4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 分层练习 -2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 分层练习 分层一：基础夯实 一、单选题 1．用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系。下列说法正确的是（　　） A．本实验采用了控制变量法 B．打点计时器可以使用直流电源 C．实验时应先释放小车，后接通电源 D．本实验可以不平衡摩擦力 2．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，为了消除打点计时器和木板对小车阻力的影响，关于该操作环节，下列四种装置图中正确的是(　　  ) A． B． C． D． 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．某兴趣小组通过如图实验装置探究加速度与力、质量的关系。下列操作正确的是（　　） A．调整滑轮使牵引小车的细线与长木板保持平行 B．挂上槽码，使长木板适当倾斜进行平衡摩擦力 C．改变小车的质量后，需要重新调节长木板倾斜度 D．小车可以从长木板任意位置释放 5．在“探究加速度与力，质量的关系”实验中，下列说法中不正确的是（　　） A．平衡摩擦力时，需使纸带上打出点的间距均匀相等 B．每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 C．平衡摩擦力时，不应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上 D．平衡摩擦力时，应将装砂的小桶用细绳通过定滑轮系在小车上 6．如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，若小车的质量是120g，则砝码盘及砝码的质量最好选择哪个（ ） A．10g B．50g C．100g D．1kg 7．如图所示，在“探究小车的加速度与力的关系”实验中。下列说法正确的是（　　） A．需要控制槽码的质量保持不变 B．不需要平衡摩擦力 C．打点计时器接直流电源 D．先接通电源，后释放小车 8．利用打点计时器探究加速度与力、质量的关系的实验中，以下做法错误的是（　　） A．平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上 B．每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力 C．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，打点计时器处于工作状态 D．若纸带上的点分布均匀，说明已平衡了摩擦力 分层二：能力提升 二、多选题 9．图甲是用来探究加速度和力之间关系的实验装置示意图，图乙是其俯视图。两个质量相等的小车，放在水平桌面上，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。两个小车通过细线用夹子固定，打开夹子，小盘和砝码牵引小车运动，合上夹子，两小车同时停止。实验中可以通过在小盘中增减砝码来改变小车所受的拉力。为了探究加速度大小和力大小之间的关系，下列做法中正确的是（　　） A．使小盘和砝码的总质量尽可能远大于小车质量 B．用刻度尺测量两小车的位移，通过比较位移来得知加速度大小与力大小之间的关系 C．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 D．在两小盘内放置不同质量的砝码，在两小车内放置相同质量的砝码进行实验 10．许多科学家为物理学的发展做出了巨大贡献，也创造出了许多物理学方法，如理想实验法、等效替代法、控制变量法、微元法、建立物理模型法、放大法等等，以下关于物理学史和所用物理学方法的叙述正确的是（　　） A．伽利略为了说明力不是维持物体运动的原因用了理想实验法 B．在物理学史上，最早正确指出“力与运动”关系的物理学家是牛顿 C．在探究加速度与力和质量关系的实验中采用了控制变量法 D．在推导匀变速直线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，其和代表物体的位移，这里采用了微元法 11．在“验证牛顿运动定律”的实验中，保持小车的质量不变，改变所挂钩码的数量，多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据在坐标纸上画出a—F关系的点迹，如下图所示。经过分析，发现这些点迹存在一些问题，产生这些问题的主要原因可能是（　　） A．轨道与水平方向夹角太大 B．轨道倾角太小，或没有平衡摩擦力 C．所挂钩码的总质量太大，造成上部点迹有向下弯曲趋势 D．所用小车的质量太大，造成上部点迹有向下弯曲趋势 12．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 三、实验题 13．利用如图甲的实验装置“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”。 (1)图乙是实验得到纸带的一部分，每相邻两计数点间有四个点未画出，由于操作失误导致中间4段数据缺失，第1与第6段的间距已在图中给出，打点计时器电源频率为f，则小车的加速度a= （用相关物理量字母表示）； (2)实验得到的理想图像应是一条过原点的直线，但由于实验误差影响，常出现如图丙所示的①、②、③三种情况。则图线①的产生原因是 ；图线②的产生原因是 （均填下列选项字母） A．未平衡阻力 B．未满足砝码和砝码盘的质量远小于小车质量 C．平衡阻力时长木板的倾角过大 14．在“探究加速度与质量的关系”的实验中。（g取） (1)备有器材： A．一端带有滑轮的长木板 B．电磁打点计时器、低压交流电源、复写纸、纸带； C．细绳、小车、砝码 D．装有细砂的小桶 E．方木板 F．毫米刻度尺 还缺少的一件器材是 。 (2)实验得到如图甲所示的一条纸带，相邻两计数点的时间间隔为T；B、C间距和D、E间距已量出，利用这两段间距计算小车加速度的表达式为 。 (3)同学甲根据实验数据画出如图乙所示图线，从图线可得砂和砂桶的总质量为 ； (4)同学乙根据实验数据画出了如图丙所示的图像，从图线可知乙同学操作过程中遗漏的实验步骤是 。 15．在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，某实验小组利用如图所示的实验装置，将一端带滑轮的长木板固定在水平桌面上，木块置于长木板上，并用细绳跨过定滑轮与砂桶相连，小车左端连一条纸带，通过打点计时器记录其运动情况． (1)下列做法正确的是( ) A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行 B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将砂桶通过定滑轮拴在木块上 C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源 D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度 (2)某学生在平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大．他所得到的a－F关系可用图中的 表示(图中a是小车的加速度，F是细线作用于小车的拉力)． （3）右图是打出纸带的一段，相邻计数点间还有四个点未画出，已知打点计时器使用的交流电频率50 Hz．由图可知，打纸带上B点时小车的瞬时速度vB＝ m/s，木块的加速度a＝ m/s2．(结果保留两位有效数字) 16．某实验小组利用图甲所示装置探究加速度与力、质量的关系。图中带滑轮的长木板放在水平桌面上，力传感器与滑轮之间的轻绳始终与长木板平行。 (1)实验过程中，下列说法正确的是_______ A．若使用电火花计时器，应选用交流8V电源 B．实验中砂和砂桶质量要远小于小车质量 C．实验中因为使用了力传感器，所以不需要平衡摩擦力 D．实验中必须先接通电源，再释放小车 (2)实验得到图乙所示的纸带，纸带上各点均为计时点，则打点计时器打出B点时小车速度大小 ，小车加速度大小 （最终结果均保留三位有效数字）。 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 实验：探究加速度与力、质量的关系 分层练习》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 A B A A D A D A BD ACD 题号 11 12 答案 BC AC 1．A 【详解】A．本实验中通过控制质量不变，探究加速度与力的关系，再通过控制力不变，探究加速度与质量的关系，所以采用的实验方法是控制变量法，故A正确； B．打点计时器必须使用交流电源，故B错误； C．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，实验时应先接通电源，再释放小车，故C错误； D．本实验中为使小车所受合外力等于细线的拉力，必须平衡摩擦力，故D错误。 故选A。 2．B 【详解】依据平衡阻力的原理依靠重力来平衡，同时阻力包含纸带与打点计时器直接的摩擦，故操作为：需要挂上纸带，但是不能挂重物，把打点计时器所在的一端垫高，故选B。 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．A 【详解】A．调整滑轮使牵引小车的细线与长木板保持平行，避免形成垂直于木板的分力，A正确； B．槽码是用来产生拉力的，平衡摩擦力时不能挂上槽码，B错误； C．改变小车的质量后，不需要重新调节长木板倾斜度，C错误； D．小车应从靠近打点计时器位置释放，D错误。 故选A。 5．D 【详解】A．若不挂砝码时，小车能够在木板上做匀速直线运动，而匀速直线运动打出的纸带是均匀的，所以选项A正确，不符合题意； B．若第一次平衡摩擦力，则有 mgsinθ=μmgcosθ 之后若改变小车的质量m，则重力的下滑分力和摩擦力都将同比例变化，则仍然是平衡的，选项B正确，不符合题意； CD．当然还有一个细节问题就是平衡摩擦力时，要取下装沙的小桶（它不算在重力的下滑分力之内），只让小车拖着纸带匀速运动，所以选项C正确，不符合题意，选项D错误，符合题意。 故选D。 6．