第3章 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系-【优化探究】2026高考物理一轮复习高考总复习配套课件（广东专版）

该高中物理高考复习课件聚焦“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验，依据高考评价体系梳理实验原理、操作规范、数据处理及误差分析等核心考点，分析教材原型实验与创新设计的考查权重，归纳加速度计算、图像分析等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于高考真题训练与应试技巧指导，结合科学探究和科学思维素养，如通过2024广东卷真题用逐差法求加速度，分析a-F图像上端弯曲的误差原因，帮助学生掌握实验创新题型解法，助力教师高效指导学生冲刺高考。

实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 第三章　运动和力的关系 1 实验技能　自主学习 实验要点　互动探究 命题点一　教材原型实验 达标检测　巩固提高 命题点二　实验创新设计 内容索引 2 实验技能　自主学习 一 3 1.实验目的 (1)学会用控制变量法研究物理量之间的关系。 (2)探究加速度与力、质量的关系。 (3)掌握利用图像处理数据的方法。 2.实验器材 气垫导轨(一端带有定滑轮)、滑块(带有遮光条)、光电门(两个)、数字计时器、细绳、小桶、砝码、橡皮泥、刻度尺、天平、气源。 3.实验原理 (1)滑块质量的测量：利用天平测出，在滑块上增加或减少砝码可改变滑块的质量。 (2)拉力的测量：用装有橡皮泥的小桶的总重力mg当作滑块受到的拉力F。同时满足装有橡皮泥的小桶的总质量远小于滑块的质量。 (3)加速度的测量：用刻度尺测出两光电门间的距离s，用刻度尺测出固定在滑块上的遮光条宽度Δs，用数字计时器测出遮光条分别通过前后两个光电门的时间Δt1、Δt2，则滑块经过两个光电门的速度v1＝，v2＝，再由＝2as求出滑块的加速度a。 4.实验步骤 (1)用天平测出滑块的质量M，并把数据记录下来。 (2)把实验器材按如图所示安装好。(滑块上不系细绳) (3)调整气垫导轨底部螺丝，使滑块能做匀速直线运动。 (4)在小桶内放入橡皮泥，用天平称出小桶和橡皮泥的总质量m，用细绳绕过定滑轮系在滑块上，滑块上放上适量的砝码，并记录下砝码质量。 (5)保持滑块上砝码质量不变，增加小桶内橡皮泥的质量，按步骤(4)做6次实验，求出相应的加速度，将相应数据填入表格。 次数 1 2 3 4 5 6 滑块加速度a/(m·)             小桶和橡皮泥的质量m/kg             拉力F/N             (6)保持小桶和橡皮泥的质量不变，在滑块上加上砝码，重复上面实验，求出相应的加速度，将相应数据填入表格。 次数 1 2 3 4 5 6 滑块加速度a/(m·)             滑块(含遮光条及砝码)质量M/kg             /k             (7)整理实验器材，结束实验。 1.数据处理 (1)研究加速度a和力F的关系 以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图像， 如图甲所示。若图像是一条通过原点的倾斜直线，则说明a与F成正比。 (2)研究加速度a与质量M的关系 如图乙所示，因为a－M图像是曲线， 检查a－M图像是否是双曲线，就能判 断它们之间是否存在反比例关系，但 检查这条曲线是否是双曲线，直接判 断有困难。若a和M成反比，则a与必成正比。我们采取“化曲为直”的方法，以a为纵坐标，以为横坐标，作出a－ 图像，若a－ 图像是一条过原点的倾斜直线，如图丙所示，说明a与成正比，即a与M成反比。 2.