第3章 第5讲 探究加速度与物体受力、物体质量的关系(重点实验)（学案）-【新高考方案】2026年高考物理一轮总复习（福建专版）

第5讲　探究加速度与物体受力、物体质量的关系(重点实验) 一、实验知能/系统归纳　　 一、理清原理与操作 原理装置图 探究方法——控制变量法 操作要领 (1)平衡:把木板的一侧垫高,平衡小车受到的阻力(改变小车或槽码质量,无需重新平衡阻力)。 (2)质量:槽码的质量远小于小车质量(若使用力传感器,或以小车与槽码的系统为研究对象,无需满足此要求)。 (3)要测量的物理量 ①小车与其上钩码的总质量(用天平测量)。 ②小车受到的拉力(约等于槽码的重力)。 ③小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度)。 (4)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。 二、掌握数据处理方法 1.逐差法求加速度 先在纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离,根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。 2.作图像找关系 (1)探究加速度与力的关系 以加速度a为纵轴、F为横轴,根据测量的数据描点,然后作出a⁃F图像,看图像是否是通过原点的倾斜直线,就能判断a与F是否成正比。 (2)探究加速度与质量的关系 以a为纵轴、M为横轴,根据各组数据在坐标系中描点,将会得到如图甲所示的一条曲线,由图线只能看出M增大时a减小,不能得出a与M的具体关系。若以a为纵轴、为横轴,将会得到如图乙所示的一条过原点的倾斜直线,就能判断a与M成反比。 三、注意实验细节 1.平衡阻力的方法:在长木板无滑轮的一端垫上小木块,使其适当倾斜,利用小车重力沿斜面方向的分力与阻力平衡。 2.判断小车是否做匀速直线运动,可通过打点纸带,看上面各点间的距离是否均匀。 3.平衡阻力时要注意以下两点: (1)平衡阻力时不能在细绳的另一端挂槽码。 (2)平衡阻力时必须让小车连上纸带,且让打点计时器处于工作状态。 四、做好误差分析 1.偶然误差 (1)小车、槽码质量的测量。 (2)纸带上各计数点间距的测量。 2.系统误差 (1)平衡阻力不足或者过度。 (2)用槽码的重力替代细绳的拉力。 二、实验关键/重点解读　　 　　本实验是高考命题的常考实验,实验命题除考查利用纸带求速度、加速度的大小外,还考查小车阻力的平衡、小车所受合力等于槽码重力应满足的条件、a⁃F图像和a⁃图像的特点等,试题难度中等。 关键点(一) 是否需要平衡阻力 [题点训练] 1.(2025·福建南安模拟)小明利用如图甲所示的实验装置探究加速度与力的关系,滑块放在长木板上,长木板置于水平桌面上,砂桶通过滑轮与细线拉滑块,在细线上接有一个微型力传感器,通过力传感器可以直接读出细线的拉力大小F。保持滑块质量不变,在砂桶中添加少量细砂来改变力传感器的示数F,利用打点计时器打出的纸带求出对应拉力F时的加速度a,从而得到如图乙所示的F⁃a图像。 (1)关于该实验,下列说法正确的是　　　　。  A.调整长木板右端的定滑轮,使得细线与长木板平行 B.在不挂砂桶的前提下,将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡阻力 C.小车靠近打点计时器,先释放小车,再接通电源 D.为减小误差,实验中要保证砂和砂桶的总质量m0远小于小车的质量M (2)实验中打出的一条纸带如图丙所示,打点计时器打点的周期为T,在纸带上依次标上1、2、3、4、5、6、7等计数点,相邻两个计数点之间还有四个点没有画出来,测得x1、x2、x3、x4、x5、x6。利用以上数据可知,打该纸带时滑块的加速度计算式为a=　　　　　　　　　　　　(用题中字母表示)。  (3)图乙中直线的延长线没有经过原点的原因是　　　　　　　　 (任写一条即可),由图乙可知滑块的质量m=　　　　　kg(结果保留两位有效数字)。  2.图甲是利用气垫导轨探究在外力一定的条件下,物体加速度与质量关系的实验装置。实验步骤如下: ①气垫导轨放在水平桌面上,并调至水平; ②用游标卡尺测出挡光条的宽度为L; ③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离为s; ④将滑块移至光电门1左侧某处,待砝码静止不动后释放滑块,要求砝码落地前挡光条已通过光电门2; ⑤从数字计时器(图中未画出)上读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间分别为Δt1和Δt2; ⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量为M; ⑦改变滑块的质量,重复步骤④⑤⑥进行多次实验。 