实验四：探究加速度与力、质量的关系 课件-2026届高考物理一轮复习

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”实验专题，严格对接高考评价体系，系统梳理实验原理、数据处理（逐差法、图像法）、误差分析等核心考点，结合2024甘肃卷、江西卷等真题统计，明确图像分析（a-F、a-1/M）占45%、实验操作占30%的高频考点分布，归纳出实验判断、加速度计算等典型题型。 课件亮点在于“真题实战+技法突破”的备考策略，如以2024福建模拟题为例，深入解析逐差法最优公式推导，培养科学思维中的科学推理能力；通过误差分析案例（槽码质量影响）强化科学探究素养。特设“易错警示”模块，助力学生掌握图像斜率截距分析技巧，教师可依托系统考点梳理与真题训练，实现精准复习指导。

实验四 探究加速度与物体受力、物体质 量的关系 1 一、实验目的 1.探究同一个物体在受到不同力的作用时,加速度与受力的定量关系. 2.探究同一个力作用在不同质量的物体上时,加速度与物体质量的定量关系. 2 二、实验原理 1.保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力，探究加 速度与拉力的定量关系. 2.保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量，探 究加速度与质量的定量关系. 3 三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码 (若干个)、夹子、细绳、垫木、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝 码)、刻度尺. 4 四、实验步骤 1.称量质量——用天平测量小车的质量 . 2.安装器材——按照如图所示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). 5 3.平衡阻力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块垫木，反复移动 垫木的位置，直至小车在木板上运动时可以保持匀速直线运动状态. 4.让小车靠近打点计时器，挂上槽码，先接通电源，再让小车拖着纸带在 木板上匀加速下滑，打出一条纸带.计算槽码的重力，即为小车所受的合 力，由纸带计算出小车的加速度，并把力和对应的加速度填入表1中. 5.改变槽码的质量，重复步骤4，并多做几次. 6.保持槽码的质量不变，在小车上放上砝码以改变小车的质量，让小车在 木板上运动，打出纸带.计算出小车上砝码和小车的总质量 ，并由纸带计 算出小车对应的加速度，将所对应的质量和加速度填入表2中. 6 7.改变小车上砝码的个数，重复步骤6，并多做几次. 表1 小车质量一定 拉力 加速度 表2 小车所受的拉力一定 质量 加速度 7 五、数据处理 1.计算加速度——先在各条纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离， 再根据逐差法计算纸带对应的加速度. 2.作图像找关系——根据表1中记录的各组对应的加速度 与小车所受牵引 力，建立直角坐标系，描点画 图像，如果图像是一条过原点的倾斜 直线，便证明加速度与合力成正比.再根据表2中记录的各组对应的加速度 与小车和小车上砝码的总质量，建立直角坐标系，描点画 图像， 如果图像是一条过原点的倾斜直线，就证明了加速度与质量成反比. 8 六、误差分析 1.因实验原理不完善引起误差.以槽码(槽码质量为 )为研究对象得 ；以小车和小车上砝码整体(整体质量为 )为研 究对象得；求得 .槽码的质量比小 车和小车上砝码的总质量小得越多，由此引起的误差就越小. 2.阻力平衡不准确造成误差. 3.质量的测量、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量、细绳或纸带不与 木板平行等都会引起误差. 9 七、注意事项 1.平衡阻力：在平衡阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上. 2.不重复平衡阻力：平衡了阻力后，不管以后是改变槽码的质量还是改变 小车和小车上砝码的总质量，都不需要重新平衡阻力. 3.一先一后一按住：改变拉力或小车质量后，每次实验开始时小车应尽量 靠近打点计时器，并应先接通电源，后放开小车，且应在小车到达定滑轮 前按住小车. 4.