误差分析 (1)系统误差 本实验用小桶和橡皮泥的总重力mg代替滑块受到的拉力，而实际上滑块所受的拉力要小于小桶和橡皮泥的总重力，而且小桶和橡皮泥的质量越大，误差越大。 (2)偶然误差 气垫导轨底座调整不准确，滑块、小桶和橡皮泥的质量测量不准确，两光电门之间的距离、遮光条的宽度测量不准确，细绳与导轨不平行都会引起误差。 (3)作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地对称分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点应舍去。 (4)为了减小实验误差，使利用v＝求得的平均速度接近瞬时速度，要求遮光条的宽度应窄一点。 实验要点　互动探究 二 13 命题点一　教材原型实验 14 [典例1]　(2025·广东深圳模拟)在探究加速度a与所受合力F的关系时，某实验小组采用图甲所示的实验装置进行实验探究，控制小车质量M不变，寻找其加速度a与所受合力F的关系。 角度1　实验原理与操作 15 (1)该实验必须平衡阻力。在平衡阻力的这步操作中，该同学_________ (选填“需要”或“不需要”)通过细绳把沙桶挂在小车上。  不需要 [解析]　在平衡阻力这步操作中，不需要通过细绳把沙桶挂在小车上。 (2)在实验中，该同学得到了一条如图乙所示的纸带，他每隔4个点取一计数点，在纸带上做好1，2，3，4，5的标记，用毫米刻度尺测量出从起点1到各计数点的距离，在图中已经标出。已知电火花计时器的打点周期为0.02 s，则该小车运动的加速度大小为____________m/s2(计算结果保留两位有效数字)。  0.39 [解析]　相邻的两计数点之间还有4个 点未画出，则 T＝0.02×5 s＝0.1 s 根据Δs＝aT2 可得该小车运动的加速度大小为 a＝ m/s2≈0.39 m/s2。 (3)在数据处理环节，把沙和沙桶的总重力当成小车的合力F，采用图像 法处理数据，画出如图丙所示a－F图像，发现图线上端弯曲，并不是直 线，出现这一问题的可能原因是_________________________________ ________。  小车质量没有远远大于沙和沙桶的总 质量 [解析]　图线上端弯曲，其原因可能是小车质量没有远远大于沙和沙桶的总质量。 (4)关于本实验存在的误差，以下说法正确的是____________。  A.在用刻度尺测量出从起点到各计数点的 距离时，存在偶然误差，可以减小 B.把沙和沙桶的总重力当成小车的合力导 致实验中存在系统误差，可以消除 C.实验中用图像法处理数据不仅可以减小 系统误差，还能直观的得出a与F的关系 AB [解析]　在题图乙中，每个测量数据均存 在偶然误差，通过多次测量的方式可以 减小，A正确；因沙和沙桶加速下降，处 于失重状态，则细绳的拉力小于沙和沙桶 的总重力，即把沙和沙桶的总重力当成小 车的合力导致实验中存在系统误差，可以将沙和沙桶以及小车看成一个整体研究，这样可以避免该系统误差，B正确；实验中用图像法处理数据可以减小偶然误差，C错误。 [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 (结果保留三位有效数字)。  角度2　数据处理与分析 平衡摩擦力　 2.86 [解析]　木板右端抬高的目的是平衡摩擦力； 小车的加速度大小a＝m/s2 ≈2.86 m/s2。 命题点二　实验创新设计 24 [典例3]　用如图甲所示的装置探究加速度、力和质量的关系，带滑轮的长木板水平放置，弹簧测力计固定在墙上，小车上固定一定滑轮，细绳通过滑轮连接弹簧测力计和沙桶。 角度1　实验器材创新 (1)实验时，下列操作必要且正确的是____________。  A.用天平测出沙和沙桶的质量 B.将带滑轮的长木板右端适当垫高，以平衡阻力 C.为了减小误差，实验中要保证沙和沙桶的总质量远小于小车的质量 D.