根据上述实验回答下列问题: (1)关于实验操作,下列说法正确的是　　　。(多选)  A.应先接通光电门后释放滑块 B.调节气垫导轨水平时,应挂上砝码 C.应调节定滑轮使细线和气垫导轨平行 D.每次都应将滑块从同一位置由静止释放 (2)用测量物理量的字母表示滑块加速度a=　　　　　　　　。  (3)由图乙画出的 ⁃M的图线(实线),可得到砝码和砝码盘的总重力G=　　　　　　N(保留两位有效数字)。  (4)在探究滑块加速度a和质量M间的关系时,根据实验数据画出如图乙所示的 ⁃M图线,发现图线与理论值(虚线)有一定的差距,可能原因是 　 　。  [归纳建模] 1.在探究放在长木板上的小车的加速度与所受的合外力、质量的关系时,为了使细绳的拉力作为小车所受的合外力,必须平衡小车所受的阻力。 2.在利用气垫导轨探究滑块加速度与合外力、质量的关系时,只要气垫导轨处于水平状态,细绳的拉力即为滑块所受的合外力,此时不必使导轨适当倾斜。 关键点(二) 是否需要满足m≪M [题点训练] 1.(2025·南平模拟)在进行力学实验时,需要结合实验原理来掌握实验的有关要求,不能死记硬背。如图甲所示的装置,附有滑轮的长木板平放在实验桌面上,将细绳一端拴在小车上,另一端绕过定滑轮,挂上适当的槽码,使小车在槽码的牵引下运动,利用这套装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。 (1)在进行实验时,需要先将长木板倾斜适当的角度,这样做的目的是　　　　　　,还要求槽码的质量远小于小车的质量,这样做的目的是　　　　　。(均选填以下选项前的字母)  A.使小车获得较大的加速度 B.使细线的拉力等于小车受到的合外力 C.使小车最终能匀速运动 D.使槽码重力近似等于细线的拉力 (2)在探究加速度与质量关系时,需在小车上放置钩码以改变质量,若以小车上放置的钩码的总质量m0为横坐标,以为纵坐标,在坐标纸上作出⁃m0关系图线,图乙为按照正确的实验步骤所得实验图线的示意图,所有物理量均采用国际单位,已知图中直线的斜率为k,在纵轴上的截距为b,若牛顿第二定律成立,则小车受到的拉力为　　　　　　　　,小车的质量为　　　　　。  2.(2025·重庆高三联考)小明和小华同学准备用图甲所示器材测量小车质量M,所用交流电频率为50 Hz,共6个槽码,每个槽码的质量m均为10 g。 实验步骤如下: a.安装好实验器材,跨过定滑轮的细线一端连接在小车上,另一端悬挂着6个槽码。调整轨道的倾角,用手轻拨小车,直到打点计时器在纸带上打出一系列　　　　的点,表明小车沿倾斜轨道匀速下滑;  b.保持轨道倾角不变,取走1个槽码,让小车拖着纸带沿轨道下滑,根据纸带上打的点迹测出加速度a; c.逐个减少细线下端悬挂的槽码数量,重复步骤b; d.以取走槽码的总个数n的倒数为横坐标,以为纵坐标,在坐标纸上作出⁃关系图线。 已知重力加速度大小g=9.80 m/s2,计算结果均保留三位有效数字,请完成下列填空: (1)步骤a中,横线部分应为　　　　　　　。  (2)下列说法正确的是　　　　。  A.先将小车从靠近打点计时器处释放,再接通电源 B.小车下滑时,位于定滑轮和小车之间的细线应始终跟倾斜轨道保持平行 C.实验中必须保证细线下端悬挂槽码的质量远小于小车的质量 D.若细线下端悬挂着2个槽码,则小车在下滑过程中受到的合外力小于4mg (3)某次实验获得如图乙所示的纸带,相邻计数点间均有4个点未画出,则小车的加速度大小为　　　　m/s2。  (4)测得⁃关系图线的斜率为3.00 s2/m,则小车质量M=　　　　 kg。  [归纳建模] 1.平衡好阻力后挂上槽码。 对小车,有FT=Ma;对槽码,有mg-FT=ma。所以FT==。 当m≪M时,可近似认为FT=mg,即小车受到的拉力近似等于槽码的重力。 因此本实验的实验条件为m≪M。 2.通过实验过程和实验器材的改变,细绳的拉力可以直接或间接测出,此时小车的质量与所挂重物的质量间就不需要满足m≪M的关系。 3.若应该满足m≪M而得不到满足时,a⁃F图像和a⁃图像都将发生弯曲现象,如图所示。 自主空间: 课下请完成课时跟踪检测(十八) 6 / 6 学科网（北京）股份有限公司 $$