实验4　探究加速度与力、质量的关系

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置图

（1）探究方法：

⁠。（2）改变小车质量M或槽码质量m时，无需重新

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

⁠控制变量法

平衡

M≫m

操作要

领（1）称量：用天平测量槽码的质量m和小车的质量M；（2）安装：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）平衡：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

下滑；（4）释放并测量：槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先

后

⁠。①保持小车质量M不变，改变槽码质量m，重复实验得到纸带；②保持槽码的质量m不变，改变小车的质量M，重复实验得到纸带匀速

接通电源

释放小车

数据处理注

意

事

项（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

运动；（2）质量：槽码质量m

⁠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

⁠的位置释放；（5）先后：实验时先接通电源后释放小车误

差

分

析（1）本实验用钩码的重力代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于钩码的重力；（2）质量测量不准确、计数点间距离测量不准确都会引起误差匀速

远小于

打点计时器

实验技能·创新一、教材原型实验

（2025·陕晋青宁11题）图a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

（选填“保持水平”或“一端垫高”）。解析：

探究加速度与力、质量的关系的实验时，将槽码与槽码盘的

重力近似为绳子拉力，则需平衡摩擦力，实验中应将木板一端垫高；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b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，填正确答

案标号）AC

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

a-m2图像C.

am-m图像D.

a2-m图像

（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，

（选填“甲”或

“乙”）同学的方法可以更好地减小误差。乙

（2026·湖北襄阳模拟）某学习小组利用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。请回答下列问题：（1）该实验需要研究三个物理量之间的关系，我们应该采用的研究方法

是

⁠；A.

控制变量法B.

放大法C.

理想实验法解析：

该实验需要研究三个物理量之间的关系，我们应该采用的研

究方法是控制变量法，故选A。A

（2）某次实验获得的纸带如图乙所示，相邻两计数点间均有4个点未画

出，打点计时器电源频率为50

Hz，则小车的加速度大小为

m/s2

（结果保留三位有效数字）；8.20

（4）该实验小组经过讨论后，改进了（3）中的实验方案，保持槽码、小

车、砝码的总质量不变，把槽码分别逐个叠放在小车上，重复（3）中的

实验。由此得到的a-F图像是一条

（选填“直线”或“曲线”）。

直线

二、创新拓展实验创新角度1：实验器材创新（1）

（2）采用弹簧测力计和传感器获得绳上的拉力

槽码见〔典例3〕、〔课时训练T4〕创新角度2：实验原理的创新

以悬挂的砝码、砝码盘和小车整体为研究对象，则对悬挂砝码、砝码盘的质量大小没有要求，根据匀变速直线运动的x-t、v-t或v-x等关系，通过测量位移、速度、时间计算加速度见〔课时训练T3〕创新角度3：实验目的的创新

通过测量力、加速度间接确定物体的质量见〔典例4〕

（2025·广西高考12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：（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

⁠。解析：

在研究两个物理量间的关系时，保持其他量不变，所使用的

方法为控制变量法；控制变量法

（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

⁠

⁠。解析：

为了使细绳拉力为小车所受的合外力，需要让连接小车的细

绳与轨道平面保持平行；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，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

⁠

⁠

⁠。需要

撤去细绳连接的力

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

滑解析：

力传感器上显示的示数为细绳的拉力，要以该拉力作为小

车所受的合外力，需要补偿小车所受的阻力，具体操作为撤去细绳连

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）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aM∶aN＝

⁠。

1∶n2

（2026·河南郑州期中）某实验小组的同学设计了测量物体质量的实

验，所用装置如图甲所示（忽略滑块与气垫导轨之间的摩擦阻力）。主要

步骤如下：（1）在不连接槽码时，推动滑块在气垫导轨上自由滑动，使其能够在导

轨上匀速运动。（2）用游标卡尺测量滑块上遮光条的宽度d，如图乙所示，则d

＝

mm。5.30

解析：

20分度的游标卡尺精确度为0.05

mm，由图乙可知读数为5

mm＋6×0.05

mm＝5.30

mm。（3）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）。

A.

b＝gB

C.

b＝g2（6）则待测物体的质量M＝

（用k1、k2、b表示）。

课时跟踪训练1.

