3.6实验4：探究加速度与物体受力、物体质量的关系——2027届高考物理一轮复习课件

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，依据高考评价体系梳理了控制变量法应用、加速度测量、数据处理（图像法）、误差分析等核心考点，通过分析实验原理、操作规范、数据处理的高频考查维度，归纳出实验操作判断、图像分析、误差辨析等常考题型，体现高考备考的针对性和实用性。 课件亮点在于“真题训练+素养渗透+技巧突破”的复习策略，精选2025年广东、山东、广西等地模拟题及真题，如典题1通过纸带点迹分析小车速度与合力，典题2用光电门测量加速度，渗透科学思维（模型建构、科学推理）和科学探究（证据、解释）素养。特设易错辨析模块和实验改进创新案例，帮助学生掌握图像分析、误差规避等答题技巧，教师可据此系统规划复习，提升学生高考冲刺能力。

第6讲　实验4:探究加速度与物体受力、物体质量的关系 强基础·固本增分 一、实验目的 1.学会用控制变量法研究物理量的关系。 2.探究加速度与力、质量的关系。 3.掌握利用图像处理数据的方法。 二、实验器材 打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码。 三、实验思路 (一)控制变量法的应用 将小车置于水平木板上,用细绳通过滑轮与槽码相连,小车可以在槽码的牵引下运动。 1.保持小车质量不变,研究加速度与力的关系。 2.保持小车所受的拉力不变,研究加速度与质量的关系。 (二)物理量的测量 1.用天平测量质量:为了改变小车的质量,可以在小车中增减砝码的数量。 2.将打点计时器的纸带连在小车上,根据纸带上打出的点来测量加速度。 3.现实中,仅受一个力作用的物体几乎不存在。然而,一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此,实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力。用阻力补偿法确定小车受到的合力——槽码的牵引力。 四、进行实验 1.称量质量——用天平测量槽码和小车的质量。 2.安装器材——按如图所示装置安装器材(暂时不把悬挂槽码的细绳系在小车上)。 使细绳的拉力等于小车所受合力 3.平衡摩擦及其他阻力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车能拉着纸带匀速下滑。 　 纸带上所打点均匀为标志 4.测量加速度 (1)保持小车的质量不变,打出一条纸带。计算槽码的重力,由纸带计算出小车的加速度,填入表中。改变槽码的个数,多做几次实验。 (2)保持槽码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量,并由纸带计算出小车对应的加速度,填入表中。改变小车上砝码的个数,多做几次实验。 五、数据分析 1.利用Δx=aT2及逐差法求a。 2.以a为纵坐标,F为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比。 3.以a为纵坐标,为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a与m成反比。 六、误差分析 1.实验原理不完善:本实验用槽码所受的重力代替小车所受的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于槽码所受的重力。 2.摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。 七、其他方案概述 方案:通过位移之比测量加速度之比 如图所示,将两辆相同的小车放在水平 木板上,前端各系一条细线,线的另一端 跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可以放不同的重物。把木板一端垫高,参考前面的阻力补偿法补偿阻力的影响,两小车后端各系一条细线,用一个物体,例如黑板擦,把两条细线同时按压在木板上。抬起黑板擦,两小车同时开始运动,按下黑板擦,两小车同时停下来。用刻度尺测出两小车移动的位移s1、s2。由于两小车运动时间t相同,从它们的位移之比就可以得出加速度之比。完成上述实验后,在盘中重物相同的情况下,通过增减小车中的重物改变小车的质量,再进行实验。 √ √ √ × √ × 研考点·精准突破 考点一　教材原型实验 考向一　实验原理和实验操作 典题1 (2025广东广州模拟)实验小组采用如图甲所示的装置探究小车的加速度与小车质量和合外力的关系。为平衡摩擦力,先取下砝码盘和砝码,调节木板的倾角,轻推系着纸带的小车,小车获得初速度后通过打点计时器,打出了如图乙所示纸带,纸带靠A点的一端连着小车,由图乙可以推测,小车运动过程中速度　　　　　　　(选填“越来越大”或“越来越小”),受到的合力　　　　　　　　(选填“越来越大”“越来越小”或“不变”)。 甲 乙 越来越大 不变 继续调整木板倾角,完成平衡摩擦力的操作后,挂上砝码和砝码盘进行实验,最终获得小车运动的a-F(F为砝码和砝码盘重力的合力)图像,如图所示,根据图像,可以判断　　　　。 A.平衡摩擦力时,倾角仍然过小 B.随着F增大,小车的加速度a可能大于重力加速度g C.小车的质量一定时,其加速度与所受合外力成正比  C 解析 由图乙可知,纸带上点迹之间的距离越来越大,说明小车的速度越来越大;由图乙可知,点迹间的间距均匀增大,小车做匀加速直线运动,故小车受到的合外力不变;由于小车的a-F图像是一条通过原点的直线,说明质量一定时,小车的加速度与合外力成正比。