2025-2026学年高一寒假假期作业实验专题：实验 探究加速度与力、质量的关系

高中物理必修第一册假期作业 实验：探究加速度与力、质量的关系（实验专题）答案 1.答案　(1)非线性　(2)存在摩擦力　(3)调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力　远小于小车的质量 解析　(1)由图像可知小车的加速度与钩码的质量成非线性关系。 (2)a－m图线不经过原点，在m轴上有截距，即挂上钩码后小车加速度仍为零，可能的原因是存在摩擦力。 (3)本实验直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则应采取的措施是调节轨道的倾斜度以平衡摩擦力，钩码的质量应满足的条件是远小于小车的质量。 2.答案　(2)0.225　(3)①遮光条初始位置到光电门的距离s　②A 解析　(2)实验时，将滑块从A位置由静止释放，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t，滑块经过光电门时的瞬时速度可近似认为是滑块经过光电门的平均速度。 即v＝＝ m/s＝0.225 m/s。 (3)①根据运动学公式v－v＝2as得，若要得到滑块的加速度，还需要测量的物理量是遮光条初始位置到光电门的距离s。 ②拉力是直接通过力传感器测量的，所以滑块质量不必要远大于钩码和力传感器的总质量，故A错误；应使A位置与光电门间的距离适当大些，有利于减小误差，故B正确；应将气垫导轨调节水平，使拉力等于合力，故C正确；要保持细线方向与气垫导轨平行，拉力才等于合力，故D正确。 3.答案　(1)0.49　0.43　(2)0.2 解析　(1)两计数点间的时间间隔T＝0.1 s，C点的瞬时速度等于BD段的平均速度，故有： vC＝＝ m/s≈0.49 m/s 根据逐差法求得加速度大小为：a＝＝ m/s2≈ 0.43 m/s2 (2)在a－图像中，斜率表示合外力，故有：F＝＝ N＝0.2 N。 4.答案:(1)刻度尺　(2)否　(3)0.60 解析:(1)根据实验所要进行的测量可知,本实验除题图甲中实验仪器和低压交流电源(含导线)外,还需要刻度尺。 (2)根据题述方案做实验,通过弹簧测力计可测量出拉小车的力,因此不需要砂桶和砂子的总质量远小于小车的质量。 (3)由于每相邻的两个计数点间还有四个点没有画出,所以相邻的两计数点间的时间间隔T＝0.1 s 根据匀变速直线运动的推论公式Δx＝aT2可求加速度的大小 即xCD-xAB＝2aT2 解得a＝ m/s2＝0.60 m/s2。 5.答案　(1)D　(2)0.48　(3)见解析图　不能　(4)g 解析　(1)对小车进行平衡摩擦力时，使小车所受重力沿木板方向的分力与小车所受的摩擦力平衡即可，故需要把木板没有定滑轮的一端垫起适当高度，取下沙和沙桶，然后轻推小车，使小车做匀速直线运动；平衡摩擦力后，每次改变小车的质量或者改变沙桶内沙的质量，均不需要重新改变垫入的薄木片的高度，故A、C错误，D正确；平衡摩擦力时，不需要每一次都要保证小车从同一位置由静止释放，故B错误。 (2)依题意，根据逐差法，可求得该纸带对应的加速度大小为 a＝＝×10－2 m/s2＝0.48 m/s2 (3)根据表格中的数据，描点连线，作出小车的加速度a与其质量M之间的关系图线(如图所示) 由于作出的图线为曲线，故很难判断小车的加速度a与质量M的定量关系。 (4)根据牛顿第二定律有 mg－F＝ma F＝Ma 得a＝g＝g 当不断增加沙桶内沙的质量， 即当m不断增大时，则a－F图线明显弯曲，加速度a趋向于g。 6.答案:(1)m≪M　(2)A　(3) 0.80　0.58 解析:(1)若要绳中拉力与托盘和砝码的总重力近似相等,需满足m≪M。 (2)实验时未补偿阻力,绳中拉力大于小车滑动摩擦力时,小车才能运动,故选A。 (3)利用公式a＝,vD＝ 代入数据解得a＝0.80 m/s2,vD＝0.58 m/s。 7.答案　(1)取下牵引砝码，滑块放在任意位置都不动；或取下牵引砝码，轻推滑块，数字计时器记录每一个光电门的光束被挡的时间Δt都相等 (2)D　(3)a＝ 解析　(1)如果气垫导轨水平，则不挂砝码时，滑块应能在任意位置静止不动，或推动滑块后能使滑块匀速运动。 (2)M和m应满足M≫m，故m4＝400 g不合适。 (3)由v1＝，v2＝，v22－v12＝2as 可得：a＝。 学科网（北京）股份有限公司 $ 高中物理必修第一册假期作业 实验：探究加速度与力、质量的关系（实验专题） 第一部分 实验过程 一、影响加速度的因素 实验思想：控制变量法 (1)保证滑块质量不变，在大小不同的外力(改变小桶中的橡皮泥质量)作用下，记录同一滑块经过两个光电门的时间，如图。 (2)在大小相同的外力作用下，记录滑块上放有砝码和没放砝码时通过两个光电门的时间。 结论： ①同一滑块受到的外力越小，滑块运动得越慢，通过两个光电门的时间就越长，由s＝at2，可得a＝。s一定，t越长，a越小；反之t越短，a越大。即加速度与物体受到的外力F有关。 ②在大小相同的外力作用下，质量大的滑块运动得慢，通过两个光电门的时间长，加速度小，反之加速度大。即加速度与物体的质量有关。 二、加速度与力、质量之间的定量关系 1．实验思路 通过定滑轮悬挂小桶，释放小桶，滑块在细绳拉力的牵引下，沿水平导轨加速运动。通过测量滑块的质量、滑块所受的合外力与滑块的加速度，探究三者之间的关系。 (1)质量的测量：用天平测量。 (2)加速度的测量： 利用光电门求瞬时速度v1和v2，然后由运动学公式v22－v12＝2as求加速度，其中v1＝，v2＝。 (3)力的测量 在用气垫导轨减小摩擦力的影响与保证加速度很小(即保证小桶总质量m≪滑块质量M)两个条件下，滑块的合外力F合＝mg。(即测量滑块所受的合外力转化为测量小桶的重力mg) 2．实验探究 (1)探究加速度与力的定量关系 保持滑块质量不变，通过增减橡皮泥的质量来改变F的大小，重复多次实验，记录数据。 滑块质量M＝________kg 橡皮泥及小桶的质量m/kg F/N Δt1/s v1/(m·s－1) Δt2/s v2/(m·s－1) s/m a/(m·s－2) 作出a－F图像(如图所示) 结论：a∝F。 (2)探究加速度与质量的定量关系 保持合外力(橡皮泥及小桶m的重力)不变，改变滑块M质量，重复实验，记录数据。 滑块所受拉力F＝________N。 滑块(包含遮光条与砝码)的质量M/kg Δt1/s v1/(m·s－1) Δt2/s v2/(m·s－1) s/m a/(m·s－2) 作出a－图像(如图所示) 结论：a∝。 3．注意事项 (1)气垫导轨的气源不能长时间供气(不要超过3分钟)，做完一组实验应立即关闭气垫导轨气源。 (2)实验之前应调节地脚螺丝，使不挂小桶时滑块通过两个光电门的时间相同，说明气垫导轨已被调平。 (3)为了保证滑块所受的拉力近似地等于小桶的重力，实验过程中应使小桶的总质量远小于滑块的质量。 (4)作图时应使直线通过尽量多的点，不在线上的点均匀分布在线的两侧，偏离太远的点应舍去。 第二部分 针对训练 1.某同学利用图(a)所示实验装置及数字化信息系统获得了小车加速度a与钩码的质量m的对应关系图，如图(b)所示。实验中小车(含发射器)的质量为200 g，实验时选择了不可伸长的轻质细绳和轻定滑轮，小车的加速度由位移传感器及与之相连的计算机得到。回答下列问题： (1)根据该同学的结果，小车的加速度与钩码的质量成________(填“线性”或“非线性”)关系。 (2)由图(b)可知，a－m图线不经过原点，可能的原因是______________________________。 (3)若利用本实验装置来验证“在小车质量不变的情况下，小车的加速度与作用力成正比”的结论，并直接以钩码所受重力mg作为小车受到的合外力，则实验中应采取的改进措施是___________________，钩码的质量应满足的条件是_______________________________。 2. 如图所示为一气垫导轨，导轨上安装有一个光电门B，滑块上固定一遮光条，滑块用细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，力传感器可测出绳子上的拉力大小。传感器下方悬挂钩码，每次滑块都从A处由静止释放。 (1)该同学测量出遮光条的宽度Δs＝2.25 mm。 (2)实验时，由数字计时器读出遮光条通过光电门B的时间t＝1.0×10－2 s，则滑块经过光电门B时的瞬时速度为________m/s。 (3)若某同学用该实验装置探究加速度与力的关系。 ①要求出滑块的加速度，还需要测量的物理量是________(用文字说明并用相应的字母表示)。 ②下列不必要的一项实验要求是________(请填写选项前对应的字母)。 A.滑块质量远大于钩码和力传感器的总质量 B.应使A位置与光电门间的距离适当大些 C.应将气垫导轨调节水平 D.应使细线与气垫导轨平行 3．某同学利用如图甲所示的实验装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。 (1)如图乙为实验中打出的一条纸带的一部分，纸带上标出了连续的5个计数点，依次为A、B、C、D和E，相邻计数点之间还有4个点没有标出，已知打点计时器所使用的交流电源的频率为50 Hz。由纸带量出相邻的计数点之间的距离分别为sAB＝4.22 cm、sBC＝4.65 cm、sCD＝5.08 cm、sDE＝5.49 cm，打点计时器打下C点时，小车的速度大小为　　　 m/s，小车的加速度大小为________ m/s2。