（2025·四川凉山三模）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，

可分别用如图甲、图乙所示装置进行实验。（1）利用如图甲所示装置进行实验，两辆相同的小车放在木板上，小车

左端各系一条细线，线的另一端跨过光滑定滑轮各挂上槽码（图中未画

出），两小车右端各系一条细线，用黑板擦把两条细线同时按在木板上使

小车静止，抬起黑板擦，两小车同时开始运动，过一段时间后再次按下黑

板擦，两车同时停止运动。12345则下列说法不正确的是

⁠。C

A.

该实验采用控制变量的方法B.

两车加速度之比等于位移之比C.

本实验不需要补偿阻力D.

本实验要求槽码的质量远小于小车质量12345

12345（2）利用如图乙所示装置进行实验，在规范的实验操作下，若打出的一

条纸带如图丙所示，相邻两计数点间均有4个点未画出，已知电源频率为

50

Hz，则小车的加速度大小为

m/s2。

0.45

12345（3）为了用图像分析加速度a与小车质量M的定量关系，应画出a-

⁠

图像。

123452.

（2025·山东高考13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：12345（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＝

cm（选填“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。解析：

该实验是用遮光时间内的平均速度表示遮光片运动到光电门

时小车的瞬时速度，由运动学规律可知，遮光片的宽度越窄，两个速度越

接近，即小车的瞬时速度测量越精准，所以选用d＝1.00

cm的遮光片。1.00

12345（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＝0.40

m/s、v2＝0.81

m/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＝1.00

s，计算小车的加速度a

＝

m/s2（结果保留2位有效数字）。

0.41

12345（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

（选填“增大”或“减小”）轨道的倾角。增大

12345（4）图乙中直线斜率的单位为

（选填“kg”或“kg－1”）。解析：

结合第（3）问分析可知，题图乙中直线斜率表示质量的倒

数，则其单位为kg－1。kg－1

123453.

（2026·广东茂名模拟）图甲是“探究加速度与力、质量的关系”实验

时的一个拓展方案，实验方案操作步骤如下：①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；12345②取下托盘和砝码，测出其总质量为m。使小车沿木板加速下滑，测出加

速度a；③改变砝码质量和木板倾角，多次测量，作a-mg的图像。（1）本实验方案

满足条件M≫m（选填“需要”或“不需要”）。不需要

解析：图甲方案中，挂上托盘和砝码，小车匀速下滑，设斜面的倾斜角为θ，则有Mgsin

θ＝f＋mg，取下托盘和砝码，小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得Mgsin

θ－f＝Ma，即mg＝Ma，此处托盘和砝码的重力mg就是小车加速下滑的合力，即F＝mg，所以本实验方案不需要满足M≫m。12345（2）实验方案中得到一条如图乙所示的纸带，选取时间间隔为0.1

s的相

邻计数点记为A、B、C、D、E、F、G，相应数据已标在纸带上，则打下D

点时的速度

m/s，小车的加速度大小为

m/s2（结果保留两

位有效数字）。0.65

2.0

12345（3）该同学以mg为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a-mg图像为如图丙

所示的一条直线，图线与横坐标轴的夹角为θ，求得图线的斜率为k，由图

像可知（

D

）D

123454.

（2025·山东临沂三模）某实验小组用如图甲所示的装置探究“加速度

与力和质量”的关系，打点计时器使用的交流电频率为50

Hz，纸带每5个

点取一个计数点，A、B、C、D、E为选取的连续5个计数点。已知重物质

量为m，重力加速度为g，滑轮重力及绳与滑轮间的摩擦不计。12345（1）本实验中，重物的质量

（选填“需要”或“不需要”）

远小于小车的质量。解析：

该实验绳子拉力可以利用弹簧测力计直接测量得到，而不是

将重物的重力近似等于绳子的拉力，故该实验，重物的质量不需要远小于

小车的质量。不需要

12345（2）依据图乙所示的纸带，计算小车做匀加速运动的加速度大小为a

＝

m/s2（保留2位有效数字）。

2.0

12345

（4）由于绳子与滑轮间存在摩擦或存在空气阻力，实验中发现F的计算值

总是略

（选填“大于”或“小于”）弹簧测力计的