故选C。 考向二　数据处理和误差分析 典题2 (2025山东卷)某小组采用如图所示的装置验证牛顿第二定律,部分实验步骤如下: (1)将两光电门安装在长直轨道上,选择宽度为d的遮光片固定在小车上,调整轨道倾角,用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连。选用d= 　　　　(选填“5.00”或“1.00”) cm的遮光片,可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度。  1.00 (2)将小车自轨道右端由静止释放,从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度v1=0.40 m/s、v2=0.81 m/s,以及从遮光片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间t=1.00 s,计算小车的加速度a= 　　　　 m/s2(结果保留2位有效数字)。  (3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F, 改变砝码质量,重复上述步骤,根据数据拟合出 a-F图像,如图所示。若要得到一条过原点的直 线,实验中应　　　(选填“增大”或“减小”)轨道 的倾角。  (4)图中直线斜率的单位为　　　　(选填“kg”或“kg-1”)。  0.41 增大 kg-1 解析 (1)遮光片宽度越小,其通过光电门的平均速度越接近瞬时速度,故选用d=1.00 cm的遮光片。 (2)由运动学公式可得a==0.41 m/s2。 (3)由图乙可知,当a=0时,F≠0,说明该实验没有完全平衡阻力,故应该增大轨道的倾角。 (4)斜率的单位=kg-1。 考点二　实验的改进与创新 考向一　实验方法的创新 典题3 (2025广西卷)在用如图的装置做“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　　　　　　　　。  (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　　　　。 控制变量法 平行 (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,通过图中分析实验是否需要补偿阻力(即平衡阻力)。如果需要,说明如何操作;如果不需要,说明理由。 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)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=　　　　。  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,需要补偿小车所受的阻力,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s=at2可知, aM=aN,又因为tM∶tN=n,解得aM∶aN=1∶n2。 考向二　实验原理的创新 典题4 (2025广东佛山二模)用图甲装置研究“小车(含拉力传感器)质量一定时,加速度与合外力的关系”,实验步骤如下: ①细绳一端绕过光滑定滑轮与盘子(盘中装适量砂子)连接,另一端系在拉力传感器上。将小车放在长板的P位置,调整细绳与长板平行,在盘子中适当增减砂子,使小车沿长板向下做匀速运动,记录此时力传感器的示数F0; ②撤去细绳和盘子,让小车从P位置由静止开始下滑,设此时小车受到的合力为F,通过计算机可得到小车与位移传感器的距离随时间变化的s-t图像,并求出小车的加速度a; ③改变长板的倾角,重复步骤①②可得多组F、a的数据。 完成下列相关实验内容: (1)在步骤①中,若小车运动越来越慢,则在保持长板倾角不变的情况下,应在盘中适当　　　　(选填“增加”或“减少”)砂子。在步骤①②中,F0 　　　　(选填“=”“>”或“<”)F;  (2)本次实验　　　　(选填“需要”或“不需要”)测量砂和盘子的总质量, 　　　　(选填“需要”或“不需要”)平衡小车所受到的阻力;  减少 = 不需要 不需要 (3)某段时间内小车的s-t图像如图乙所示,根据图像可得小车的加速度大小为　　　　 m/s2(计算结果保留2位小数)。  (4)分析表格中的F、a数据可知:在误差允许范围内,小车质量一定时, 　 。  2.10 小车的加速度与合力成正比 解析 (1)在步骤①中,小车运动越来越慢,即小车沿斜面向下做减速运动,故在保持长板倾角不变的情况下,应在盘中适当减少砂子;小车匀速下滑时,由平衡条件得mgsin θ=F0+f,小车加速下滑时,由受力分析可得F=mgsin θ-f,联立可得F=F0。 (2)由上述分析可知,小车加速下滑过程的合力已通过①中小车匀速下滑时力传感器的示数F0读出,所以本次实验不需要测量砂和盘子的总质量,不需要平衡小车所受到的阻力。 (3)图乙中标出的三个位置坐标反映了小车连续相等时间内的位移,根据匀变速直线运动的推论得Δs=(0.382 0 m-0.252 0 m)-(0.491 0 m-0.382 0 m) =a×0.12,解得a=2.10 m/s2。 (4)由表中数据可以看出,F与a的比值基本不变,所以可得:在误差允许范围内,小车质量一定时,小车的加速度与合力成正比。 $