应当先释放小车，再接通电源 B [解析]　为了使得细绳对小车的弹力等于小车所受外力的合力，实验时， 需要将带滑轮的长木板右端适当垫高，以平衡阻力，故B正确；由于弹 簧测力计能够直接测量出细绳的拉力大小，即可以直接求出小车所受外 力的合力，并没有用沙与沙桶的重力表示细绳的拉力，所以实验中不需 要用天平测出沙和沙桶的质量，也不需要保证沙和沙桶的总质量远小于 小车的质量，故A、C错误； 使用打点计时器时，应当 先接通电源，后释放小车， 故D错误。 (2)利用打点频率为50 Hz的打点计时器，得到的一条纸带如图乙所示(图中每两个计数点间还有四个点未画出)。 则在该次实验中小车运动的加速度大小为__________ m/s2(结果保留三位有效数字)。  1.19 [解析]　根据逐差法可得小车运动的加速度大小为 a＝ m/s2≈1.19 m/s2。 (3)某同学做实验时，未把木板的一侧垫高，就继续进 行其他实验步骤，该同学作出的小车的加速度a与弹簧 测力计示数F的图像如图丙所示，则实验中小车受到的 摩擦力大小为____________。  2F0 [解析]　若实验时未把木板的一侧垫高，则有2F－Ff＝Ma 所以a＝F－ 结合图像，将坐标(F0，0)代入函数式 解得Ff＝2F0。 [典例4]　(2025·广东茂名模拟)某实验小组的同学利用如图所示的实验装置探究小车匀加速运动速度和位移的关系并测量小车(含遮光条)的质量M。以下是该实验的主要步骤： ①实验小组的同学用刻度尺测量出遮光条的宽度d； ②挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使 小车(含遮光条)沿木板匀速下滑； ③取下托盘和砝码，测出其总质量为m， 让小车从起点由静止出发沿木板下滑通过 光电门并通过计算机记录了挡光时间Δt； 角度2　实验设计创新 ④改变砝码质量和木板倾角，重复步骤②③，每次释 放小车位置相同且光电门在木板上位置不变，用刻度 尺测出小车在起点时遮光条的中点到光电门的距离L， 已知重力加速度为g。 根据实验步骤回答以下问题(结果均用m、k、g、d、L表示)： (1)根据步骤③可知，小车受到的合外力为__________。  [解析]　由题意可得，取下托盘和砝码后，小车在斜面上做匀加速直线运动，小车受到的合外力为F＝mg。 mg (2)某小组成员通过实验记录的数据作出m－图像， 若已知该图像斜率为k，则小车的质量M＝_________。  [解析]　由牛顿第二定律和速度位移公式可得 ()2＝2L，化简可得m＝· 则k＝，则M＝。 [典例5]　某同学受太空中测量质量方法的启示，设计了如图甲的实验装置，利用动力学方法测量沙桶中沙的质量。 主要实验步骤如下： ①平衡好摩擦力后，在沙桶中加入质量为m0的沙； ②接通传感器电源，释放小车，利用传感器测 出对应的位移与时间(s－t)图像； ③在沙桶和沙质量不变的情况下，改变小车的 质量，测量出不同的加速度。 角度3　实验目的创新 (1)图乙是当小车质量为M＝0.2 kg时，运动过程中 传感器记录下的s－t图像，由图可知，小车的加速 度a＝__________ m/s2。  [解析]　小车做匀加速直线运动，根据动力学公式有s＝at2，解得 a＝ 2 m/s2。 2 (2)图丙为加速度a的倒数和小车质量M的关系 图像(－M图像)，利用题中信息求出沙的质 量m0＝__________kg(已知沙桶的质量m＝ 0.01 kg，重力加速度g取10 m/s2)。  [解析]　根据牛顿第二定律有T＝Ma，(m＋m0)g－T＝(m＋m0)a，解得m0＝0.04 kg。 　0.04 达标检测　巩固提高 三 36 1.(10分)(2025·广东汕尾调研)如图甲所示为探究牛顿第二定律的实验装置示意图，图中打点计时器使用的电源为50 Hz的交流电源，在小车质量未知的情况下，通过改变桶中沙的多少来探究在小车质量一定的条件下，小车的加速度与合外力的关系。 