第4章 2.实验 探究加速度与力、质量的关系(word版练习)-【突破课堂】2025-2026学年高中物理必修第一册同步基础巩固练（人教版）

2.实验:探究加速度与力、质量的关系 A组 教材夯基础 限时15分钟 1.为了探究加速度与力的关系,使用如图所示的装置进行实验。其中,A、B为两个光电门,它们与数字计时器相连,当滑块通过A、B光电门时,光束被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录,滑块连同上面固定的一条形遮光片的总质量为M,遮光片宽度为d,光电门间距离为L,砂和砂桶的总质量为m。回答下列问题: (1)下列不必要的一项实验要求是　　　　。  A.应将长木板一端垫高,平衡摩擦力 B.应使砂和砂桶的总质量远小于滑块质量 C.应使光电门间的距离适当大些 D.应使细线与长木板平行 (2)滑块通过光电门A、B的速度分别为　　　　、　　　　。  2.为了“探究加速度与力、质量的关系”,某同学使用如图甲所示装置进行实验。小车与其上砝码的总质量为M,槽码的质量为m。打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上。回答下列问题: 甲 (1)某次实验中得到一条纸带,如图乙所示。从比较清晰的点起,每隔4个点取一个计数点,计数点分别标为0、1、2、3、4、5、6,可得小车运动的加速度a=　　　　m/s2(结果保留两位有效数字)。  乙 (2)为了探究加速度a与质量M的关系,在测得需要的实验数据后,用图像法进行数据分析,下列操作的正确顺序为　　　　　　　。  A.作a-图像,对a与M关系的猜测进行检验 B.作a-M图像,根据画出的图线猜测a与M的关系 C.检验正确,得出a与M关系的结论 易错易混辨析 3.打点前小车应靠近打点计时器且应先接通电源后释放小车。(　　) 4.在平衡摩擦力时,不需要悬挂槽码,但小车应连接纸带且接通电源。用手轻轻地给小车一个初速度,如果在纸带上打出的点的间隔均匀,表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡。(　　) 5.改变悬挂槽码的个数的过程中,要始终保证槽码的总质量远小于小车的质量。(　　) 6.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可连成折线。(　　) B组 单一知识点 限时30分钟 知识点1　实验思路 7.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,运用了以下哪种科学实验方法(　　) A.理想模型法 B.放大法 C.控制变量法 D.等效替代法 8.某学习小组用如图所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”,下列操作正确的是(　　) A.固定打点计时器时应调节图中P B.打点计时器通过Q与电源相连 C.当细绳与木板不平行时应调节图中R使细绳与木板平行 D.阻力补偿时应调节图中S使小车能匀速下滑 9.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,通常将细线给小车的拉力认为近似等于槽码的重力,为了消除这一系统误差,以下方法中最适合的是(　　) A.要求小车的质量远远大于槽码的质量 B.把打点计时器一端垫高,平衡摩擦力 C.直接用弹簧测力计代替槽码,读出弹簧测力计的读数,即为绳的拉力 D.将力传感器固定在小车上,准确记录细线给小车(含力传感器)的拉力 10.如图所示为某实验小组“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”的实验装置。下列操作正确的是(　　) A.长木板一定要水平摆放 B.在选取计数点时必须从纸带上第一个打点开始选取 C.使用毫米刻度尺测量长度时,要估读到分度值的下一位 D.为了减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的总质量远大于小车的质量 11.图是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图。