4.2 加速度与力、质量之间的关系 分层练习-2025-2026学年高一上学期物理粤教版必修第一册

4.2 加速度与力、质量之间的关系 分层练习 分层一：基础夯实 一、单选题 1．小明同学为了探究物体的加速度a与质量m、受到的外力F之间的关系，设计了这样的实验思路：先保持m不变，寻找a与F的关系，再保持F不变，寻找a与m的关系，请问他这样做采用了哪种科学方法？（　　） A．理想模型法 B．控制变量法 C．等效法 D．对称法 2．在物理学的重大发现中科学家们创造出了许多物理学方法，如理想实验法、控制变量法、极限思想法、类比法、微元法和科学假说法、建立物理模型法等。以下关于所用物理学研究方法的叙述不正确的是（　　） A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法叫建立物理模型法 B．根据速度定义式v=，当Δt非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义应用了极限思想方法 C．在探究加速度、力和质量三者之间的关系时，先保持质量不变研究加速度与力的关系，再保持力不变研究加速度与质量的关系，该实验应用了假设法 D．在推导匀变速运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，这里采用了微元法 3．某同学在用如图所示的装置做“探究加速度与力的关系”的实验时，忘记平衡小车运动中所受的摩擦力了，其他操作、计算及作图均正确，他最后作出的a－F关系图象可能是（　　） A． B． C． D． 4．如图为探究小车加速度与所受合力关系的实验。两辆小车并排放在粗糙木板上，通过细绳跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里放有砝码。打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动一段时间后，合上夹子，两小车同时停止运动。下列说法正确的是（　　） A．实验前无需进行补偿阻力操作 B．实验中应使小车质量不同、砝码质量相同 C．实验中不必求出加速度具体值 D．实验中不必保证砝码盘及砝码的总质量远小于小车的质量 5．如图是某同学在探究加速度与力的关系时根据测量数据作出的a-F图线，图线不过坐标原点的原因是（　　） A．未完全平衡摩擦力 B．平衡摩擦力过度 C．小车质量过重 D．小车质量远大于沙和沙桶的质量 6．在探究加速度跟作用力的关系时，使物体的质量保持不变，在探究加速度跟质量的关系时，作用力保持不变，这种方法属于（　　） A．等效替代 B．类比方法 C．控制变量 D．建立模型 7．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，下列做法和理由正确的是(　　) A．实验中所用电源为低压直流电源 B．实验中纸带和细绳应与长木板严格平行，使力作用在物体运动方向的直线上 C．实验时，先放开小车，后接通电源 D．“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响 8．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示，在探究加速度与力的关系时，下列说法正确的是（　　） A．电火花计时器应接低压交流电源 B．应将长木板的一侧垫高，以平衡小车受到的阻力 C．槽码质量应远大于小车质量 D．应在小车中增加砝码，多次实验 分层二：能力提升 二、多选题 9．如图所示是某同学根据实验数据画出的图像，下列说法中正确的是（　　） A．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 B．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 C．形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 D．形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 10．某同学用下面实验装置做实验，则做法合理的有（　　） A．用此装置探究小车做匀变速直线运动规律时必须平衡摩擦力 B．用此装置探究小车合外力一定，质量和加速度关系时必须先平衡摩擦力，但再次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力 C．实验时，先接通计时器的电源，再放开小车 D．用此装置探究小车做匀变速直线运动规律时，需要砂和砂桶的质量必须远小于小车质量 11．某实验小组利用如图所示装置探究加速度和力的关系的实验时，利用实验测得的数据画出加速度a和外力F的关系图像如图甲、乙、丙、丁所示，下列说法正确的是（　　） A．图甲中图像说明在实验过程中木板的倾角过大 B．图乙中图像说明在实验过程中木板的倾角过大 C．图丙中图像说明在实验过程中未满足砂和砂桶的总质量远远大于小车和砝码的总质量 D．