第3章 实验4 探究加速度与力、质量的关系(课件PPT)【高考快车道】2026年高考物理大一轮总复习

该高中物理实验专题复习课件聚焦“探究加速度与力、质量的关系”高考核心考点，依据高考评价体系梳理实验原理、数据处理（逐差法、v-t图像法）、误差分析等考查要求，通过分析近五年真题明确纸带分析、图像绘制等常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于融合2024江西高考真题与创新拓展实验，以典例解析培养科学思维（模型建构、科学推理），通过补偿阻力、m≫m'条件等易错点分析提升科学探究能力，助力学生掌握实验题解题技巧，为教师提供系统复习框架，高效备战高考。

实验四　探究加速度与力、质量的关系 高中总复习·物理 目 录 01 立足”四层”·夯基础 02 着眼“四翼”·探考点 03 培养“思维”·重落实 概念 公式 定理 立足“四层”·夯基础 目 录 一、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。 二、实验原理 1. 保持质量不变，探究加速度与 的关系。 2. 保持合外力不变，探究加速度与 的关系。 3. 作出 图像和a-图像，确定a与F、m的关系。 合外力　 质量　 a-F　 目 录 高中总复习·物理 三、实验器材 小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生 电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸等。 四、实验过程 1. 测量：用天平测量槽码的质量m'和小车的质量m。 2. 安装：按照如图所示的装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细 绳系在小车上（即不给小车 ⁠）。 牵引力　 目 录 高中总复习·物理 3. 补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，使小车能 ⁠ 下滑。 4. 操作 （1）槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先 后 ⁠ ，断开电源，取下纸带，编号码。 （2）保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m'，重复步骤（1）。 （3）在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度a。 （4）描点作图，作a-F图像。 （5）保持槽码的质量m'不变，改变小车质量m，重复步骤（1）和（3）， 作a-图像。 匀 速　 接通电源　 放开小 车　 目 录 高中总复习·物理 五、数据处理 1. 利用逐差法或v-t图像法求a。 2. 以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说 明a与F成正比。 3. 以a为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就 能判定a与m成反比。 目 录 高中总复习·物理 六、注意事项 1. 开始实验前首先补偿阻力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的 重力沿斜面方向的分力正好补偿 。在补偿阻力 时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸 带匀速运动。 2. 实验过程中不用重复补偿阻力。 3. 实验必须保证的条件： ⁠。 4. 一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠 近 ，并应先 ，后 ，且应在小车 到达滑轮前按住小车。 小车和纸带受到的阻力　 m≫m'　 打点计时器　 接通电源　 释放小车　 目 录 高中总复习·物理 七、误差分析 1. 实验原理不完善：本实验用槽码的总重力代替小车的拉力，而实际上小 车所受的拉力要小于槽码的总重力。 2. 补偿阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和 细绳不严格与木板平行都会引起误差。 目 录 高中总复习·物理 题型 规律 方法 着眼“四翼”·探考点 目 录 考点一　教材原型实验 某实验小组的同学探究加速度与质量的关系时，从中选出了其中一 条清晰的纸带，如图所示，每相邻两个计数点之间还有4个点没有画出。 已知打点计时器每0.02 s打一个点，则打下B点时小车的速度 为 m/s，小车的加速度为 m/s2。（以上结果均保留两位有 效数字） 0.54　 1.5　 目 录 高中总复习·物理 解析：打下B点时小车的速度为vB＝＝ m/s＝0.54 m/s 小车的加速度为a＝＝ m/s2＝1.5 m/s2。 目 录 高中总复习·物理 （2024·江西高考11题）某小组探究物体加速度与其所受合外力的 关系。实验装置如图a所示，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定一遮 光片，细线一端与小车连接，另一端跨过定滑轮挂上钩码。 （1）实验前调节轨道右端滑轮高度，使细线与轨道平行，再适当垫高轨 道左端以平衡小车所受摩擦力。 目 录 高中总复习·物理 （2）小车的质量为M1＝320 g。利用光电门系统测出挂不同钩码质量m时 小车加速度a。钩码所受重力记为F，作出a-F图像，如图b中图线甲所示。 目 录 高中总复习·物理 （3）由图线甲可知，F较小时，a与F成正比；F较大时，a与F不成正比。 