两个相同的小车,放在比较光滑的水平板上(摩擦力很小,可以略去),前端各系一条细绳,绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘里可放砝码,两个小车后端各系一条细线,细线用夹子固定。打开夹子,小盘和砝码牵引小车运动,闭合夹子,两小车同时停止运动,再用刻度尺测出两小车通过的位移。为了探究加速度大小和力之间的关系,下列说法中正确的是(　　) A.使小盘和砝码的总质量尽可能等于小车质量 B.若将小车放在粗糙水平板上,对实验结果没有影响 C.两小车的位移之比等于加速度之比 D.可在两小盘内放置相同质量的砝码,在两小车内放置不同质量的砝码进行实验 知识点2　实验数据处理 12.(多选)某实验小组用图甲所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验时,用质量分别为M、2M和3M的小车进行了实验并作出了如图所示的图像,根据图像,可以得出的结论是(　　)　 甲 乙 A.当小车质量一定时,小车的加速度与所受合外力成正比 B.当小车质量一定时,小车的加速度与所受合外力成反比 C.当小车所受合外力一定时,小车的加速度与质量成正比 D.当小车所受合外力一定时,小车的加速度与质量成反比 13.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,某研究小组利用如图1所示实验装置,在满足所挂钩码质量远小于小车质量的前提下,进行实验数据测量、计算和分析。 根据测量数据,作出小车的加速度随细线拉力变化的a-F图线,如图2所示。你认为在实验过程中可能存在的问题是(　　) 图1 图2 A.先释放小车,后接通电源 B.补偿阻力时木板右端垫得不够高 C.先接通电源,后释放小车 D.电源电压过高造成小车加速度测量值偏大 14.如图为“探究加速度与力的关系”实验的a-F图像,根据图线分析,该实验过程可能存在的问题为(　　) A.所用小车质量过大 B.所挂钩码的总质量太大 C.导轨与小车间摩擦太大 D.没有多次测量取平均值 15.在探究加速度与小车质量关系的过程中,应保持砂和砂桶的总质量不变,通过增减小车中砝码改变小车质量M,实验测出几组a、M数据,下列图线能直观且正确反映a-M关系的是(　　) A. B. C. D. 16.为了探究“物体质量一定时,加速度与合力的关系”,某同学设计了如图甲所示的实验装置。 (1)实验的主要步骤如下: ①将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力 ②打开力传感器,接通打点计时器电源 ③释放小车,打出一条纸带,计算出加速度a,并记录小车加速时力传感器示数F ④多次改变　　　　(填“砂和砂桶”或“小车”)的质量,重复上述步骤②③  ⑤利用多组数据,作出a-F图像 (2)实验中得到一条纸带如图乙所示,相邻两计数点间还有四个点没有画出,已知打点计时器采用的交流电频率为50 Hz。可求出:打点3时小车的速度为　　　　m/s,小车的加速度为　　　　m/s2。(结果均保留两位有效数字)  (3)实验获得的a-F图像如图丙所示,则　　　　。  A.该直线不过原点可能是因为长木板倾角过大 B.该直线不过原点可能是因为不满足小车的质量远大于砂和砂桶的质量 C.随着实验中砂和砂桶的质量增大,图线可能会出现弯曲 C组 综合知识点 限时15分钟 　　　　　 　　　　　 17.(多选)如图所示,用该装置来探究小车的加速度与所受合力的关系,将装有力传感器的小车放置于水平长木板上,缓慢向小桶中加入细沙,直到小车刚开始运动为止(设最大静摩擦等于滑动摩擦力大小),记下传感器的最大示数F1。再将小车放回原处并按住,继续向小桶中加入适量细沙后释放,记下传感器的示数F2。关于该实验,下列说法中不正确的是(　　) A.实验中需要天平测量小车质量 B.实验中小车运动时所受阻力为F1 C.实验中小车所受的合力为F2 D.用加沙的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比,可更方便地获取多组实验数据 18.