图丁中图像说明在实验过程中未满足砂和砂桶的总质量远远大于小车和砝码的总质量 12．小龙设计如图甲、乙、丙所示实验装置“探究加速度与物体所受合力的关系”，说法正确的是（　　） A．都需要挂上重物，并调节长木板的倾角，以平衡摩擦力 B．只有甲需要用天平测出砂和砂桶（或钩码）的总质量 C．都需要保持定滑轮至小车间的轻绳与倾斜的长木板平行 D．都需要控制砂和砂桶（或钩码））的总质量远小于小车质量 13．如图甲为用DIS（拉力传感器、数据采集器、计算机）研究加速度和力的关系的实验装置，图乙为根据测得的多组数据画出的关系图线。对于该实验，下列说法正确的是（　　） A．小车受到的拉力等于钩码的重力 B．该实验不需要满足钩码的质量必须远小于小车的质量 C．该实验必须保持钩码的质量不变 D．乙图中直线未过原点的原因是补偿阻力时轨道右端垫得过高 三、实验题 14．(1)图（a）为“用DIS研究加速度和力的关系”的实验装置。实验中，所选钩码的质量要远 于小车的质量（选填“大”或“小”）。固定在小车上是位移传感器的 （选填“发射器”或“接收器”）。 (2)图（b）是小华同学设计的“用DIS研究加速度和力的关系”的另一套实验方案。在轨道上的B点处固定一光电门，将连接小车的细线跨过滑轮系住钩码。把小车放到轨道上，挡光片的前端位于A点处，静止释放小车，小车在轨道上做匀加速直线运动。 ①测出挡光片的宽度d=0.5×10-2m，小车上挡光片通过光电门的时间Δt=0.5×10-2s，A、B距离LAB=1m。则小车过B点的瞬时速度vB= m/s，加速度a= m/s2。 ②说明采用该实验方案测加速度时，产生误差的原因。（说出一个原因即可） 。 15．图为“验证牛顿第二定律”的实验装置示意图。砂和砂桶的总质量为m，小车和砝码的总质量为M。实验中用砂和砂桶总重力的大小作为细线对小车拉力的大小。 （1）实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来还需要进行的一项操作是 。 A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节m的大小，使小车在砂和砂桶的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 B．将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带以及砂和砂桶，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动。 （2）实验中要进行质量m和M的选取，以下最合理的一组是 。 A．M=200g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g B．M=200g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g C．M=400g，m=10g、15g、20g、25g、30g、40g D．M=400g，m=20g、40g、60g、80g、100g、120g （3）下图是实验中得到的一条已打点的纸带，纸带上的A、B、C、D、E、F、G均为相邻计数点，已知打点计时器的打点周期为0.02s，相邻两个计数点之间还有4个计时点未画出，相邻计数点之间的距离已标注在图上，则小车运动的加速度大小a= m/s2，打C点时的速度大小vC= m/s。（以上结果都保留2位有效数字）。 16．在课本中我们完成了实验探究加速度与力和质量的关系，请回答下列问题。 （1）实验中关于平衡摩擦力操作最佳的是 。 A．在平衡摩擦力时要把挂槽码的细线系在小车上，小车拖着纸带并开启打点计时器开始运动 B．在平衡摩擦力时不能把挂槽码的细线系在小车上，小车不用拖着纸带开始运动 C．在平衡摩擦力时不能把挂槽码的细线系在小车上，小车拖着纸带并开启打点计时器开始运动 D．在平衡摩擦力时要把挂槽码的细线系在小车上，小车不用拖着纸带开始运动 （2）如果该同学探究加速度a与合外力F、小车质量m关系的实验，按正确的操作，平衡了摩擦力。以砂和砂桶的重力为F，在小车质量m保持不变情况下，不断往桶里加砂，砂和砂桶的质量最终达到，测小车加速度a，作a-F的图像。下列图线正确的是 。 A．B．C．D． （3）下图是实验中得到的一条纸带，A、B、C、D、E、F、G为7个相邻的计数点，相邻的两个计数点之间还有四个点未画出，量出相邻的计数点之间的距离分别为=4.22cm，=4.83cm，=5.43cm，=6.05cm，=6.66cm， =7.26cm，已知打点计时器的工作频率为50Hz，小车的加速度a= （结果保留两位有效数字）。 17．用图所示装置“探究加速度与力、质量的关系”．设小车和砝码的总质量为，砂和砂桶的总质量为．某同学用如图甲所示装置进行实验，打点计时器所用电源的频率为，重物通过跨过滑轮的细线与小车相连．请思考并完成相关内容： （1）本实验采用的科学方法是 A．控制变量法            B．假设法        C．