作图：作图时，两坐标轴单位长度的比例要适当，要使尽可能多的点落 在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀地分布在所作直线两侧. 10 例1 [2024·甘肃卷] 用图甲所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系. 11 (1) 以下操作正确的是___. A.使小车质量远小于槽码质量 B.调整垫块位置以平衡阻力 C.平衡阻力时移去打点计时器和纸带 D.释放小车后立即打开打点计时器 √ 12 [解析] 为了使小车所受的合外力大小近 似等于槽码的总重力，故应使小车质量 远大于槽码质量，故A错误；为了保证 小车所受细线拉力等于小车所受合力， 则需要调整垫块位置以平衡阻力，也要 保持细线和长木板平行，故B正确；平衡阻力时不能移去打点计时器和纸 带，需要通过纸带上点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动，故C错误； 根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小车，故D错误. 13 (2) 保持槽码质量不变，改变小车上砝码的质量，得到一系列打点纸带.其 中一条纸带的计数点如图乙所示，相邻两点之间的距离分别为,, , ， 时间间隔均为 .下列加速度算式中，最优的是___. A. B. C. D. √ 14 [解析] 根据逐差法可知， ， ， ，联立可得小车加速度表达式为 ，此方法用到了纸带上的所有数据，故 选D. 15 (3) 以小车和砝码的总质量 为横坐标，加速度的倒 数为纵坐标，甲、乙两组同学分别得到的 图 像如图丙所示. 由图可知，在所受外力一定的条件下，与 成 _______(选填“正比”或“反比”)；甲组所用的______ (选填“小车”“砝码”或“槽码”)质量比乙组的更大. 反比 槽码 16 [解析] 根据图像可知与 成正比，故在所受外力 一定的条件下，与成反比；设槽码的质量为 ， 则由牛顿第二定律得 ，化简可得 ，故斜率越小，槽码的质量 越大， 由图可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大. 17 例2 [2024·福建厦门一中模拟] 某实验小组做“探究加速度与力、质量的关 系”的实验，实验装置如图甲所示. 18 (1) 为较准确地完成实验，下列操作正确的是_____. A.实验通过力传感器测量细线拉力，故不需要平衡阻力 B.调节滑轮的高度，使牵引重物的细线与长木板保持平行 C.为减小误差，实验中探究力与小车加速度关系时一定要保证重物质量远 远小于小车的质量 D.实验时小车应靠近打点计时器，先接通电源再释放小车 √ √ 19 [解析] 实验中将细线的拉力作为小车受到的合外力，故需要将带滑轮的 长木板左端垫高，以平衡阻力，故A错误；为了减小误差，调节滑轮的高 度，使牵引重物的细线与长木板保持平行，让细线的拉力等于小车受到的 合力，故B正确；本实验可通过拉力传感器直接测得细线拉力，故实验中 探究力与小车加速度关系时不需要保证重物质量远远小于小车的质量，故 C错误；为了充分利用纸带，小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放 小车，故D正确. 20 (2) 已知电源频率为 ，实验中打出的某条纸带如图乙所示，则重物下 落的加速度____ (结果保留2位有效数字). 1.1 [解析] 由题可得打点周期 ，重物下落的加速度 . 21 (3) 若保持重物和传感器的总质量 不变，在小车上放置砝码改变小车质 量，测出小车和车上砝码的总质量和对应的加速度 ，根据实验数据分 别作出图像与 图像如图丙、丁所示，则如图丙中实线所示的 图线偏离直线的主要原因是___________________________________ _____________________；若已平衡阻力，但图丁中图线仍不过原点，则 图线的延长线与纵轴交点的纵坐标值为_____(用题中所给的字母表示). 未满足小车和小车上砝码的质量远大于重物和传感器的总质量 22 [解析] 对重物与小车和小车上的砝码有， ，解得 ，只有远小于时， 图线才成线性关系，图丙中实线所示 的 图线偏离直线的主要原因是未满足小车和小车上砝码的质量远大 于重物和传感器的总质量；图丁中有， ，解得 ，则图线的延长线与纵轴交点的纵坐标值为 . 23 (4) 另一小组的同学采用如图戊所示装置，两个小组实验时使用的小车完 全相同，力传感器示数均为，他们根据多组数据作出的 图线分别如 图己中、所示，则图戊实验装置对应的图线是图己中的___(选填“ ”或“ ”). 