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

**基本信息** 聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，以控制变量法为核心，系统整合实验原理、操作规范、数据处理及误差分析，构建“原理-操作-数据-误差”完整逻辑链，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| |----|-----------|----------|----------| |实验原理与方法|2题|控制变量法；平衡摩擦力操作（垫块垫高使小车匀速下滑）|从牛顿第二定律出发，明确“a-F”“a-1/M”关系研究的变量控制逻辑| |数据处理与计算|2题|逐差法求加速度（Δx=aT²）；运动学公式应用（x=½at²）|结合纸带数据与运动学规律，建立加速度与位移、时间的定量关系| |误差分析与图像|3题|图像截距/弯曲原因分析（未平衡摩擦力、m≪M条件）；a-F图像斜率与质量关系|通过图像异常解读实验误差来源，深化对合力与加速度关系的理解|

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·广西卷·T12)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　　　　　　　。 (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。 (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＝　　　　。 答案：(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(即加速度传感器示数为零)　(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)力传感器上显示的是细绳的拉力，要以该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(即加速度传感器示数为零)。 (4)根据初速度为零的匀加速直线运动的位移与时间公式x＝at2可知，aM＝aN，又tM∶tN＝n，解得aM∶aN＝1∶n2。 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a -FN 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·湖南永州三模)某同学用如图甲所示的装置做“探究物体加速度与力的关系”的实验。小车的质量为M，钩码的质量为m，实验时保持小车的质量不变，在已经平衡摩擦力的情况下，用钩码的重力作为小车受到的拉力F，根据打点计时器在小车后端拖动的纸带上打出的点迹计算小车运动的加速度。 (1)实验过程中得到如图乙所示的纸带，已知所用交流电的频率为50 Hz。其中A、B、C、D、E为五个计数点，相邻两个计数点之间还有4个点没有标出，根据纸带提供的数据，可求出小车加速度的大小为　　　　m/s2(计算结果保留2位有效数字)。 (2)实验时改变所挂钩码的个数，分别测量小车在不同外力作用下的加速度。根据测得的多组数据画出a -F关系图像，如图丙所示，图线上部弯曲的原因是 。 (3)图丙中，该同学利用加速度较小的几组数据拟合了一条直线OMA，过A点作横轴的垂线，垂足为P，垂线与MN段交于B点，则＝　　　　(用M、m表示)。 答案：(1)0.99　(2)小车的质量M没有远大于钩码的质量m　(3) 解析：(1)由逐差法可知小车的加速度大小为a＝＝×10－2 m/s2＝0.99 m/s2。 (2)挂较多钩码后，题图丙中图线上部弯曲，此时未满足小车的质量M远大于钩码的质量m，不能再用钩码的重力代替小车受到的拉力。 (3)题图丙中AP对应小车所受合力等于钩码的重力mg时的加速度a1＝，题图丙中BP对应小车的实际加速度，设此时绳上的拉力为F，则由牛顿第二定律对小车有F＝Ma2，对钩码有mg－F＝ma2，联立解得a2＝，结合题图丙可得＝＝。 4.(10分)(2026·云南三校模拟)物理实验小组采用如图甲所示的实验装置，验证“当质量一定时，物体运动的加速度与它所受的合力成正比”这一物理规律，试回答下列问题： (1)关于该实验的操作，下列说法中正确的是　　　　。 A.必须用天平测出重物的质量 B.必须保证小车的质量远大于重物的质量 C.每次改变小车的质量时，需要重新平衡摩擦力 D.连接小车和重物的细线要与长木板保持平行 (2)实验中得到的一条纸带如图乙所示，1～5为选取的连续计数点(两计数点间还有四个点没有画出)，相邻计数点间的距离如图中所示。已知打点计时器电源的频率为50 Hz，则小车加速度的大小为　　　　 m/s2(结果保留 3 位有效数字)。 (3)某同学做实验时，未把木板的一侧垫高平衡摩擦力，就继续进行其他实验步骤， 该同学作出的小车加速度a与弹簧测力计示数F的图像如图丙所示，图中a1、F0、F1已知，则实验中小车受到的摩擦力大小为　　　　　　，小车的质量为　　　　　　。 答案：(1)D　(2)1.11　 (3)2F0　 解析：(1)因为有弹簧测力计测量拉力， 则不需要用天平测出重物的质量，选项A错误；实验时有弹簧测力计测量拉力，则不需要满足小车质量远大于重物质量，选项B错误；平衡摩擦力时满足Mgsin θ＝μMgcos θ，两边质量约掉，则每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，选项C错误；要使弹簧测力计的示数稳定，需要使细线与长木板平行，选项D正确。 (2)小车加速度的大小a＝＝×10－2 m/s2≈1.11 m/s2。 (3)对小车根据牛顿第二定律有2F－Ff＝Ma，即a＝F－，由题图丙可知 a＝0 时 F＝F0，可得Ff＝2F0，k＝＝，可得M＝。 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。 学生用书⬇第58页 学科网（北京）股份有限公司 $