理想实验法      D．等效替代法 （2）实验时应使细绳与木板平行，将木板右端垫高以平衡摩擦力，这样操作的目的是 A．使打点计时器能够打出更清晰的点 B．使细绳的拉力等于砂和砂桶的总重力 C．使小车运动更快，从而减小实验误差 D．使细绳的拉力等于小车所受合力 （3）平衡摩擦力后，实验中打出的其中一条纸带如图乙所示（两相邻计数点间还有四个点没有画出），由该纸带可求得小车的加速度 （结果保留三位有效数字） （4）某同学在做探究加速度与质量关系实验时，由于没有考虑和应满足的关系，结果的图象可能是哪一幅 ． A． B． C． D． 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 《4.2 加速度与力、质量之间的关系 分层练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 B C A C A C B B AD BC 题号 11 12 13 答案 AC BC BD 1．B 【详解】该实验是探究加速度与力、质量的三者关系，每一次只改变其中的某一个因素，而控制另一个因素不变，从而研究被改变的这个因素对事物的影响，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。 故选B。 2．C 【详解】A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点来代替物体的方法建立物理模型法，是建立了理想化模型。故A正确，与题意不符； B．根据速度定义式 v= 当Δt非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时速度，该定义应用了极限思想方法。故B正确，与题意不符； C．在探究加速度、力和质量三者之间的关系时。用了控制变量法。故C错误，与题意相符； D．在推导匀变速运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看作匀速直线运动，然后把各小段的位移相加，这里采用了微元法。故D正确，与题意不符。 本题选不正确的故选C。 3．A 【详解】当未平衡摩擦力时，知有拉力时，加速度仍然为0，故图象在横坐标上有截距，不能是通过原点的直线，故BCD错误，A正确。 故选A。 4．C 【详解】A．该实验中摩擦力会对加速度的测量造成干扰，需要平衡摩擦力，A错误； B．探究小车加速度与所受合力关系应使小车质量相同、砝码质量不同，B错误； C．本实验中可以通过位移和时间的关系间接比较加速度的大小，不必求出加速度具体值，C正确； D．实验中为使小车所受的拉力近似等于小盘和砝码的总重力应保证砝码盘及砝码的总质量远小于小车的质量，D错误； 故选C。 5．A 【详解】AB．a-F图像存在横截距，即当a为零时，F不为零，说明F已经不是小车所受的合外力，即小车所受摩擦力未被完全平衡，故A正确，B错误； CD．小车质量过重，并远大于沙和沙桶的质量，都不会造成图线出现横截距，故CD错误。 故选A。 6．C 【详解】在研究物体的“加速度、作用力和质量”的关系时，由于变量较多，因此应用了“控制变量法”，即分别控制一个物理量不变，研究其它两个物理量之间的变化关系，ABD错误，C正确。 故选C。 7．B 【详解】A．实验中所用电源为低压交流电源，频率为50 Hz，故A错误； B．实验中纸带和细绳应与长木板严格平行，使力作用在物体运动方向的直线上，这样才能保证小车在运动过程中，摩擦力恒定不变，故B正确； C．实验时应先接通电源，打点计时器正常工作后，放开小车，故C错误； D．实验中必须满足“重物的质量远小于小车的质量”，故D错误。 故选B。 8．B 【详解】A．电火花计时器应接220V交流电源，A错误； B．探究加速度与力、质量的关系，使得拉力为小车受到的合外力，应将长木板的一侧垫高，以平衡小车受到的阻力，B正确； C．为减小实验的系统误差，槽码质量应远小于小车质量，C错误； D．在探究加速度与力的关系时，应控制小车和砝码质量，改变槽码的质量，多次实验。D错误。 故选B。 9．AD 【详解】A．甲图中小车的质量确定不变，F＝0时小车就有了加速度，说明平衡摩擦力过度，长木板倾角过大，故A正确； B．乙图中施加在小车的拉力确定不变，→0时，小车质量很大，小车的质量无穷大时还有加速度，说明平衡摩擦力过度，即补偿阻力过度，木板倾角过大，故B错误； C．丙图中小车的质量确定不变，拉力较小时没有加速度，说明平衡摩擦力不足，长木板倾角过小，故C错误； D．丁图中施加在小车的拉力确定不变，小车的质量大到一定值时加速度就会为零，说明平衡摩擦力不足，长木板倾角过小，故D正确。 故选AD。 10．BC 【详解】AD．用此装置做研究小车做匀变速直线运动规律时，不需要平衡摩擦力，也不需要砂和砂桶的质量远小于小车质量。但必须设法保证小车所受合外力为恒力，使小车做匀变速直线运动，故A错误，D错误； B．