第三章 实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系-【高考DNA解码】2026年高考物理一轮总复习学生用书word（广东专用）

　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 教材原型实验 [典例1]　(2024·浙江1月选考)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、x1、…、x6。已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v＝_________；小车加速度的表达式是________。 A．a＝ B．a＝ C．a＝ [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [典例2]　(2024·广东卷)图甲是“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验装置示意图。图中木板右端垫高的目的是________。图乙是实验得到纸带的一部分，每相邻两计数点间有四个点未画出。相邻计数点的间距已在图中给出。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3位有效数字)。 [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 [典例3]　(2024·甘肃卷)用图1所示实验装置探究合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2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)。 A．a＝ B．a＝ C．a＝ D．a＝ (3)以小车和砝码的总质量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-M图像如图3所示。 由图可知，在所受合力一定的条件下，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。 [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　(1)平衡摩擦力——用小车所受的拉力替代合力： 小车受力为重力、拉力、阻力、支持力，平衡摩擦力后，使重力、阻力和支持力的合力为零，则小车所受的拉力等于小车的合力。 (2)质量：重物的总质量应远小于小车质量(若使用力传感器，或以小车与重物的系统为研究对象，则不需满足此要求)。 (3)平衡摩擦力不准造成的误差，图线a-F不通过原点，分两种情况： ①当平衡摩擦力不够时，F>0，a＝0。 ②当平衡摩擦力过度时，F＝0，a>0。 (4)由于不满足M≫m引起的误差，图线a-F和a-都向下弯曲。 (5)其他：细绳与长木板平行；小车从靠近打点计时器的位置释放，在到达定滑轮前按住小车；实验时先接通电源，后释放小车；实验结束后，先关闭电源再取下纸带。 拓展创新实验 　实验器材创新 [典例4]　(2024·广东广州一模)利用图甲装置，研究“小车(含拉力传感器)质量一定时，加速度与合外力的关系”，实验步骤如下： ①细绳一端绕在电动机上，另一端系在拉力传感器上。将小车放在长板的P位置，调整细绳与长板平行，启动电动机，使小车沿长板向下做匀速运动，记录此时拉力传感器的示数F0； ②撤去细绳，让小车从P位置由静止开始下滑，设此时小车受到的合外力为F，通过计算机可得到小车与位移传感器的距离随时间变化的x-t图像，并求出小车的加速度a； ③改变长板的倾角，重复步骤①和②，可得多组F、a的数据。 　 完成下列相关实验内容： (1)在步骤①和②中，F0________(选填“＝”“>”或“<”)F； (2)本次实验__________(选填“需要”或“不需要”)平衡小车所受到的摩擦力； (3)某段时间内小车的x-t图像如图乙所示，根据图像可得小车的加速度大小为________ m/s2(计算结果保留2位小数)。 (4)分析表格中的F、a实验数据，可知在误差允许的范围内，小车质量一定时，_____________________________________________________________________。 F/N 0.4 1.0 1.5 1.8 2.1 a/(m/s2) 0.79 2.10 3.10 3.62 4.19 [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　(1)利用拉力传感器测F0，利用位移传感器得出x-t图像。 (2)比较、、、，得出结论。 　实验目的创新 [典例5]　(2024·广东深圳二模)某兴趣小组利用DIS实验系统测量大理石滑块与长木板间的动摩擦因数。步骤如下： (1)用游标卡尺测量自制挡光片的宽度，如图甲，读数为d＝________mm。 (2)如图乙所示，将挡光片固定在滑块上，在倾斜放置的长木板上A、B两点安装光电门，测出长木板与水平桌面的夹角θ。 (3)将滑块从某一位置由静止释放。记录挡光片分别通过光电门A、B的时间t1和t2，滑块通过A点的速率为________(用题给物理量符号表示)，已知当地重力加速度，为了求出动摩擦因数，还需要测量的物理量是________。 [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　(1)记录滑块通过A、B的时间t1、t2。 (2)根据＝2aL求μ。 　实验设计创新 [典例6]　为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，甲、乙同学设计了如图(a)所示的实验装置，其中M为小车的质量，m为沙和沙桶的总质量，m0为滑轮的质量，看作质点。力传感器可测出轻绳中的拉力大小。 (1)实验时，一定要进行的操作是________(多选)。 A．用天平测出沙和沙桶的总质量 B．若得到过原点的直线，则应将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力 C．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，同时记录力传感器的示数 D．为减小误差，实验中一定要保证沙和沙桶的总质量m远小于小车的质量M (2)甲同学在实验中得到如图(b)所示的一条纸带(两计数点间还有四个点没有画出)，已知打点计时器采用的是频率为50 Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为________ m/s2(结果保留3位有效数字)。 (3)甲同学以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a-F图像是一条直线，如图(c)所示，图像与横坐标的夹角为θ，求得图像的斜率为k，则小车的质量M＝________。 A． B．－m0 C．－m0 D． (4)乙同学根据测量数据作出如图(d)所示的a-F 图像，该同学做实验时存在的问题是_________________________________________________________________ _____________________________________________________________________。 [听课记录]　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　(1)本实验创新点在于对小车和滑轮组成的系统，由牛顿第二定律可得2F＝(m0＋M)a，可得出a＝F。 (2)由力传感器测出轻绳的拉力大小F，平衡摩擦力后，小车和滑轮组成的系统所受的合外力为2F，由a-F图像的斜率k＝可求出M。 (3)如果没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够，则2F－f＝(M＋m0)a，a＝F－，a-F 图像与F轴有交点。 1 / 9 学科网（北京）股份有限公司 $$ 实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 实验类型·全突破 类型1 典例1　解析：(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们可以控制其中一个物理量不变，研究另外两个物理量之间的关系，即采用控制变量法。故选B。 (2)补偿阻力时小车需要连接纸带，一方面是需要连同纸带所受的阻力一并平衡，另外一方面是通过纸带上打出的点间距判断小车是否在导轨上做匀速直线运动，故A错误；由于小车速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在长度有限的纸带上尽可能多地获取间距适当的数据点，实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车，故B正确；为使小车所受拉力与速度同向，应调节滑轮高度使细绳与导轨平行，故C错误。故选B。 (3)设小车质量为M，槽码质量为m。对小车和槽码根据牛顿第二定律分别有F＝Ma mg－F＝ma 联立解得F＝＝ 由上式可知在小车质量远大于槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。 上述做法引起的误差是由于实验方法或原理不完善，属于系统误差。 该误差是将细绳拉力用槽码重力近似替代所引入的，不是由于车与导轨间存在阻力(实验中已经补偿了阻力)或是速度测量精度低，为减小此误差，可在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小。故选C。 (4)相邻两计数点间的时间间隔为 t＝5T 打计数点5时小车速度的表达式为 v＝＝ 根据逐差法可得小车加速度的表达式为 a＝＝ 故选A。 答案：(1)B　(2)B　(3)远大于　系统误差　C　(4)　A 典例2　解析：木板右端垫高的目的是平衡摩擦力；小车的加速度大小a＝ ×10-2 m/s2≈2.86 m/s2 答案：平衡摩擦力　2.86 典例3　解析：(1)为了使小车所受的合力大小近似等于槽码的总重力，故应使小车质量远大于槽码质量，故A错误；为了保证小车所受细绳拉力等于小车所受合力，则需要调整垫块位置以补偿阻力，也要保持细绳和长木板平行，故B正确；补偿阻力时不能移去打点计时器和纸带，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动，故C错误；根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小车，故D错误。故选B。 (2)根据逐差法可知 S5－S1＝4a1T2 S6－S2＝4a2T2 S7－S3＝4a3T2 S8－S4＝4a4T2 联立可得小车加速度表达式为 a＝ 故选D。 (3)根据题图3可知与M成正比，故在所受合力一定的条件下，a与M成反比。 设槽码的质量为m，则由牛顿第二定律 mg＝Ma 化简可得 ＝·M 故斜率越小，槽码的质量m越大，由题图3可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大。 答案：(1)B　(2)D　(3)反比　槽码 类型2 典例4　解析：(1)匀速时，F0＝mg sin θ－f，向下加速时F＝mg sin θ－f，故F0＝F。 (2)摩擦力已经考虑在F0内，故不需要平衡摩擦力。 (3)a＝＝＝2.10 m/s2。 (4)从数据看，在误差允许范围内，、、、大致相等，所以可得：小车质量一定时，加速度与合外力成正比。 答案：(1)＝　(2) 不需要　(3)2.10　(4) 加速度与合外力成正比 典例5　解析：(1) 由题图甲所示游标卡尺可知，该游标卡尺的精确度为0.05 mm，主尺示数为5 mm，游标尺示数为6×0.05 mm＝0.30 mm，游标卡尺读数d＝5 mm＋0.30 mm＝5.30 mm。 (3) 记录挡光片分别通过光电门A、B的时间t1和t2，滑块通过A点的速率为v1＝，通过B点的速率为v2＝，根据＝2aL＝2(g sin θ－μg cos θ)L，所以为了求出动摩擦因数，还需要测量的物理量是两光电门的间距L。 答案：(1)5.30　(3)　两光电门的间距L 典例6　解析：(1)验证牛顿第二定律的实验原理是F＝Ma，本题轻绳中拉力可以由力传感器测出，不需要用天平测出沙和沙桶的质量，也就不需要使沙和沙桶的总质量m远小于小车的质量M，A、D错误；用力传感器测量轻绳的拉力，则力传感器示数的2倍等于小车和滑轮组成的系统受到的合外力大小，需要平衡摩擦力，B正确；释放小车之前应先接通电源，待打点稳定后再释放小车，该实验还需要记录力传感器的示数，C正确。 (2)由逐差法计算加速度 a＝ 其中T＝0.1 s，代入数据解得a≈2.00 m/s2。 (3)对小车与滑轮系统，由牛顿第二定律得a＝ F，题图(c)中图线的斜率为k，则k＝，故小车的质量M＝－m0，故选项C正确。 (4)题图(d)中图线在F轴上的截距不为零，说明力传感器显示有拉力时，小车仍然静止，这是没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够造成的。 答案：(1)BC　(2)2.00　(3)C　(4)没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不够 学科网（北京）股份有限公司 $$