(结果均保留两位有效数字) (2)某同学探究“保持物体所受合外力不变，其加速度与质量的关系”时，作出如图所示的图像，由图像可知，小车受到的合外力的大小是________ N。 4.某研究性学习小组欲探究小车质量不变时其加速度与力的关系,该小组在实验室设计了一套如图甲所示的装置。 (1)要顺利完成该实验,除图甲中实验仪器和低压交流电源(含导线)外,还需要的实验仪器是　　　　(选填“刻度尺”“天平”或“秒表”)。  (2)按上述方案做实验,是否要求砂桶和砂子的总质量远小于小车的质量?　　　　(选填“是”或“否”)。  (3)已知交流电源的频率为50 Hz,某次实验得到的纸带如图乙所示,图中相邻两计数点之间还有4个点未画出。则由该纸带可得小车的加速度a＝　　　　m/s2。(结果保留两位有效数字)  5.某物理学习小组应用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系，打点计时器所接交变电源的频率为50 Hz。 (1)对小车进行平衡摩擦力时，下列说法正确的是________。 A．在空沙桶的牵引下，轻推一下小车，使小车做匀速直线运动 B．每一次都要保证小车从同一位置由静止释放 C．每改变一次小车的质量，都需要改变垫入的薄木片的高度 D．改变沙桶内沙的质量，不需要重新改变垫入的薄木片的高度 (2)保持沙和沙桶的质量不变，通过增加小车中的砝码改变小车的质量M，分别测得小车不同质量时对应的加速度a，数据如下表所示。 质量M/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 加速度a/(m·s－2) 0.62 0.56 0.40 0.32 检查时发现漏掉记录其中的一个加速度数据，于是同学们找出对应的纸带如图乙所示，相邻两个计数点间的距离已标在图上(每两个相邻计数点之间还有4个点未画出)，测得该纸带对应的加速度a＝________ m/s2。 (3)根据表格中的数据，在图丙上作出小车的加速度a与其质量M之间的关系图线，根据作出的图线________(选填“能”或“不能”)判断小车的加速度a与质量M的定量关系。 (4)保持小车的质量M不变，通过添加沙桶内沙的质量，分别测得沙与沙桶的质量m以及对应的小车加速度a，作出小车运动的加速度a和所受的拉力F的关系图像如图丁所示。不断增加沙桶内沙的质量，a－F图线明显弯曲，加速度a趋向于_____(已知重力加速度大小为g)。 6.甲、乙两位同学合作完成实验“探究加速度与力、质量的关系”,实验过程中使用如图所示的实验装置,把小车及车中砝码总质量计为M,托盘和盘中砝码的总质量计为m,重力加速度为g,所使用的交流电源频率为50 Hz。 (1)如果小车所受的拉力认为与托盘和砝码的总重力相等,实验时,托盘和盘中砝码的总质量m应满足的条件是　　　　　　　　　　;  (2)甲同学直接把长木板放在水平桌面上进行试验,完成实验后,用图像法处理数据并且作了小车的a-F图像,则甲同学作的图像应该是下图中的　　　　;  (3)乙同学修正了甲同学实验中存在的问题,并按照正确的步骤完成了实验。如图是乙同学实验中打出的一条纸带,O点是纸带上打出的第一个点,A、B、C、D、E、F、G是计数点,相邻两个计数点间还有4个点未标出,O、A间有部分纸带没有画出来,测量出各计数点到O点的距离并标在纸带上,由图中数据可得小车的加速度大小是　　　　 m/s2,当打点计时器打D点时,小车的速度大小是　　　 m/s。(以上结果均保留两位有效数字)  7.为了探究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行实验。其中G1、G2为两个光电门，它们与数字计时器相连，当滑块通过G1、G2光电门时，光束先后被遮挡的时间Δt1、Δt2都可以被测量并记录，滑块连同上面固定的一条形挡光片的总质量为M，挡光片宽度为Δs，光电门间距离为s，牵引砝码的质量为m。回答下列问题： (1)实验开始前应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？__________________________。 (2)若取M＝0.4 kg，改变m的值，进行多次实验，以下m的取值不合适的一个是________。 A．m1＝5 g B．m2＝15 g C．m3＝40 g D．m4＝400 g (3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，其中求得的加速度的表达式为：__________________(用Δt1、Δt2、Δs、s表示)。 学科网（北京）股份有限公司 $