为了进一步探究，将小车的质量增加至M2＝470 g，重复步骤（2）的测量 过程，作出a-F图像，如图b中图线乙所示。 （4）与图线甲相比，图线乙的线性区间 ，非线性区间 ⁠ 。再将小车的质量增加至M3＝720 g，重复步骤（2）的测量过程，记 录钩码所受重力F与小车加速度a，如表所示（表中第9～14组数据未列 出）。 较大　 较 小　 目 录 高中总复习·物理 序号 1 2 3 4 5 钩码所受重力 F/（9.8 N） 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 小车加速度 a/（m·s－2） 0.26 0.55 0.82 1.08 1.36 序号 6 7 8 9～14 15 钩码所受重力 F/（9.8 N） 0.120 0.140 0.160 …… 0.300 小车加速度 a/（m·s－2） 1.67 1.95 2.20 …… 3.92 目 录 高中总复习·物理 解析： 根据题图b分析可知，与图线甲相比，图线乙的线性区间较 大，非线性区间较小。 目 录 高中总复习·物理 （5）请在图b中补充描出第6至8三个数据点，并补充完成图线丙。 答案：见解析图 解析：（5）在坐标系中进行描点， 结合其他点用平滑的曲线拟合，使 尽可能多的点在线上，不在线上的 点均匀分布在线的两侧，如图所 示。 目 录 高中总复习·物理 （6）根据以上实验结果猜想和推断：小车的质量 ⁠ 时，a与F成正比。结合所学知识对上述推断进行解释： 　　　　。 答案：见解析 远大于钩码的质量　 解析： 对钩码，根据牛顿第二定律有F－T＝ma，对小车，根据牛顿 第二定律有T＝Ma，联立解得F＝（M＋m）a，变形得a＝F，当 m≪M时，可认为m＋M≈M，则a＝F，即a与F成正比。 目 录 高中总复习·物理 考点二　创新拓展实验 （2025·江西南昌模拟）某同学在做探究加速度与力和质量的关系 的实验中，设计了如图甲所示的实验装置。 目 录 高中总复习·物理 （1）利用游标卡尺测量遮光条的宽度，测量结果如图乙所示，遮光条的 宽度d＝ cm； 解析： 20分度游标卡尺的精确值为0.05 mm，则遮光条的宽度为d＝5 mm＋0.05×8 mm＝5.40 mm＝0.540 cm。 0.540　 目 录 高中总复习·物理 （2）将气垫导轨放在水平桌面上，将导轨调至水平；将滑块移至图示位 置，测出遮光条到光电门的距离s；打开气源，释放滑块，读出遮光条通过 光电门的挡光时间t；可得滑块经过光电门时的速度大小v＝ ，滑块运 动加速度大小a＝ （用d、t、s表示）； 解析： 滑块经过光电门时的速度大小v＝ 根据a＝，将v＝，v0＝0，代入可得 a＝。 　 　 目 录 高中总复习·物理 （3）实验时用拉力传感器直接测得拉力F，则滑块运动加速度a与拉力F的 关系图像最符合本实验实际情况的是 。（选填选项前的字母） 解析： 传感器的读数直接得出了拉力F，滑块在气垫导轨上运动不受 摩擦力作用，拉力F就是滑块所受的合外力，没有系统误差，所以图像应 该是一条通过原点的倾斜的直线。故选C。 C　 目 录 高中总复习·物理 创新分析 1. 利用气垫导轨替代长木板做实验。 2. 利用力传感器测出滑块所受的合外力。 3. 利用光电门与数字计时器结合测量滑块的速度。 目 录 高中总复习·物理 （2025·河南洛阳一模）某同学利用如图甲所示的实验装置测量小 车和智能手机的总质量，智能手机可以利用APP直接测量出手机与小车运 动时的加速度。悬挂质量为m的钩码，用智能手机测出小车运动的加速度 a，改变钩码的质量m，进行多次测量。作出a与m（g－a）的图像如图乙所示，已知图像中直线的截距为b，斜率为k。不计空气阻力，重力加速度为g。 （1）以下说法正确的是 ⁠； A. 钩码的质量应该远小于智能手机 和小车的总质量 B. 细绳应该始终与长木板平行 C. 细绳的拉力等于钩码的重力 B　 目 录 高中总复习·物理 解析： 设小车和手机的总质量为M，斜面倾角为θ，对钩码和小车以 及手机组成的系统，由牛顿第二定律有mg＋Mgsin θ－μMgcos θ＝（M＋ m）a，整理可得a＝＋，可得本实验的原理为a与 m（g－a）成一次函数。因本实验验证牛顿第二定律为对系统采用准确的 方法，故不需要近似用钩码重力代替绳的拉力，也就不需要钩码的质量应 该远小于智能手机和小车的总质量，故A错误；为了让细绳拉小车的力为 恒力，则细绳应该始终与长木板平行，故B正确；本实验研究系统的牛顿 第二定律，则绳子的拉力小于钩码的重力，故C错误。故选B。 目 录 高中总复习·物理 （2）根据图像可得，小车和手机的质量为 ⁠； 解析： 根据a与m（g－a）成一次函数关系，可知图像斜率的意义为 ＝k，则根据图像可得小车和手机的总质量为M＝。 　 目 录 高中总复习·物理 （3）再利用手机APP测出斜面倾角为θ，则小车和智能手机沿木板运动过 程中受摩擦力的大小为 ⁠。 解析： 根据a与m（g－a）成一次函数关系，可知纵截距的物理意义 为b＝ 联立解得智能手机与小车沿木板运动所受摩擦力的大小为Ff＝μMgcos θ＝ 。 　 目 录 高中总复习·物理 创新分析 1. 实验目的创新：测量小车和智能手机的总质量。 2. 测量方法创新：利用智能手机APP直接测量出手机与小车运动时的 加速度。 3. 数据处理创新：利用a-m（g－a）图像斜率的意义为＝k，求得小车和 手机的总质量。 目 录 高中总复习·物理 培养“思维”·重落实 夯基 提能 升华 目 录 1. 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。 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （1）该实验必须要补偿阻力。