2 3 4 5 6 1 37 (1)平衡小车所受的摩擦力：取下 装沙的桶，调整木板右端的高度， 用手轻拨小车，直到打点计时器 在纸带上打出一系列间距______ 的点。  2 3 4 5 6 1 相等 解析：平衡摩擦力成功的标准是小车可以做匀速直线运动，即打点计时器在纸带上打出的相邻两点的间距相等。 38 (2)实验中打出的其中一条纸带如图乙所示，每5个点标记一个计数点， 标记结果如图所示，A、B、C、D为连续选择的计数点，相邻计数点间 的时间间隔T＝______ s；读出纸带上A、B计数点间距s1＝______ cm， C、D计数点间距s2＝______ cm；利用字母T、s1、s2表达出小车的加速 度的计算式a＝__________。  2 3 4 5 6 1 0.1　 1.40　 2.40　 39 解析：因为所用交流电的频率是50 Hz，所以相邻两计数点之间的时间间隔为 T＝5× s＝0.1 s 由题图乙可读出A、B计数点间距 s1＝(2.40－1.00) cm＝1.40 cm C、D计数点间距 s2＝(6.70－4.30) cm＝2.40 cm 由加速度定义式a＝，可得小车的加速度计算式为 a＝。 2 3 4 5 6 1 40 (3)以沙和桶的总重力F为横坐标，小车的加速度a为 纵坐标，作出a－F图像如图丙所示，则小车的质量 为M＝__________ kg。  2 3 4 5 6 1 解析：由牛顿第二定律可得F＝Ma 整理可得a＝F 由题图丙可知＝2.0 k 解得小车的质量为M＝0.5 kg。 0.5 41 2.(8分)做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图1甲是教材中的实验方案；图1乙是拓展方案，其实验操作步骤如下： 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； ②取下托盘和砝码，测出 其总质量为m，让小车沿 木板下滑，测出加速度a； ③改变砝码质量和木板倾 角，多次测量，通过作图 可得到a与F的关系图像。 2 3 4 5 6 1 42 (1)实验获得如图2所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，打点计时器频率为50 Hz，则在打d点时小车的速度大小vd＝______________________m/s(结果保留两位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 0.19(0.18或0.19均可) 解析：由题意知小车做匀加速直线运动，故vd＝，将sce＝(36.10－32.40)×10－2 m＝0.037 m，T＝0.1 s代入得vd≈0.19 m/s。 43 (2)需要满足条件M≫m的方案是__________(选填“甲”“乙”或“甲和乙”)；在作a－F图像时，把mg作为F值的是__________(选填“甲” “乙”或“甲和乙”)。  2 3 4 5 6 1 甲　 甲和乙 44 解析：甲实验方案中绳的拉力F满足F＝Ma，且mg－F＝ma，则F＝，只有m≪M时，F才近似等于mg，故以托盘与砝码的重力表示小车所受的合外力，需满足m≪M。 乙实验方案中：小车在斜面上匀速下滑，小车受绳的拉力及其他力的合力为零，且绳的拉力大小等于托盘与砝码的重力，取下托盘及砝码，小车所受的合外力大小等于托盘与砝码的重力mg，不需要满足m≪M。 两个实验方案都可把mg作为F值。 2 3 4 5 6 1 45 3.(10分)小华同学设计如图甲所示的 实验装置做“探究加速度与力、质 量的关系”创新实验。实验操作步 骤如下： ①挂上砝码盘和适量砝码，改变长 木板的倾角，让带遮光片的小车沿 长木板匀速下滑。 ②取下砝码盘和砝码，读出砝码的质量为m，小车和遮光片的总质量为M。