第16讲 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 专项训练 -2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 以高考真题为载体，系统覆盖实验原理、操作规范、数据处理及误差分析，构建“方法-操作-分析”三维训练体系，强化科学探究与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |实验原理|4题|控制变量法、图像分析法|从牛顿第二定律实验验证出发，构建“猜想-控制变量-数据验证”逻辑链| |操作规范|3题|平衡摩擦力、细线平行轨道调节|通过误差分析建立实验操作与原理的关联，培养严谨科学态度| |数据处理|4题|纸带法/光电门法测加速度、a-F图像线性分析|整合运动学公式与牛顿定律，形成“测量-计算-图像验证”完整流程| |创新应用|1题|智能手机传感器实验设计|拓展传统实验器材，体现科学探究的创新性与实践性|

第16讲　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 1.(12分)(2025广西卷)在用如图甲的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验中: (1)探究小车加速度与小车所受拉力的关系时,需保持小车(含加速度传感器,下同)质量不变,这种实验方法是　　　　　　　　。  甲 乙 (2)实验时,调节定滑轮高度,使连接小车的细绳与轨道平面保持　　　　。  (3)由该装置分别探究M、N两车加速度a和所受拉力F的关系,获得a-F图像如图乙,通过图乙分析实验是否需要平衡阻力。如果需要,说明如何操作;如果不需要,说明理由。 (4)悬挂重物让M、N两车从静止释放经过相同位移的时间比为n,两车均未到达轨道末端,则两车加速度之比aM∶aN=　　　　。  2.(12分)(2025浙江1月选考)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图1所示。 图1 图2 (1)图2是某次实验中得到的纸带的一部分。每5个连续打出的点为一个计数点,电源频率为50 Hz,打下计数点3时小车速度为　　　　 m/s(结果保留3位有效数字)。  (2)下列说法正确的是　　　　。  A.改变小车总质量,需要重新平衡阻力 B.将打点计时器接到输出电压为8 V的交流电源上 C.调节滑轮高度,使牵引小车的细线跟长木板保持平行 D.小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后释放小车 (3)改用如图3所示的气垫导轨进行实验。气垫导轨放在水平桌面上并调至水平,滑块在槽码的牵引下先后通过两个光电门,配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门1、2的遮光时间分别为Δt1、Δt2,测得两个光电门间距为x,用游标卡尺测量遮光条宽度d,结果如图4所示,其读数d=　　　　 mm,则滑块加速度a=　　　　(用题中所给物理量符号表示)。 图3 图4 3.(12分)(2024江西卷)某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图甲所示,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。 甲 (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,如图乙图线a所示。 乙 (3)由图线a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,如图乙中图线b所示。 (4)与图线a相比,图线b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)请在图乙中补充描出第6至8三个数据点,并补充完成图线c。 (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:　   　。  4.(14分)某软件能够调用手机内置加速度传感器,实时显示手机加速度的数值。小明通过安装有该软件的智能手机(其坐标轴如图1所示)探究加速度与力、质量的关系,实验装置原理图如图2所示。已知当地重力加速度为g。 (1)分别称量出小桶的质量m0和手机的质量M0。 (2)开始时,整个实验装置处于静止状态,小桶里没有装砝码。 (3)用手突然向上托起小桶,使得绳子松弛,此瞬间手机受到的合力为　　　　(用题目所给字母表示),读出此瞬间手机y轴上的加速度a的数值。   (4)往小桶中增加砝码,重复步骤(3),测得实验数据如下: 实验次数 1 2 3 4 5 6 小桶和砝码的质量 m/kg 0.024 5 0.044 5 0.064 5 0.084 5 0.104 5 0.124 5 手机加速度a/(m·s-2) 1.76 2.58 3.39 4.20 4.98 图3软件截图为第1次实验的情形,则上表中空白处的数据为　　　　 m/s2。利用数据作出a-F图像,在图4中描出第一组数据的点并连线,可以得到结论:　  　。 图4 (5)保持小桶和砝码的质量不变,用双面胶把不同数量的配重片贴在手机背面,重复步骤(3),测得实验数据并作出a-图像,得出结论:当合外力一定,加速度与物体质量成反比。 答案： 1.(1)控制变量法　(2)平行　(3)需要。撤去细绳连接的力传感器和重物,将木板左端用垫块垫起适当高度,使小车能沿木板匀速下滑　(4)1∶n2 解析 (1)在研究两个物理量间的关系时,保持其他量不变,所使用的方法为控制变量法。 (2)为了使细绳拉力为小车所受的合力,需要让连接小车的细绳与轨道平面保持平行。 (3)力传感器上显示的示数为细绳的拉力,由图乙可知,当M、N的加速度为零时,拉力F均大于零,说明小车与轨道间存在摩擦力,要以细绳的拉力作为小车所受的合力,需要平衡小车所受的阻力,具体操作为撤去细绳连接的力传感器和重物,将木板左端用垫块垫起适当高度,使小车能沿木板匀速下滑。 (4)根据初速度为零的匀加速直线运动的位移—时间公式x=at2可知,aM=aN,又因为tM∶tN=n,解得aM∶aN=1∶n2。 2.(1)0.390　(2)CD　(3)10.00　 解析 (1)相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s,打计数点3时的速度v3=×10-2 m/s=0.390 m/s。 (2)平衡阻力时满足mgsin θ=μmgcos θ,两边质量消掉,改变小车质量时不需要重新平衡阻力,A错误;电火花计时器需要接到220 V交流电源上,B错误;调节滑轮高度,使牵引小车的细线跟长木板保持平行,C正确;小车应尽量靠近打点计时器,并应该先接通电源后释放小车,以充分利用纸带,D正确。 (3)遮光条宽度d=10 mm+0×0.05 mm=10.00 mm。经过两光电门时的速度分别为v1=,v2=,根据=2ax,解得a=。 3.(4)较大　较小 (5)如图所示 (6)远大于钩码质量　见解析 解析 (4)由题图乙分析可知,与图线a相比,图线b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,如答案图所示。 (6)设绳子拉力为FT,对钩码根据牛顿第二定律有F-FT=ma 对小车根据牛顿第二定律有FT=m车a 联立解得F=(m车+m)a 变形得a=F 当m≪m车时,可认为m+m车=m车 则a=·F,即a与F成正比。 4.(3)m0g　(4)0.98　见解析图　当手机的质量一定时,手机的加速度与手机所受合外力成正比 解析 (3)静止时根据平衡条件可得弹簧的弹力F=(M0+m0)g 当将小桶突然托起时,弹簧的弹力大小不变,此瞬间手机受到的合力 F1=F-M0g=m0g。 (4)根据题图3可读得手机的加速度大小约为0.98 m/s2,因此表中空白处的数据应为0.98。作图时应用平滑的直线将各点迹连接起来,且应尽可能多地让点迹落在图线上,不能落在图线上的点迹应让其均匀地分布在图线的两侧,明显有误差的点迹应直接舍去。描点作图如图所示 根据图像可以得到的结论是:当手机的质量一定时,手机的加速度与手机所受合外力成正比。 1 学科网（北京）股份有限公司 $