A 【详解】在“探究加速度与力、质量的关系”，实验中，砝码盘及砝码的质量越小，误差越小，所以砝码盘及砝码的质量最好选择小的． A. 10g最小，所以A正确； B. 50g不是最小，所以B错误； C. 100g不是最小，所以C错误； D. 1kg不是最小，所以D错误； 7．D 【详解】A．实验通过改变槽码的个数来改变小车所受合外力，则探究加速度与小车所受拉力关系时，需要改变槽码的质量，故A错误； B．为使绳子的拉力等于小车的合外力，实验前需平衡小车所受的摩擦力，故B错误； C．打点计时器接交流电源，故C错误； D．为打点稳定，实验时，先接通电源，后释放小车，故D正确。 故选D。 8．A 【详解】A．平衡摩擦力时，重物不能用细绳通过定滑轮系在小车上，故A错误，符合题意； B．因平衡摩擦力后长木板倾斜角度不变，所以每次改变小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，故B正确，不符合题意； C．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，打点计时器处于工作状态，以判断摩擦力是否平衡，故C正确，不符合题意； D．若纸带上的点分布均匀，说明小车做匀速运动，说明已平衡了摩擦力，故D正确，不符合题意。 故选A。 9．BD 【详解】A．小盘和盘中砝码的总质量远远小于小车的质量，绳对小车拉力大小等于盘和盘中砝码的重力。故A错误； B．根据初速度为零的匀变速直线运动公式 用刻度尺测量两小车通过的位移，两车的位移之比就是加速度之比，所以可以通过比较位移来得知加速度大小与力大小之间的关系。故B正确； CD．实验的目的是探究加速度和力之间关系，即探究小车的加速度和小车受的合力之间关系，所以在两小车内放置相同质量的砝码进行实验，在两小盘内放置不同质量的砝码改变合力。故C错误；D正确。 故选BD。 10．ACD 【详解】A．伽利略为了说明力不是维持物体运动的原因用了理想实验法，A正确； B．最早正确指出“力与运动”关系的物理学家是伽利略，并不是牛顿，B错误； C．在探究加速度与力和质量关系的实验中采用了控制变量法，C正确； D．在推导匀变速直线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，其和代表物体的位移，这里采用了微元法，D正确。 故选ACD。 11．BC 【详解】A B．拉力不为零时，加速度仍为零，轨道倾角太小或可能没有平衡摩擦力，故A错误，B正确； C D．造成上部点迹有向下弯曲趋势，原因是没有满足所挂钩码的总质量远远小于小车质量，故C正确，D错误。 故选BC。 12．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。 13．(1) (2) B C 【详解】（1）由题知，每相邻两计数点间有四个点未画出，故相邻计数点的时间为 根据逐差法，可得小车的加速度大小为 （2）[1]图线①的产生原因是：随着力增大，重物的质量将不再远小于小车的质量，图线弯曲。 故选B。 [2]图线②的产生原因是：平衡阻力时长木板的倾角过大，当为零时，加速度不为零，即图线与纵轴有交点。 故选C。 14． 天平 0.02 平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力 【详解】（1）[1] 本题要测量小车的质量，则需要天平，所以还缺少的一件器材是天平。 （2）[2] 根据逐差法得 解得 （3）[3] 根据牛顿第二定律可知 则F即图像的斜率，所以砂和砂桶的总重力 解得 （4）[4] 如图丙可知，图线不通过坐标原点，当F为某一值时，加速度为零，知平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力。 15． AD C 0.15 0.60 【详解】（1）[1]A.该实验“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”，所以每次物体受力为恒力，所以细绳应与轨道平行，A正确 B.平衡摩擦力时，使小车在没有重物牵引下沿导轨匀速运动，B错误 C.打点计时器在使用时，应该先接通电源，后释放小车，C错误 D.平衡摩擦力完成后，满足的是 所以改变小车质量时，无需再次平衡摩擦，D正确 （2）[2] 平衡摩擦力时，把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大，这时在没有悬挂重物时，小车就已经获得一个加速度，所以图像有纵轴截距，选C （3）[3]根据匀变速直线运动的规律可得 [4]根据匀变速直线运动的规律可得 16．(1)D (2) 16.1 3.19 【详解】（1）A．电火花打点计时器使用的是220V的交流电，故A错误； B．实验中由于有力的传感器可以直接测得拉力，所以不需要砂和砂桶质量要远小于小车质量，故B错误； C．实验中虽然使用了力传感器可以直接测拉力，但仍然需要平衡摩擦力，故C错误； D．实验中必须先接通电源，再释放小车，故D正确。 故选D。 （2）[1]图乙可知相邻计数点时间间隔为，则打点计时器打出B点时小车速度大小 [2]逐差法可得加速度 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 $