让小车从靠近滑轮处沿长木板下滑，测出加速度a。 ③改变砝码质量和木板倾角，多次测量，作出a－mg图像，得出a与mg的关系。(g为重力加速度) 2 3 4 5 6 1 46 (1)用游标卡尺测量遮光片的宽度d，游标卡尺的 示数如图乙所示，其读数为__________ cm。  2 3 4 5 6 1 解析：20分度的游标卡尺的精度为0.05 mm，遮光片的宽度为d＝5 mm＋5×0.05 mm＝5.25 mm＝0.525 cm。 0.525 47 (2)在步骤①调节长木板倾角，让小 车匀速下滑时，发现通过光电门A的 时间大于通过光电门B的时间，应 __________(选填“增大”或“减 小”)长木板倾角。  2 3 4 5 6 1 解析：小车通过光电门A的时间大于通过光电门B的时间，说明小车做加速运动，重力的分力大于滑动摩擦力，为了保证小车匀速下滑，则应减小长木板的倾角。 减小 48 (3)该实验方案__________(选填“需要”或“不需要”)满足M≫m。  2 3 4 5 6 1 解析：实验第一步为挂上总质量为m1的砝码盘和适量砝码，改变长木板的倾角θ后，让质量为M的带遮光片的小车沿长木板匀速下滑，有 Mgsin θ＝f＋m1g 第二步为取下砝码盘和砝码，让小车从靠近滑轮处沿长木板加速下滑，有 Mgsin θ－f＝m1g＝Ma 由此可知本实验利用等效替代法测出了小车的合外力为m1g，故不需要满足M≫m。 不需要 49 (4)在下列四幅图中，与该实验操作对应的a－mg图像应为_________。  2 3 4 5 6 1 解析：设砝码盘的质量为m0，对砝码盘和砝码整体，由牛顿第二定律有(m＋m0)g＝Ma 可得a＝·mg＋ 则a－mg图像为一次函数，纵截距为正值，故选C。 C 50 4.(10分)(2025·广东模拟)某同学利 用智能手机研究木块在水平木板上 的运动，进而计算木块与木板间的 动摩擦因数。实验装置如图甲所示， 带滑轮的长木板水平放置，轻绳跨 过固定在长木板末端的滑轮，一端 连接重物，另一端连接木块，具有加速度测量功能的手机固定在木块上，调节滑轮的位置使轻绳与长木板平行，重物离地面足够远。实验时，先用天平测出木块和手机的总质量M。按图甲安装好实验装置，先打开手机的“加速度传感器”小程序，再释放重物，轻绳带动木块运动，直至木块碰到缓冲器后结束测量(已知当地重力加速度g)。 2 3 4 5 6 1 51 (1)在智能手机上显示的加速度—时间 图像如图乙所示。由图像知，在误差 允许的范围内，木块在1.20~1.90 s内 可认为做____________运动(选填“匀 速直线”“匀加速直线”或“匀减速 直线”)；数出0.3~2.1 s内图像与坐标 轴围成的区域约有48格，则可求得木 块与缓冲器碰撞前瞬间的速度大小约 为__________ m/s(计算结果保留两位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 匀加速直线　 0.96 52 解析：由题图乙可知，在误差允许的范围内，木块在1.20~1.90 s内加速度恒定不变，可认为做匀加速直线运动。 a－t图像与t轴围成的面积表示速度变化量，而整体从静止开始运动，则木块与缓冲器碰撞前瞬间的速度大小约为 v＝48×0.1×0.2 m/s＝0.96 m/s。 2 3 4 5 6 1 53 (2)根据手机记录的木块运动加速度a，要计算出木块与木板间的动摩擦 因数，利用以上实验的现有仪器，还需要测量的物理量是____________ (填物理量及相应的符号)，计算动摩擦因数的表达式为μ＝___________ (用所测物理量的字母表示)。  2 3 4 5 6 1 重物的质量m 　 解析：根据牛顿第二定律，对重物mg－FT＝ma 对手机和木块FT－μMg＝Ma 联立解得μ＝ 可知还需要测量的物理量是重物的质量m。 54 5.