24 [解析] 实验符合，解得 ，根据图戊和牛顿第二定律可知 ，解得 ，则图戊实验对应的图己中图线斜率较大，故对 应的实验图线是 . 25 技法点拨 数据处理中图线的分析 (1) 图线分析:“探究加速度与物体受力、物 体质量的关系”实验得到的 图像应是一条 过原点的直线,但由于实验误差影响,常出现如 图所示的三种情况(说明见下表). 26 图线 特征 产生原因 ① 图线的上部弯 曲 当小车受力 较大时,不满足“盘和重物的总质量远小 于小车和车上砝码的总质量”的条件 ② 图线在 轴的 截距大于0 平衡摩擦力时长木板的倾角过大, (即不挂盘和 重物)时小车就具有了加速度 ③ 图线在 轴的 截距大于0 平衡摩擦力时长木板的倾角过小,或未平衡摩擦力. 只有当 增加到一定值时,小车才获得加速度 27 (2) 图线分析 “探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中， 图像是双曲线， 不易确认，因此应作 图像,该图像为一条过原点的直线. 28 创新角度 实验装置图 创新解读 实验器材 的创新 __________________________________________________________________________________ (1)应用光电门测速度计算加 速度替代纸带处理 (2)利用 图像分析问题 29 创新角度 实验装置图 创新解读 实验原理 的创新 ___________________________________________________________________ (1)7个槽码拉时处于初始平 衡，减小槽码的重力充当小 车的合力，将合力大小转化 为槽码的个数 (2)利用 图像处理数据 续表 30 创新角度 实验装置图 创新解读 实验目的 的创新 _______________________________________________________________________________ (1)研究对象由滑块转变为 “滑块与钩码”组成的系统 (2)利用 图像处理数据 续表 31 考向一 实验器材的创新 例3 [2024·江西卷] 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1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. 32 (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. 33 (2)小车的质量为.利用光电门系统测出不同钩码质量 时小车 加速度.钩码所受重力记为,作出 图像,如图2中图线甲所示. 34 (3)由图线甲可知，较小时，与成正比；较大时，与 不成正比.为 了进一步探究，将小车的质量增加至 ，重复步骤(2)的测量过程， 作出 像，如图2中图线乙所示. 35 (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 ，重复步骤(2)的测量过程，记录钩码所受重力 与小车加速度，如下表所示(表中第 组数据未列出). 较大 较小 36 序号 1 2 3 4 5 钩码所受重力 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 小车加速度 0.26 0.55 0.82 1.08 1.36 序号 6 7 8 15 钩码所受重力 0.120 0.140 0.160 … 0.300 小车加速度 1.67 1.95 2.20 … 3.92 37 [解析] 根据题图2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. 38 (5) 请在图2中补充描出第6至8三个数据点，并补充完成图线丙. 39 [答案] 如图所示 40 [解析] 在坐标系中进行描点，结合其他点用平滑的直线连接各点，使尽 可能多的点在线上，不在线上的点均匀地分布在线的两侧.作出图线丙如 图所示. 41 (6) 根据以上实验结果猜想和推断：小车的质量__________________时， 与 成正比.