某研究性学习小组利用气垫导轨探究加速度与质量和合外力的关系,实验装置如图所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电门1、2,滑块上固定一遮光条,滑块在细线的牵引下向左做加速运动。 (1)实验前,接通气源,将滑块(不挂小桶)置于气垫导轨上,轻推滑块,滑块经过光电门1和光电门2的时间不同,造成此现象的原因是　　　　　　　　　　　　。  (2)实验装置调试正确后重新进行实验,测得遮光条宽度d=1.0 cm,两个光电门之间的距离l=25.0 cm,遮光条通过光电门1、2的时间分别为Δt1=0.04 s、Δt2=0.01 s,则滑块经过光电门1的瞬时速度大小为v1=　　　m/s,滑块的加速度大小a=　　　m/s2(结果均保留2位小数)。  (3)探究加速度和滑块质量的关系时,通过增加或减少滑块上的铁块数量来改变滑块质量。在减少铁块数量时,需要保证滑块(含遮光条、铁块)质量M与小桶(含细沙)质量m满足　　　　　。  (4)该小组通过将滑块上的铁块放置到小桶内来改变合外力,探究加速度与系统合外力的关系,在操作时并未满足问题(3)中的关系式,那么该操作　　　(填“会”或“不会”)导致实验产生误差。  19.用图甲所示装置“探究小车加速度与力、质量的关系”。请思考并完成相关内容: (1)图乙为某次实验得到的纸带,已知所用电源的频率为50 Hz,可求出打B点时小车的速度为　　　　m/s;纸带对应小车的加速度大小为　　　　m/s2。(计算结果均保留两位有效数字)  (2)某小组同学研究小车质量一定的情况下加速度a与合外力F的关系,得到了如图丙中①所示的a-F图线,主要原因是  　。  (3)某同学研究小车质量一定的情况下加速度a与砝码重力F(忘记测量砝码盘的质量,但其他操作均正确)的关系,得到的a-F图线应该是图丙中的　　　　(填“①”“②”或“③”)。  D组 高考怎么考 限时15分钟 　　　　　 　　　　　 　　　　　 20.(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。 图1 (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　　　　。  图2 A.a= B.a= C.a= 21.(北京卷)在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中,做如下探究: (1)为猜想加速度与质量的关系,可利用图1所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上,前端通过钩码牵引,后端各系一条细线,用板擦把两条细线按在桌上,使小车静止。抬起板擦,小车同时运动,一段时间后按下板擦,小车同时停下。对比两小车的位移,可知加速度与质量大致成反比。关于实验条件,下列正确的是:　　　　(选填选项前的字母)。  A.小车质量相同,钩码质量不同 B.小车质量不同,钩码质量相同 C.小车质量不同,钩码质量不同 图1 (2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系,设计实验并得到小车加速度a与质量M的7组实验数据,如表所示。在图2所示的坐标纸上已经描好了6组数据点,请将余下的一组数据描在坐标纸上,并作出a-图像。 次数 1 2 3 4 5 6 7 a/ (m·s-2) 0.62 0.56 0.48 0.40 0.32 0.24 0.15 M/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 图2 (3)在探究加速度与力的关系实验之前,需要思考如何测“力”。请在图3中画出小车受力的示意图。为了简化“力”的测量,下列说法正确的是:　　　　(选填选项前的字母)。  图3 A.使小车沿倾角合适的斜面运动,小车受力可等效为只受绳的拉力 B.若斜面倾角过大,小车所受合力将小于绳的拉力 C.无论小车运动的加速度多大,砂和桶的重力都等于绳的拉力 D.让小车的运动趋近于匀速运动,砂和桶的重力才近似等于绳的拉力3.牛顿第二定律 2.实验:探究加速度与力、质量的关系 A组 教材夯基础 1.