在补偿阻力的这步操作中，该同学 ⁠ （选填“需要”或“不需要”）通过细绳把沙桶挂在小车上。 解析： 该实验在补偿阻力这步操作中，不需要通过细绳把沙桶挂在 小车上。 不需 要　 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （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2位 有效数字）。 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Δx＝aT2 可得该小车运动的加速度大小为a＝＝ m/s2≈0.39 m/s2。 0.39　 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （3）在数据处理环节，把沙和沙桶的总重力当成小车受的合力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 ⁠ ⁠。 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。 小车质量没有远远大于沙和沙桶的总质 量 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （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　 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 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 的方式可以减小误差，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，不能直观的得出a与F的关系，C错误。 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 2. 某实验小组利用如图甲所示的装置“探究加 速度与力、质量的关系”。 （1）实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、 附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压 交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要 、 ⁠。 解析： 实验中需要用托盘和砝码的总重力表示小车受到的拉力，需 测量托盘的质量，实验中还需要测量小车和车上砝码总质量，所以还需要 天平。实验中需要用刻度尺测量纸带上点迹间的距离，从而得出加速度， 所以还需要刻度尺。 天平　 刻度尺　 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （2）某同学以小车和车上砝码的总质量的倒数为横坐标，小车的加速度 a为纵坐标，在坐标纸上作出的a-关系图线如图乙所示。由图可分析得 出：加速度与质量成 （选填“正比”或“反比”）关系；图线不 过原点说明实验有误差，引起这一误差的主要原因是平衡摩擦力时长木板 的倾角 （选填“过大”或“过小”）。 反比　 过大　 解析： a-图像是一条倾斜直线，加速度a与质量M成反比；图像在a轴上有截距，这是平衡摩擦力时长木板的倾角过大造成的。 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （3）有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外 力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两 条a-F图线，如图丙所示。图线 （选填“①”或“②”）是在轨道倾 斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量M＝ kg。 ①　 0.5　 解析： 由题图丙中图线①可知，当F＝0时，a≠0，即细 绳上没有拉力时小车就有加速度，所以图线①是在轨道倾 斜情况下得到的。轨道水平时，有F－μMg＝Ma，即a＝F －μg，则a-F图像的斜率k＝，由a-F图像得图像斜率k＝2 kg－1，所以M＝0.5 kg。 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 3. 学校物理兴趣小组用如图甲所示的阿特伍德机验证牛顿第二定律，并测 量当地的重力加速度。绕过定滑轮的轻绳两端分别悬挂质量相等的重物A （由多个相同的小物块叠放组成）和重物B。主要实验步骤如下： 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 ①用天平分别测量一个小物块的质量和B的质量m； ②将A中的小物块取下一个放在B上，接通打点计时器的电源后，由静止释 放B，取下纸带，算出加速度大小，并记下放在B上的小物块的质量； ③重复步骤②，获得B上面的小物块的总质量Δm和对应加速度大小a的多 组数据。 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （1）某次实验打出的纸带如图乙所示，相邻两计数点间还有四个计时点 未画出，已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则本次实验中A的 加速度大小为 m/s2（结果保留3位有效数字）。 解析： 根据题意可知，交流电源的频率为50 Hz，相邻两计数点间还 有四个计时点未画出，则相邻计数点间的时间间隔为0.1 s，由逐差法可得 A的加速度大小 a＝ m/s2＝0.810 m/s2。 