结合所学知识对上述推断进行解释： ____________________ ________________________________________________________________ ________________________________________________________________ _________________________ 远大于钩码的质量 对钩码根据牛顿第二 定律有，对小车根据牛顿第二定律有 ，联立解得 ，变形得，当时，可认为 ，则 ，即与 成正比 42 考向二 实验原理的创新 例4 [2024·山东青岛模拟] 请使用下列器材测量小车 质量 小车、一端带有定滑轮的平直轨道、垫块、 细线、打点计时器、纸带、频率为 的交流电源、 直尺、质量均为 的7个槽码.(忽略一切摩擦) 43 (1) 完成下列实验步骤中的填空： ①按图甲安装好实验器材，跨过定滑轮的细线一端 连接在小车上，另一端悬挂着7个槽码.改变轨道的 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； 等间距 44 ②保持轨道倾角不变，取下1个槽码(即细线下端悬挂6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 ； 45 ③依次减少细线下端悬挂的槽码数量，重复步骤②; 46 ④以取下槽码的总个数的倒数为纵坐标， 为横坐标，作出 图像. [解析] ①改变轨道的倾角，用手轻拨小车，直到打点计时器在纸带上打 出一系列等间距的点，表明小车沿倾斜轨道匀速下滑. 47 (2) 已知重力加速度大小取 ，计算结果均保留三位有效数字， 请完成下列填空： 48 ① 下列说法正确的是_____； A.接通电源后，再将小车从靠近打点计时器处释放 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大小为 √ √ 49 [解析] 为了打点稳定，接通电源后，再将小车从靠近打点计时器处释放， 故A正确；为使细线的拉力等于小车所受的合力，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，故B正确；由于该实验 实验原理不同，故细线拉力不需要近似等于槽码的重力，不需要使质量远 小于小车质量，故C错误；若细线下端悬挂着2个槽码，小车加速下滑，槽 码加速上升，槽码超重，故细线对小车的拉力大于2个槽码的重力，则小 车下滑过程中受到的合外力小于 ，故D错误. 50 ② 若某次实验获得如图乙所示的纸带，已知相邻计数点间均有4个点未画 出，则加速度大小_____；在打“7”点时小车的速度大小 ______ ； 1.12 1.02 51 [解析] 相邻两计数点的时间间隔 为 ， 根据逐差法求出小车加速度大小为 ，根据 匀变速直线运动中间时刻的瞬时速度等于该过程平均速度，在打“6”点时 小车的速度大小为 ，在打“7” 点时小车的速度大小 . 52 ③ 随变化的关系式为___________________(用，，，， 表示)； [解析] 小车匀速时有，减小 个槽码后，对小车和槽 码分别有、 ，整理得 . 53 ④ 测得关系图线的斜率为，则小车质量______ . 0.420 [解析] 图像的斜率为，解得 . 54 考向三 实验目的的创新 例5 [2024·河北沧州模拟] 某同学设计了如图 甲所示的实验装置，该装置既可以验证牛顿第 二定律，也可以测量凹形滑块的质量与当地的 重力加速度，实验器材有加速度传感器、质量 已知的钩码、木板(左端带定滑轮)、轻质细线. 55 实验步骤如下： ①调节滑轮使细线与木板平行，然后调整木板 的倾角来平衡木板对滑块的摩擦力； ②挂上钩码，由静止释放滑块，记录加速度传 感器的示数以及相应的钩码质量； ③改变悬挂钩码的个数，重复步骤②，得到多 组加速度与相应悬挂的钩码总质量 ； 56 ④画出 的函数关系图像如图乙所示. 57 回答下列问题： (1) 在平衡木板对滑块的摩擦力时________(选填“需要”或“不需要”)在细线 的下端挂上钩码，本实验________(选填“需要”或“不需要”)滑块的质量远 大于所悬挂钩码的质量. 不需要 不需要 [解析] 在平衡木板对滑块的摩擦力时不需要在细线的下端挂上钩码，以 使得滑块的重力沿下滑方向的分力恰好等于摩擦力；本实验通过传感器读 出加速度，不需要用钩码的重力代替滑块所受的合外力，所以不需要滑块 的质量远大于所悬挂钩码的质量. 58 (2) 设当地的重力加速度为，滑块的质量为 ，图乙的函数表达式为 _______________(用、、、 来表示). [解析] 对整体应用牛顿第二定律可得 ，变形可得 . 59 (3) 由图乙可得_ ___(用来表示)，____(用、、 来表示). [解析] 由图乙可得，，解得， . 60 $