用此装置探究小车合外力一定，质量和加速度关系时必须先平衡摩擦力，但再次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，B正确； C．实验时，先接通计时器的电源，再放开小车，故C正确； 故选BC。 【点睛】 11．AC 【详解】A．图甲中，拉力为0时，小车就有加速度，说明在实验过程中木板的倾角过大，故A正确； B．图乙中，拉力达到一定值时小车才有加速度，说明在实验过程中木板的倾角过小，故B错误； CD．在探究加速度和力的关系的实验中，当砂和砂桶的总质量m 远远小于小车和砝码的总质量M时，可认为小车受到的拉力等于砂和砂桶的总重力， 图丙中，当F较大时，图线发生弯曲，这是因为随砂和砂桶总质量的增大，不满足砂和砂桶的总质量远远小于小车和砝码的总质量， 故C正确，D错误。 故选AC。 12．BC 【详解】A．图丙中用气垫导轨，不需要平衡摩擦力，选项A错误； BD．图乙中有弹簧测力计，图乙中有力传感器，不需要测出砂和砂桶（或钩码）的总质量，也不需要控制砂和砂桶（或钩码））的总质量远小于小车质量；只有甲需要用天平测出砂和砂桶（或钩码）的总质量，选项B正确，D错误； C．都需要保持定滑轮至小车间的轻绳与倾斜的长木板平行，选项C正确； 故选BC。 13．BD 【详解】A．钩码处于加速运动状态。拉力小于钩码的重力，故A错误； B．小车所受合力通过DIS测量，不需要满足钩码的质量必须远小于小车的质量，故B正确； C．改变钩码的质量，才能改变小车所受合力，故C错误； D．直线交于纵轴，即拉力为零时，小车也会产生加速度，说明补偿摩擦力过度，轨道右端垫得过高，故D正确。 故选BD。 14． 小 发射器 1 0.5 测量d、L时，因读数产生误差；光电门测时间Δt产生的误差等 【详解】(1)[1][2]要使钩码得重力大小等于小车外力，要求小车的质量要远大于钩码质量，因此钩码质量要小一些；小车是运动的物体，要发送自己的位置信息回去，所以小车是位移传感器的发射器。 (2)[3][4][5]极短时间内的平均速度等于瞬时速度，则B点的瞬时速度 根据 实验所用的器材和我们人眼所读的数值并不是绝对的准确无误的，所以测量d、L时有可能因为读数者的失误带来误差，还有光电门的不准确也会带来实验误差。 15． B C 0.91 0.40 【详解】（1）[1]实验时，应平衡摩擦力，平衡摩擦力的方法是将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去砂和砂桶，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动。故选B。 （2）[2]当m远小于M时，即当砂和砂桶总质量远远小于小车和砝码的总质量，绳子的拉力近似等于砂和砂桶的总重力。故选C。 （3）[3][4]由于每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，所以相邻的计数点间的时间间隔T=0.1s，设A到B之间的距离为x1，以后各段分别为x2、x3、x4、x5、x6，根据匀变速直线运动的推论公式△x=aT2可以求出加速度的大小，得 x4-x1=3a1T2，x5-x2=3a2T2，x6-x3=3a3T2 为了更加准确的求解加速度，我们对三个加速度取平均值得 即小车运动的加速度计算表达式为 根据匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，可以求出打纸带上C点时小车的瞬时速度大小。 【点睛】探究加速与力的关系实验时，要平衡摩擦力、应根据纸带求出小车的加速度，掌握实验的实验注意事项是正确解题的关键。对于力学中的基础实验一定要到实验室内亲自做一些，才能体会实验步骤、实验器材等基础知识，若不做实验而是通过背实验的方式学习实验往往效果不好。 16． C C 0.61 【详解】（1）[1]在平衡摩擦力时不能把挂槽码的细线系在小车上，小车拖着纸带并开启打点计时器开始运动，打出一系列点迹均匀的点，故选C； （2）[2] 已经平衡摩擦力，则刚开始的图像是一条过原点的直线，不断往桶里加砂，砂的质量最终达到，不能满足砂和砂桶的质量远远小于小车的质量，此时图像会发生弯曲。 故选C。 （3）[3]小车的加速度为 17． A D 0.813 C 【详解】(1)[1]“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，加速度受到力和质量等多个因素的影响，故需要利用控制变量法，故A正确； (2)[2]为了使细绳的拉力等于小车所受合力，实验前要平衡摩擦力，方法是将木板右端垫高，故D正确； (3)[3]根据相邻计数点间还有四个点没有画出，则计数点间的时间间隔为：， 由△可知，小车加速度为： ． (4)[4]没有考虑和应满足的关系，当砂桶的重力较大时，随着砂桶重力的增大，小车质量不再满足远大于砂和小砂桶的质量，加速度不可能一直均匀增大，加速度的增大幅度将逐渐减小，故图象将向下弯曲，故C正确． 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $