第3章 课时测评16 探究加速度与力、质量的关系(word练习)-【金版新学案】2027年高考物理高三总复习大一轮复习讲义（广东专版）

**基本信息** 该专项通过5道实验题系统覆盖加速度与力、质量关系的实验原理、操作规范及误差分析，突出科学探究与科学思维的结合。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |实验原理|2题|控制变量法、m≪M近似条件|从牛顿第二定律导出实验方案，建立F-a关系模型| |操作规范|3题|平衡摩擦力操作、传感器使用技巧|实验装置调整→误差控制→数据采集的逻辑链| |数据处理|2题|逐差法求加速度、图像截距斜率分析|实验数据→图像表征→规律验证的科学推理| |误差分析|3题|摩擦力平衡不当、系统误差修正|误差来源识别→影响分析→改进方案的科学论证|

课时测评16　探究加速度与力、质量的关系 (时间：30分钟　满分：50分) (本栏目内容，在学生用书中以独立形式分册装订！) 1．(10分)(2025·广东深圳模拟预测)图甲为探究加速度与力、质量关系的实验装置。小车质量为M，砝码盘(连同砝码)质量为m，处理数据时，认为mg(g为重力加速度)等于小车所受合力。 (1)实验时应使m远小于M。关于此要求下列说法正确的是________。 A．如果m远小于M，实验时细线对小车的拉力就约等于小车所受的合力 B．如果m远小于M，实验时细线对小车的拉力就约等于mg C．如果m远小于M，实验时小车所受的合力就约等于mg (2)实验时应适当垫高木板左侧，让小车在木板上不受细线牵引时能自由向右做匀速运动。关于此操作正确的说法是________。 A．如以上垫高后，实验时细线对小车的拉力就约等于小车所受的合力 B．如以上垫高后，实验时细线对小车的拉力就约等于mg C．如以上垫高后，实验时小车所受的合力就约等于mg (3)图乙是探究质量相同物体加速度与外力的关系时，小李同学根据实验数据在坐标系中作出的图像，对此正确的说法有________________________________________________________________________。 A．小李实验的图线没有通过坐标O点，是因为木板左边垫的太高 B．小李实验的图线没有通过坐标O点，是因为m没有远小于M 答案：(1)B　(2)A　(3)A 解析：(1)在砝码及砝码盘总质量远小于小车的质量时，可以近似认为小车受到的拉力等于砝码及砝码盘的重力。故选B。 (2)适当垫高木板左侧，让小车在木板上不受细线牵引时能自由向右做匀速运动，平衡摩擦力后，细线对小车的拉力就约等于小车所受的合力。故选A。 (3)由小李的实验图像可知，当F＝0时，a≠0，也就是说当细线上没有拉力时小车就有加速度，该同学实验操作中平衡摩擦力过大，即倾角过大，平衡摩擦力时木板的左端垫得过高，故A正确，B错误。 2．(10分)(2025·安徽卷·T11)某实验小组通过实验探究加速度与力、质量的关系。 (1)利用图甲装置进行实验，要平衡小车受到的阻力。平衡阻力的方法是：调整轨道的倾斜度，使小车________(选填正确答案标号)。 A．能在轨道上保持静止 B．受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速运动 C．不受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速运动 (2)利用图乙装置进行实验，箱体的水平底板上安装有力传感器和加速度传感器，将物体置于力传感器上，箱体沿竖直方向运动，利用传感器测得物体受到的支持力FN和物体的加速度a，并将数据实时传送到计算机。 ①图丙是根据某次实验采集的数据生成的FN和a随时间t变化的图，以竖直向上为正方向。t＝4 s时，物体处于________(选填“超重”或“失重”)状态；以FN为横轴、a为纵轴，根据实验数据拟合得到的图像为图丁中的图线a。 ②若将物体质量增大一倍，重新进行实验，其a-FN图像为图丁中的图线________(选填“b”“c”或“d”)。 答案：(1)C　(2)①失重　②d 解析：(1)平衡阻力的原理是调整轨道的倾斜度，使小车重力沿轨道向下的分力平衡小车运动时打点计时器对小车(含纸带)的阻力及其他阻力，故平衡阻力的方法应是调整轨道的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿轨道匀速运动，C正确。 (2)①由题图丙的a-t图像可知t＝4 s时，物体的加速度取负值，又以竖直向上为正方向，则t＝4 s时物体的加速度竖直向下，则物体处于失重状态。 ②以竖直向上为正方向，对物体受力分析，由牛顿第二定律可得FN－mg＝ma，变形得a＝FN－g，则a -FN图像的斜率为，纵轴截距为－g。若将物体的质量增大一倍，重新进行实验，则a -FN图像的斜率变为原来的，纵轴截距不变，又原来的a -FN图像为题图丁中的图线a，则对比题图丁中的其他图线可知，重新进行实验后的a -FN图像为题图丁中的图线d。 3．(10分)(2025·广东揭阳模拟)某同学探究“小车的加速度与力的关系”的实验装置如图所示，轨道上的B点固定一光电门，将连接小车的细线跨过滑轮系住钩码，平衡摩擦力后在A点由静止释放小车，测出小车上的挡光片通过光电门的时间t。 (1)在该实验中，下列说法正确的是________。 A．要用天平称量小车和挡光片的质量 B．每次改变钩码的个数，都需要测量钩码的总质量 C．调节滑轮的高度，使细线与轨道平行 D．A、B之间的距离尽可能小些 (2)若挡光片的宽度为d，挡光片与光电门的距离为L，d≪L，则小车通过光电门时的速度大小为________________________________________________________________________， 加速度大小为________。(均用题中所给物理量的符号表示) 答案：(1)C　(2) 解析：(1)探究“小车的加速度与力的关系”时，只要保持小车质量不变即可，没有必要测量其质量，故A错误；本题直接从力传感器上读出细线拉力的大小，不需要测量钩码质量，故B错误；要使细线的拉力等于小车受到的合力，则要使细线与轨道平行，故C正确；A、B之间的距离尽可能大些，可以减小测量误差，故D错误。 (2)小车通过光电门时的速度大小v＝，根据v2＝2aL，解得小车的加速度大小a＝。 4．(10分)在“探究加速度与力的关系”的实验中，某同学设计了如图甲所示的实验装置。在调节桌面水平后，利用力传感器来测量细线拉力。 (1)为探究加速度与力的关系，下列实验操作中正确的是________。 A．选用电火花计时器比选用电磁打点计时器实验误差会更小 B．实验过程中，沙和沙桶的质量可以约等于小车的质量 C．力传感器的示数即小车所受合力的大小 D．先用手将小车按在图甲所示位置，然后接通电源再释放小车 (2)该同学在实验中得到一条纸带如图乙所示，相邻计数点间有4个点未画出，打点计时器所接交流电的频率为50 Hz，小车的加速度大小为________m/s2(结果保留2位有效数字)。 (3)该同学在小车内放置一质量为m0的砝码，多次改变沙的质量，通过实验得到多组a、F数据，并利用测量数据画出a -F图像，已知图线的斜率大小为k，则小车的质量为______________(用k、m0表示)。 (4)在利用图甲装置进行实验时，是否需要平衡阻力？如果需要，请说明如何操作；如果不需要，请说明理由：________________________________________________________________________ ________________________________________________________________________。 答案：(1)AB　(2)2.4　(3)－m0　(4)需要，操作见解析 解析：(1)电火花计时器对纸带的阻力较小，实验误差较小，A正确；传感器可测出小车所受拉力，对沙和沙桶的质量没有要求，B正确；传感器示数的2倍减摩擦阻力等于小车所受合力，C错误；小车应该在靠近打点计时器的位置释放，D错误。 (2)相邻计数点的时间间隔为T＝5× s＝0.1 s，小车的加速度大小为a＝×10-2 m/s2≈2.4 m/s2。 (3)根据2F－Ff＝(m＋m0)a，得a＝，则k＝ 小车质量为m＝－m0。 (4)需要。在无牵引的情况下，将长木板未带有定滑轮的一端适当垫高，轻推小车，若打出纸带的点迹间距几乎相等即可说明平衡阻力成功。 5.(10分)(2026·天津宁河区一模)为探究物体加速度a与外力F和物体质量M的关系，研究小组的同学们在教材提供案例的基础上又设计了不同的方案，如图甲、乙、丙所示：甲方案中在小车前端固定了力传感器，并与细线相连，可以从传感器上直接读出细线拉力；乙方案中拉动小车的细线通过滑轮与弹簧测力计相连，从弹簧测力计上可读出细线拉力；丙方案中用带有光电门的气垫导轨和滑块代替长木板和小车。三种方案均以质量为m的槽码的重力作为动力。 (1)关于三个实验方案，下列说法正确的是　　　　。 A.甲、乙方案实验前均需要平衡摩擦力 B.甲、乙、丙方案均需要满足小车或滑块的质量远大于槽码的质量 C.乙方案中，小车加速运动时受到细线的拉力等于槽码所受重力的一半 (2)某次甲方案实验得到一条纸带，部分计数点如图丁所示(每相邻两个计数点间还有4个计时点未画出)，测得x1＝3.71 cm，x2＝7.92 cm，x3＝12.63 cm，x4＝17.86 cm。已知打点计时器所接交流电源频率为50 Hz，则小车的加速度大小a＝　　　　m/s2(结果保留2位有效数字)。 (3)甲方案实验中，以小车的加速度a为纵坐标、槽码的重力F为横坐标作出的a -F图像理想状态下应是一条过原点的直线，但由于实验误差影响，常出现如图戊所示的三种情况。关于这三种情况下列说法中正确的是　　　　。 A.图线①交于纵轴的原因是挂的槽码个数太多 B.图线②右端弯曲的原因是挂的槽码个数太少 C.图线③交于横轴的原因可能是未平衡小车受到的摩擦力 答案：(1)A　(2)0.51　(3)C 解析：(1)由题图所示实验装置可知，甲、乙方案实验前均需要平衡摩擦力，故A正确；甲实验中小车受到的拉力可以由力传感器测出，乙实验中小车所受拉力可以由弹簧测力计测出，甲、乙实验不需要方案不需要满足小车的质量远大于槽码的质量，故B错误；乙方案中，小车加速运动时槽码向下加速运动，槽码处于失重状态，小车加速运动时受到细线的拉力小于槽码所受重力的一半，故C错误。 (2)每相邻两个计数点间还有4个计时点未画出，打点计时器所接交流电源频率为50 Hz，相邻计数点间的时间间隔t＝5T＝＝ s＝0.1 s 由逐差法可知，小车的加速度大小a＝＝＝ m/s2≈0.51 m/s2。 (3)由题图戊可知，图线①纵轴截距大于0，即F＝0(即不挂槽码)时小车就具有了加速度，产生原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过大，故A错误；图线②在力较小时图像是直线，加速度与拉力成正比，拉力较大时图像向下弯曲，加速度偏小，由牛顿第二定律可得F＝Ma，mg－F＝ma，解得F＝，可知当m≪M时，F≈mg，a -F图像为直线，当挂的槽码个数太多时，不满足m≪M，则F＜mg，图像右端向下弯曲，所以图线②右端弯曲的原因是挂的槽码个数太多，故B错误；图线③在横轴的截距大于0，只有当F增加到一定值时，小车才获得加速度，产生原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过小或未平衡小车受到的摩擦力，故C正确。 学科网（北京）股份有限公司 $