0.810　 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （2）利用本装置验证牛顿第二定律。若在误差允许的范围内，满足重物A 的加速度大小a＝ （用m、Δm和当地的重力加速度大小g表示）， 则牛顿第二定律得到验证。 解析： 根据牛顿第二定律，对A、B组成的系统有（m＋Δm）g－（m －Δm）g＝2ma 解得a＝。 　 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （3）利用本装置测量当地的重力加速度。根据放在B上面的小物块的总质 量Δm和对应加速度大小a的多组数据，以Δm为横坐标，a为纵坐标作出a- Δm图像。若图线的斜率为k，则当地的重力加速度大小可表示为g ＝ （用k、m表示）。 解析： 由（2）的结果变形可得a＝·Δm，则有k＝ 解得g＝km。 km　 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 4. （2025·山东济南模拟）利用手机内置加速度传感器可实时显示手机加 速度的数值。小明通过智能手机探究加速度与合外力的关系，实验装置如 图甲所示，已知当地重力加速度为g。 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （1）突然剪断细绳，通过手机软件记录竖直方向加速度a随时间变化的图像如图乙所示，剪断细绳瞬间手机的加速度对应图中的 （选填“A”“B”或“C”）点； 解析： 前面的数据波动是保持平衡时的轻 微扰动，后续的数据波动是因为手机在做 （近似）简谐运动，故第一个峰值即为我们要的绳子被剪断时的瞬时加速度，故选“A”点。 A　 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （2）剪断细绳瞬间，手机受到的合力大小F等于（　B　） A. 砝码的重力大小 B. 小桶和砝码的重力大小 C. 手机的重力大小 D. 弹簧对手机的拉力大小 解析： 剪断细绳瞬间，弹簧的弹力大小不变，手机受到的合力大小F 等于小桶和砝码的重力大小，故选B。 B 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （3）如图丙所示，某同学在处理数据时，以剪断细绳瞬间手机竖直方向 上的加速度a为纵坐标，砝码质量m为横坐标，绘制a-m图像，获得一条斜 率为k，截距为b的直线，则可推算出手机的质量为 （选用k、b、g表 示）。 解析： 绳子剪断前，设弹力为F，小桶质量为m0，手机质量为M，对 手机，由平衡条件知F－（m＋m0）g－Mg＝0 绳子剪断后，对手机，由牛顿第二定律有F－Mg＝Ma 综上可得a＝·m＋ 结合图丙的斜率解得手机的质量M＝。 　 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 5. （2025·浙江杭州模拟）在探究“物体质量一定时，加速度与力的关 系”实验中，小张同学做了如图甲所示的实验改进，在调节桌面水平后， 添加了力传感器来测量细线拉力。 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （1）实验时，下列说法正确的是 ⁠； A. 需要用天平测出沙和沙桶的总质量 B. 小车靠近打点计时器，先接通电源再释放小车 C. 选用电火花计时器比选用电磁打点计时器实验误差会更小 D. 为减小误差，实验中一定要保证沙和沙桶的质量远小于小车的质量 BC　 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 解析： 力传感器测量细线的拉力为F，则小车受到的拉力为2F，即力 可以直接得到，不用测量沙桶和沙的质量，也不需要保证沙和沙桶的质量 远小于小车的质量，故A、D错误；为打点稳定、充分利用纸带，应先接通 电源后释放小车，故B正确；电磁打点计时器由于振针的作用，纸带和复 写纸之间阻力相对较大，实验误差比较大，而电火花计时器使用的是火花 放电，纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也比较小，故C正确。 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （2）实验得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器使用的交流电源的频 率为50 Hz，相邻两计数点之间还有四个点未画出，已知A、B、C、D各点 到O点的距离分别是3.60 cm，9.61 cm，18.01 cm，28.81 cm，由以上数 据可知，小车运动的加速度大小是 m/s2（计算结果保留3位有效数 字）； 解析： 相邻两计数点间的时间间隔为T＝5×＝ 5× s＝0.1 s，根据逐差法，可知小车运动的加 速度大小为a＝＝×10－2 m/s2≈2.40 m/s2。 2.40　 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 （3）由实验得到小车的加速度a与力传感器示数F的关系如图丙所示，则 小车运动过程中所受的阻力Ff＝ N，小车的质量M＝ kg。 （结果保留2位有效数字） 解析： 由题图丙可知，开始运动时，拉力最小值为1 N，则小车运动 过程中所受的阻力为Ff＝2F＝2.0 N 小车运动过程中，根据牛顿第二定律得2F－Ff＝Ma 整理得a＝F－ a-F图像的斜率为k＝＝ kg－1＝ kg－1 解得小车的质量为M＝3.0 kg。 2.0　 3.0　 1 2 3 4 5 目 录 高中总复习·物理 THANKS 演示完毕 感谢观看 $