(10分)如图甲所示，在“探究加速度 与物体受力关系”的实验中，垫高长 木板的一端，调节斜面倾角大小，小 车前端不挂沙桶，没有拉力作用时， 小车匀速下滑。 (1)平衡阻力后，为使沙和沙桶的总重力约等于小车所受的合外力，应该满足的条件是___________________________________。  2 3 4 5 6 1 沙和沙桶的总质量远小于小车的质量 55 解析：以小车(质量M)、沙和沙桶(质 量m)整体为研究对象，根据牛顿第二 定律有mg＝(M＋m)a，以小车为研究 对象可得F＝Ma，求得F＝ mg＝ mg＜mg。可以看出，当m≪M时，F≈mg。故应使沙和沙桶的总质量远小于小车的质量，这样就可以用沙和沙桶的重力近似表示细线的拉力，即近似表示小车所受的合外力。 2 3 4 5 6 1 56 (2)保持小车质量一定，细线的一端系在小车上，另一端系一沙桶，细线跨过滑轮，小车在拉力作用下做匀加速运动，分别测得不同拉力时小车加速度a的数据如表所示。其中F＝0.15 N时得到如图乙所示的纸带，测量A、B、C三点的坐标分别为sA＝0、sB＝5.09 cm、sC＝10.78 cm。已知相邻计数点之间的时间间隔是0.1 s，则小车加速度大小为 _________ m/s2(结果保留两位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 F/N 0.10 0.15 0.18 0.22 0.25 a/(m·) 0.39   0.72 0.88 0.98 0.60 解析：由Δs＝aT2代入数据可得 a＝ m/s2＝0.60 m/s2。 57 (3)请根据多次实验的数据描点，在图中规范作出a－F 图像。 2 3 4 5 6 1 58 解析：如图所示。 2 3 4 5 6 1 答案：图见解析 59 (4)通过观察和分析a－F图像，可以得出小车的质量为__________ kg(结果保留两位有效数字)。  2 3 4 5 6 1 解析：图线斜率的倒数表示小车质量， 则M＝ kg＝0.25 kg。 0.25 60 6.(10分)(2025·广东广州模拟)某物理兴趣小组用如图甲所示的装置研究加速度与力和质量的关系。带挡光片的物体A内有若干质量均为m0的小铁片，初态时A、B系统刚好静止，物体A(包括小铁片)、B的质量相等。 2 3 4 5 6 1 61 (1)用游标卡尺测量挡光片的宽度d，如图乙所示，则挡光片的宽度d＝____________cm。  2 3 4 5 6 1 0.565 解析：挡光片的宽度d＝0.5 cm＋0.05×13 mm＝0.565 cm。 62 (2)测量挡光片到光电门中心的距离h，将A中的1个小铁片移到B中，由静止释放A，记录挡光片的挡光时间t1。 (3)将A中的2个小铁片移到B中，在相同的初始位置由静止释放A，记录挡光片的挡光时间t2。 (4)多次重复，得到移动的小铁片的数量n和对应的挡光时间tn。 2 3 4 5 6 1 63 (5)以n为横坐标，以____________为纵坐标，将实验测得的数据描点连线，若得到一条倾斜的直线，则表明物体的加速度与质量成反比，与所受合力成正比。  2 3 4 5 6 1 解析：设向B中转移n个铁片，绳中张力为FT，B的质量为M，对B，根据牛顿第二定律 (nm0＋M)g－FT＝(nm0＋M)a 对A：FT－(M－nm0)g＝(M－nm0)a 联立得a＝n 64 又h＝a 解得n 合力为2nm0g，以n为横坐标，以为纵坐标，将实验测得的数据描点连线，若得到一条倾斜的直线，则表明物体的加速度与质量成反比，与所受合力成正比。 2 3 4 5 6 1 65 (6)请写出一条产生实验误差的原因_____________________________。  2 3 4 5 6 1 实验中有阻力(或h的测量有误差) 解析：产生实验误差的原因：实验中有阻力或h的测量有误差。 66 $$