第3章 实验四 探究加速度与力、质量的关系(word教师用书)-【金版新学案】2027年高考物理高三总复习大一轮复习讲义

该高中物理讲义聚焦高考核心实验“探究加速度与力、质量的关系”，涵盖控制变量法、逐差法数据处理、误差分析等考点，按原理装置、操作要求、数据处理、注意事项的逻辑架构梳理知识。通过考点梳理明确实验要点，方法指导强化图像分析与误差判断，真题训练结合教材原型与拓展创新题，帮助学生系统突破实验难点。 讲义突出科学探究与科学思维培养，如通过a-F图像弯曲原因分析训练科学推理，结合力传感器创新装置实验培养质疑创新能力。设置基础操作、数据处理、误差分析分层练习，配合即时解析，确保高效复习，助力学生提升实验题应考能力，为教师把控复习节奏提供清晰指引。

实验四　探究加速度与力、质量的关系 原理装置 操作要求 数据处理 1.控制变量法 (1)保持小车质量不变，探究加速度与合力的关系。 (2)保持小车所受合力不变，探究加速度与质量的关系。 2.改变小车质量M或槽码质量m时，无需重新平衡阻力。 3.使用力传感器或弹簧测力计测出细绳拉力时，无需满足M≫m 1.用天平测量槽码的质量m和小车的质量M。 2.根据设计要求安装实验装置，且先不把悬挂槽码的细绳系在小车上。 3.在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑。 4.槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，接通电源后放开小车，断开电源取下纸带，编写号码，保持小车质量M不变，改变槽码质量m，重复实验得到纸带；保持槽码的质量m不变，改变小车的质量M，重复实验得到纸带 1.利用Δx＝aT2及逐差法求a。 2.以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比。 3.以a为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与M成反比 注意事项 1.平衡阻力：平衡阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车连着纸带匀速运动。 2.质量：槽码质量m远小于小车质量M。 3.平行：使细绳与长木板平行。 4.靠近：小车从靠近打点计时器的位置释放。 5.先后：实验时先接通电源后释放小车 误差分析 1.a -F图像：图像解析式为a＝·mg。可见直线斜率为。若M为定值，则随着m的增大，此斜率会减小。 (1)若出现图像向下弯曲，则说明不满足m远小于M，如图1中图线①。 (2)mg＝0时，小车具有非零的加速度a，即出现纵轴截距，则说明平衡阻力过度，如图1中图线②。 (3)当mg增大到某值时，小车才具有非零的加速度a，即出现横轴截距，则说明平衡阻力不足或没有平衡阻力，如图1中图线③。 2.a -图像：图像解析式为a＝·。可见直线斜率为。若m为定值，则随着M的减小，此斜率会减小。 (1)若出现图像向下弯曲，则说明M不再远大于m，如图2中图线①。 (2)M无限增大时，小车具有非零的加速度a，即出现纵轴截距，则说明平衡阻力过度，如图2中图线②。 (3)当M减小到某值时，小车才具有非零的加速度a，即出现横轴截距，则说明平衡阻力不足或没有平衡阻力，如图2中图线③ 学生用书⬇第56页 类型一　教材原型实验 (2025·陕西渭南三模)在探究加速度a与所受合力F的关系时，某同学采用图甲所示的实验装置进行实验探究，控制小车质量M不变，寻找其加速度a与所受合力F的关系。 (1)在平衡摩擦力的这步操作中，该同学　　　　　(选填“需要”或“不需要”)通过细绳把砂桶挂在小车上。 (2)在实验中，该同学得到的一条如图乙所示的纸带，他每隔4个点取一计数点，在纸带上做好0、1、2、3、4的标记，用毫米刻度尺测量出各计数点间的距离，在图中已经标出。已知电火花计时器的打点周期为0.02 s，则该小车运动的加速度大小为　　　　 m/s2(计算结果保留2位有效数字)。 (3)采用图像处理数据，画出如图丙所示a -F图像，发现图线上端弯曲，并不是直线，出现这一问题的可能原因是　　　　　　　　　　　　　　　　　。 答案：(1)不需要　(2)0.88　(3)小车质量没有远大于砂和砂桶的总质量 解析：(1)该实验必须要平衡摩擦力。在平衡摩擦力的这步操作中，利用小车重力沿木板向下的分力平衡摩擦力，不需要通过细绳把砂桶挂在小车上。 (2)由题可知，相邻计数点之间的时间间隔 T＝5×0.02 s＝0.1 s 根据逐差法可得小车的加速度a＝＝ m/s2＝0.88 m/s2。 (3)设小车的质量为M，砂和砂桶的总质量为m，根据牛顿第二定律，对小车有FT＝Ma，对砂和砂桶有mg－FT＝ma，联立可得a＝，在数据处理环节，把砂和砂桶的总重力当成小车的合力F，则有a＝F，当小车质量远大于砂和砂桶的总质量时，a -F图像的斜率近似等于，图线近似是直线；当小车质量没有远大于砂和砂桶的总质量时，随着砂和砂桶的总质量逐渐增大，a -F图像上的点与原点连线的斜率逐渐减小，则a -F图线开始变弯曲。 (2025·陕晋青宁卷·T11)图(a)为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。 (1)实验中应将木板　　　　　　(选填“保持水平”或“一端垫高”)。 (2)为探究加速度a与质量m的关系，某小组依据实验数据绘制的a -m图像如图(b)所示，很难直观看出图线是否为双曲线。如果采用作图法判断a与m是否成反比关系，以下选项可以直观判断的有　　　　。(填正确答案标号) m/kg a/(m·s－2) 0.25 0.618 0.33 0.482 0.40 0.403 0.50 0.317 1.00 0.152 图(b) A.a -图像 B.a -m2图像 C.am -m图像 D.a2 -m图像 (3)为探究加速度与力的关系，在改变作用力时，甲同学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘上；乙同学将事先放置在小车上的槽码依次移到槽码盘上。在其他实验操作相同的情况下，　　　　(选填“甲”或“乙”)同学的方法可以更好地减小误差。 答案：(1)一端垫高　(2)AC　(3)乙 解析：(1)探究加速度与力、质量关系的实验时，将槽码与槽码盘的重力近似为绳子拉力，则需平衡摩擦力，实验中应将木板一端垫高。 (2)该实验采取控制变量法，探究加速度a与质量m的关系时，小车受到的力F保持不变，利用图像法处理数据时，为使图线更直观，需使图线拟合为直线，即图像斜率为定值，由牛顿第二定律F＝ma可知a -图像的斜率不变，A正确；无论m怎么变化，am为定值，也可判断a、m成反比关系，C正确。 (3)在探究加速度与力的关系时，需控制研究对象的质量不变。甲方案中，小车的质量不变，所以需要以小车为研究对象，将槽码和槽码盘的重力近似看成小车所受的合外力时，存在误差；乙方案中，小车与槽码和槽码盘的总质量不变，所以需要以小车与槽码和槽码盘整体为研究对象，槽码和槽码盘的重力为系统整体所受的合外力，没有用近似处理，即合外力的测量为真实值。所以乙同学的方案误差更小。 类型二　拓展创新实验 (2026·湖北武汉5月质检)实验小组探究“加速度与力、质量的关系”的装置如图所示。小钢球置于一小车内，车内后壁装有压力传感器，车顶安装有遮光条。细绳一端系于小车上，另一端跨过固定在长木板上的定滑轮，挂上钩码。 (1)若将压力传感器的示数视为小钢球所受合力的大小，则在实验过程中，　　　　(选填“需要”或“不需要”)满足钩码质量远小于小车质量，细绳 学生用书⬇第57页 (选填“需要”或“不需要”)调节至与长木板平行，长木板要调节至下列选项中的　　　　(填选项字母)状态。 A.保持水平 B.倾斜一特定角度 C.倾斜任意一小角度 D.倾斜任意一大角度 (2)光电门安装在长木板的位置A，在长木板上标记另一位置B。改变钩码个数，让小车每次都从位置B开始运动，记录多组压力传感器示数F和光电门测量的遮光时间t。某同学猜想小钢球的加速度与F成正比，若用图像法验证他的猜想，则最直观、合理的关系图像是下列选项中的　　　　(填选项符号)。 A.t -F图像 B. -F图像 C.t2-F图像 D.-F图像 (3)若作出(2)中正确选项的图像为一条过原点的直线，图像斜率为k，并测出遮光条的宽度为d，AB间距为x，则小钢球的质量m＝　　　　　(用字母k、d、x表示)。 [破题“三步曲”] 答案：(1)不需要　需要　A　(2)D　(3) 解析：(1)由于本实验采用了压力传感器，不需要用钩码的总重力代替绳子的拉力，因此不需要满足钩码质量远小于小车质量；为了保证小车所受拉力的方向不变，细绳需要调节至与长木板平行；为了使小钢球所受压力传感器的力在水平方向，长木板要调至水平状态，故选A。 (2)设遮光条宽度为d，遮光条通过光电门的瞬时速度v＝，设AB间距为x，根据运动学公式有v2＝2ax，对小球，根据牛顿第二定律有F＝ma，联立解得＝·F，因此为了直观地反映小钢球的加速度与F成正比，需要建立 -F图像。故选D。 (3)根据(2)的分析， -F图像的斜率k＝，解得小钢球的质量m＝。 (2026·陕西宝鸡二模)小华同学设计图甲装置来探究合力一定时，加速度与质量的关系。木板一端放在桌面的左端，另一端用高度可调且带有旋钮的支架固定。轻绳一端连接小车，小车最左端固定一个遮光条，另一端跨过滑轮连接一个质量为m的物块A，调整定滑轮使滑轮左侧轻绳与斜木板平行，测得两光电门间的距离为L，遮光条的宽度为d。 (1)反复调整木板的倾角，向下轻推小车，直到遮光条通过两个光电门的遮光时间相等。 (2)取下物块A，让小车从木板顶端滑下，记录遮光条分别通过光电门1、2的遮光时间t1、t2，则小车的加速度大小a1＝　　　　　　　　　(用题中所给的已知物理量符号表示)。 (3)在小车上添加钩码以改变小车的总质量，重新挂上步骤(1)中的物块A，重复(1)(2)操作，求出小车放上不同钩码时对应的加速度大小a。 (4)若小车及车上钩码的总质量用M表示，以小车的加速度大小a为纵轴，若在坐标纸上作出图乙所示的图像，其图线为一条直线，则图像中横轴为　　　　。 A.M B. C.M2 D. (5)图乙中直线的斜率表示　　　　。 A.小车受到的重力大小 B.小车受到的重力沿斜木板向下的分力大小 C.小车受到的摩擦阻力大小 D.物块A受到的重力大小 [破题“三步曲”] 答案：(2)　 (4)B　 (5)D 解析：(2)遮光条通过光电门1、2的遮光时间分别为t1、t2，则小车通过的光电门1、2的速度大小分别为v1＝，v2＝ 光电门1、2间的距离为L，则L＝ 解得小车的加速度大小a＝。 (4)若小车及车上钩码的总质量用M表示，由步骤(1)有Mgsin α＝μMgcos α＋mg，则步骤(2)中小车的合力为Mgsin α－μMgcos α＝mg，则根据牛顿第二定律有mg＝Ma，整理得a＝mg·，以小车的加速度大小a为纵轴，若在坐标纸上作出题图乙所示的图像，其图线为一条直线，则图像中横轴为。故选B。 (5)根据a＝mg·，可知题图乙中直线的斜率k＝mg，表示的是物块A受到的重力大小。故选D。 学科网（北京）股份有限公司 $