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

该高中物理高考复习学案聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验专题，系统整合控制变量法应用、图像数据处理、误差分析等核心考点，按实验原理、操作流程、创新拓展层次构建知识网络，通过问题链（如实验步骤填空）和任务驱动（如纸带加速度计算）引导学生自主梳理实验逻辑，形成完整认知体系。 亮点在于诊断性自测与科学探究素养培养，开篇设置实验步骤填空及纸带数据计算题（如利用逐差法求加速度），学生可自主诊断基础薄弱点，配套2024江西高考题及创新拓展实验题（如智能手机测加速度），培养科学思维与数据处理能力，教师可通过学生错题分布精准指导，助力个性化复习提升。

实验四　探究加速度与力、质量的关系 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。 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　　　　　）。 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。 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。 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。 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。 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） 尝试解答 （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。 （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。 （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）。 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 （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。 （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：　　　　　　　　　　　　　　。 尝试解答 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。 （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； （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）； （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） 尝试解答 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。 （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 （2）根据图像可得，小车和手机的质量为　　　　； （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　　　　。 尝试解答 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。 提示：完成课后作业　第三章　实验四 。 实验四　探究加速度与力、质量的关系 【立足“四层”·夯基础】 二、1.合外力　2.质量　3.a-F 四、2.牵引力　3.匀速　4.（1）接通电源　放开小车 六、1.小车和纸带受到的阻力　3.m≫m'　4.打点计时器　接通电源　释放小车 【着眼“四翼”·探考点】 考点一 【典例1】 0.54　1.5 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。 【典例2】 （4）较大　较小　（5）见解析图　（6）远大于钩码的质量　见解析 解析：（4）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。 （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。 （6）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。 考点二 【典例3】 （1）0.540　（2）　　（3）C 解析：（1）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。 （2）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＝。 （3）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。 【典例4】 （1）B　（2）　（3） 解析：（1）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。 （2）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＝。 （3）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＝。 4 / 4 学科网（北京）股份有限公司 $