答案　(1)B　(2)　 解题思路　(1)应将长木板一端垫高,平衡摩擦力,保证细线的拉力为滑块所受的合力,故A不符合题意;因为有测力计测量细线的拉力,则实验中不需要使砂和砂桶的总质量远小于滑块质量,选项B符合题意;光电门间的距离适当大些,能减小测量L时产生的误差,同时也能使滑块的速度变化大些,选项C不符合题意;应使细线与长木板平行,选项D不符合题意。 (2)滑块通过光电门A、B的速度分别为vA=,vB=。 2.答案　(1)0.87　(2)BAC 解题思路　(1)根据逐差法得a==×0.01 m/s2≈0.87 m/s2。 (2)先作a-M图像,根据画出的图线猜测a与M的关系,然后作a-图像,对a与M关系的猜测进行检验,若检验正确,得出a与M关系的结论,故正确顺序是BAC。 易错易混辨析 3.√　4.√　5.√　6.✕ B组 单一知识点 7.C　实验在保持小车质量不变的情况下,探究加速度与合力的关系;在保持合力不变的情况下,探究加速度与质量的关系,应用了控制变量法,故选C。 8.A　固定打点计时器时应调节图中P,故A正确;图中为电火花计时器,应通过导线一端的插头与220 V的交流电源相连,故B错误;当细绳与木板不平行时应调节图中S使细绳与木板平行,故C错误;阻力补偿时应调节图中R使小车能匀速下滑,故D错误。 9.D　要求小车的质量远远大于槽码的质量,可以减小这一系统误差,但不能消除,A错误;平衡摩擦力只是避免了摩擦力对实验的影响,不能消除细线拉力与槽码重力不相等的系统误差,B错误;直接用弹簧测力计代替槽码,理论上有可行性,但是加速运动的弹簧测力计不易读数,C错误;将力传感器固定在小车上,准确记录细线给小车(含力传感器)的拉力,可以消除这一系统误差,故D正确。 易错警示　将细线给小车的拉力认为近似等于槽码的重力,存在系统误差,要求小车的质量远远大于槽码的质量可以减小这一系统误差,但不能消除。 10.C　本实验需要平衡摩擦力,故A错误;在选取计数点时不必从纸带上第一个打点开始选取,故B错误;使用毫米刻度尺测量长度时,要估读到分度值的下一位,故C正确;为了减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量,故D错误。 11.C　当小盘和砝码的总质量远小于小车的质量时,绳对小车的拉力大小才近似等于小盘和砝码的总重力,故A错误;粗糙水平板会对小车有摩擦力作用,则小车受到的合力就不等于绳子的拉力,对实验结果会有影响,故B错误;根据初速度为零的匀变速直线运动公式x=at2可知,两车的位移之比等于加速度之比,故C正确;本实验通过在两小盘内放置不同质量的砝码来改变小车所受合力,故D错误。 12.AD　 由图线知,当小车质量一定时,小车的加速度与所受合外力成正比,A正确,B错误;由图线可得,当F一定时,==,==,可见当小车所受合外力一定时,小车的加速度与质量成反比,C错误,D正确。 13.B　根据题图2可知,当拉力达到一定数值时,小车才有加速度,说明没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,则在实验过程中可能存在的问题是补偿阻力时木板右端垫得不够高,故选B。 14.B　当所挂钩码的质量远小于小车质量时,可认为钩码的重力近似等于绳对小车的拉力,此时a-F图像为一过原点的倾斜的直线,随着钩码质量的增加,不满足钩码的质量远小于小车质量的关系时,图线出现弯曲,故造成该图线末端弯曲的原因是所挂钩码的总质量太大,A错误,B正确;图像在a轴上有正截距,说明当F=0时小车就有了加速度,则其原因是平衡摩擦力过度,并不是导轨与小车间摩擦太大或者没有多次测量取平均值,C、D错误。 15.C　保持砂和砂桶的总质量不变,当小车质量M远大于砂和砂桶的总质量时,加速度a与小车质量M成反比,可知M较大时,a-图线为一过原点的直线;当小车质量M减小到一定程度后,加速度a与小车质量的倒数不再成正比,a-图线发生弯曲,因最大加速度不会大于重力加速度g,可知图线向下弯曲。故C正确。 16.答案　(1)砂和砂桶　(2)0.24　0.40　(3)A 解题思路　(1)为了探究“物体质量一定时,加速度与合力的关系”,应保持小车质量不变,多次改变砂和砂桶的质量。 (2)打点3时小车的速度为v3==×10-2 m/s=0.24 m/s;小车的加速度为a==×10-2 m/s2=0.40 m/s2。 (3)由图丙可知当F为零时,小车就有了加速度,说明平衡摩擦力时长木板倾角过大,A正确;小车的合外力由力传感器测出,故不需要满足小车的质量远大于砂和砂桶的质量,则随着实验中砂和砂桶的质量增大,图线不会出现弯曲,B、C错误。 C组 综合知识点 17.AC　该实验是探究小车的加速度与所受合力的关系,因此只需要保持小车和力传感器的总质量不变,实验中不需要天平测量小车质量,A错误,符合题意;由题意可知,小车刚开始运动时,传感器的示数为F1,可知实验中小车运动时所受阻力等于F1,B正确,不符合题意;传感器的示数F2是小车做加速运动时细绳上拉小车的力,实验中小车所受的合力应为F2-F1,C错误,符合题意;用加沙的方法改变拉力的大小与挂钩码的方法相比,可更方便地获取多组实验数据,因为加沙的方法可以每次加很少的细沙,能更精确地控制拉力的大小,D正确,不符合题意。故选A、C。 18.答案　(1)气垫导轨没有水平　(2)0.25　1.88 (3)M≫m　(4)不会 解题思路　(1)轻推滑块,滑块经过光电门1和光电门2的时间不同,说明滑块通过两个光电门时的速度不同,则造成此现象的原因是气垫导轨没有水平。 (2)滑块经过光电门1的瞬时速度大小为v1== m/s=0.25 m/s,经过光电门2的瞬时速度大小为v2== m/s=1.00 m/s,滑块的加速度大小a== m/s2≈1.88 m/s2。 (3)在减少铁块数量时,需要保证滑块(含遮光条、铁块)质量M远大于小桶(含细沙)质量m,这样才能使得小桶(含细沙)的重力近似等于滑块受到的牵引力。 (4)该小组通过将滑块上的铁块放置到小桶内来改变合外力,探究加速度与系统合外力的关系,在操作时并未满足问题(3)中的关系式,但是以滑块和小桶(包括遮光条、铁块、细沙)为整体来研究,该操作不会导致实验产生误差。 19.答案　(1)1.6　3.2　(2)未平衡摩擦力(或平衡摩擦力不足)　(3)③ 解题思路　(1)相邻两计数点间的时间间隔为T== s=0.04 s,则打B点时小车的速度为vB=≈1.6 m/s;根据逐差法可得小车的加速度大小为a=≈3.2 m/s2。 (2)题图丙中①所示的a-F图线横轴存在正截距,说明F要达到一定大小后小车才具有加速度,则主要原因是未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足。 (3)操作完全正确时,a与合外力F成正比,图线应为题图丙中的②;忘记测量砝码盘的质量,但其他操作正确时,只将砝码重力作为合外力F,则合外力偏小,即加速度a一定时,F偏小,则图像应为题图丙中的③。 D组 高考怎么考 20.答案　(1)B　(2)B　(3)远大于　系统误差　C (4)　A 解题思路　(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的点间距判断小车是否在长木板上做匀速直线运动,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长木板平行,故C错误。 (3)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实验方法或原理不完善造成的,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,不是小车与木板间存在阻力(实验中已经补偿了阻力)或是速度测量精度低造成的,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a==,故选A。 21.答案　(1)B　(2)如图所示 (3)如图所示　AD 解题思路　(1)探究加速度与质量的关系,必须控制小车所受的力相同,小车质量不同,故钩码质量要保证相同,B对。(2)将第4次数据描点,再连线,见答案图。(3)设小车质量为M,砂和桶质量为m,使小车沿倾角为θ的斜面下滑,调整倾角θ大小,当Mg sin θ=Ff时,小车所受合力可等效为绳的拉力,A对;若倾角θ过大,所受合力F合=FT+(Mg sin θ-Ff)>FT,B错;只要小车具有加速度,则砂和桶就具有向下的加速度,则砂和桶的重力就大于绳的拉力,C错;当小车的运动趋近于匀速运动时,由平衡条件可知,砂和桶的重力才近似等于绳的拉力,D对。 学科网（北京）股份有限公司 $