬挂物，逐步调节木板的倾斜程度，使小车在木板上保持静止C.不挂悬挂物，调节木板到一定的倾斜程度，轻轻沿板面向下推动小车，使夹在小车后面的

纸带上所打的点间隔均匀【解析】为了让绳子的拉力等于车的合力，实验中需要平衡摩擦力，且不需要挂悬挂物，调节木板到一定的倾斜程度，轻轻沿板面向下推动小车，使夹在小车后面的纸带上所打的点间隔均匀为止，C正确。C(3)图乙为实验中打出的纸带，电源频率为50Hz，图中相邻计数点间还有4个点未画出，则打点计时器在打下计数点5时小车的速度为____________m/s。(结果保留2位有效数字)

乙0.35(4)根据实验测得的数据得到加速度与外力的关系如图丙中实线所示，虚线为过原点的倾斜直线。为减小实验误差，细线下端所挂重物的质量不超过________。

A.10g B.25g C.40g D.50g

B丙3.(2025·稽阳联谊学校联考)某小组探究“物体加速度与其所受合外力的关系”。实验装置如图甲所示，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定一遮光片，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上钩码。(1)关于该实验操作，下列说法正确的是________。

A.实验时使用了力传感器测合力，所以不需要补偿阻力B.实验时需要满足钩码质量远小于小车质量C.需要调节滑轮高度，使细线处于水平D.两光电门间的距离适当大点【解析】实验时使用了力传感器测合力，不需要满足钩码质量远小于小车质量，但是需要补偿阻力，A、B错误；需要调节滑轮高度，使细线与轨道平行，而不是水平，C错误；两光电门间的距离适当大点，可减小误差，D正确。甲D(2)用20分度的游标卡尺测量遮光片的宽度，示数如图乙所示，读数为d=_____________cm。

【解析】用20分度的游标卡尺测量遮光片的宽度读数为d=5

cm＋0.05

mm×14=5.070

cm。5.070乙(3)某次实验中，小车先后通过光电门所用时间分别为Δt1=1.95×10－2s、Δt2=1.69×10－2s，测得两光电门之间的距离为s=80.00cm，则小车的加速度a=______________m/s2(结果保留3位有效数字)。

1.40(4)改变钩码数，可得到多组数据，作出a－F图像如图丙所示，则图线不过原点的原因是___________________________________________；图像的斜率表示________________________________。

没补偿阻力或补偿阻力时长木板倾角太小丙小车和力传感器总质量的倒数4.(2025·山东卷)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砝码相连。选用d=_____________(填“5.00”或“1.00”)cm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。

【解析】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，越接近瞬时速度，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，应选择宽度较小的d=1.00

cm的遮光片。1.00甲(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v1=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=1.00s，计算小车的加速度a=___________m/s2(结果保留2位有效数字)。

0.41(3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F，改变砝码质量，重复上述步骤，根据数据拟合出a－F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。

【解析】

根据图像可知当外力F达到一定大小时小车才有加速度，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。