实验4 探究加速度与力、质量的关系-【优学精研】2027年高考物理一轮总复习学用Word

该高中物理高考复习学案系统梳理“探究加速度与力、质量的关系”实验核心考点，涵盖控制变量法、加速度测量、数据处理及误差分析，通过实验基础表格与分层例题构建知识网络，以问题链引导学生自主梳理原理与操作要点，形成完整实验认知体系。 亮点在于科学探究与科学思维素养培养，设置诊断性实验操作任务（如平衡阻力调节、纸带逐差法计算）和创新实验对比（传统装置与位移传感器应用），学生可通过错题归因表定位薄弱环节，教师依据学情数据指导个性化复习，有效提升自主实验能力与备考实效。

实验4　探究加速度与力、质量的关系 实验基础必备 控制变量　无需　无需　匀速　不要　匀速　小于　平行　接通电源　释放小车　正比　反比 教材原型实验 【典例1】　（1）BD　（2）匀速直线　（3）远小于 （4）0.44　（5）小车　（6）AC　（7）C 解析：（1）利用天平测量质量，利用打点计时器可以计时，打出的纸带需测量点距求加速度，所以需要天平和刻度尺，A、C错误，B、D正确。 （2）平衡阻力时应使小车拖动纸带在木板上做匀速直线运动。 （3）为了使沙桶及沙的重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需要使沙桶及沙的总质量远小于小车的总质量。 （4）由某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间运动过程的平均速度，可得 vB＝＝ m/s＝0.44 m/s。 （5）探究加速度与力的关系时，需要保持小车的总质量不变。 （6）从题图丙可以看出，图像不过原点，即当F为某一值时，但加速度却为零，所以是未平衡阻力或平衡阻力不足，故A正确，B错误；随着拉力F增大（即沙桶及沙的重力增大），已经不满足沙桶及沙的总质量远小于小车总质量的条件，造成BC段弯曲，故C正确，D错误。 （7）在探究加速度与质量的关系时，由于平衡了阻力，所以图像过原点，且分别对小车和沙桶及沙受力分析，由牛顿第二定律可得mg－FT＝ma，FT＝Ma，联立解得 mg＝（M＋m）a，整理得a＝，因为保证了沙和沙桶的质量不变，所以由实验数据作出a-图线，不会发生弯曲，故选C。 【典例2】　（1）1∶2　（2）远小于　（3）相同　（4）AB 解析：（1）实验中，若两小车通过的位移比为1∶2，由x＝at2，当运动时间相同时可得两车加速度之比为a1∶a2＝1∶2。 （2）实际上，小车与小盘和砝码一起加速运动，设绳对小车的拉力为F，则有F＝Ma，mg－F＝ma，则可得F＝＝，为使小车所受的拉力近似等于小盘和砝码的总重力，应使小盘和砝码的总质量远小于小车的质量。 （3）探究“加速度与质量之间的关系”时，采用控制变量法，实验时要保证拉力不变，则应在小盘中放质量相同的砝码。 （4）探究“加速度与力之间的关系”时，若平板保持水平，则选用更光滑的平板有利于减小摩擦力，合力更接近绳的拉力，可以减小实验误差，故A正确；平板右端适当垫高来平衡摩擦力，使细绳拉力提供小车的合外力，有利于减小误差，故B正确；由牛顿第二定律得mg－μMg＝Ma，解得a＝－μg，故摩擦力影响实验结果，故C错误。 创新拓展实验 【典例3】　（1）甲　（2）0.5 解析：（1）由甲图线可知，当F＝0时，a＝2 m/s2 ≠ 0，说明当绳子上没有拉力时滑块就有加速度，则实验操作中是因平衡阻力过度，即轨道倾角过大，平衡阻力时将左端垫得过高，所以图线甲是在轨道左侧抬高成为斜面情况下得到的；由乙图线可知，F在0～1 N的范围内a＝0，说明当绳子上有拉力时滑块没有加速度，则图线乙是轨道水平没有平衡摩擦力的情况下得到的。 （2）设接触面间动摩擦因数为μ，则在轨道水平的情况下，有F－μmg＝ma乙 得a乙＝F－μg 斜率为＝ kg－1＝2 kg－1，则m＝0.5 kg。 【典例4】　（1）AD　（2）F＝ 解析：（1）把小车所受拉力当作合力，需要平衡摩擦力，不要求钩码的质量远小于小车质量，可以根据弹簧测力计直接读出力的大小。故选A、D。 （2）小车通过光电门的速度v＝，由匀变速直线运动规律v2＝2as，若满足牛顿第二定律则有F＝ma，解得F＝。 学科网（北京）股份有限公司 $ 实验4　探究加速度与力、质量的关系 实验基础必备 原理装置图 操作要求 注意事项 1.　　　　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，　　　　重新平衡阻力。 3.若使用力传感器或弹簧测力计测出细绳拉力时，　　　　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，只是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　　　　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.平衡阻力：平衡阻力时，　　　　把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车连着纸带　　　运动。 2.质量：槽码质量m远　　　小车质量M。 3.平行：使细绳与长木板　　　　。 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　　　　后　　　　 续表 数据处理 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　　　　。 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，就能判定a与M成　　　 误差分析 （1）实验原理不完善，本实验用槽码的总重力代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的总重力。 （2）平衡阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差 教材原型实验 （2026·福建福宁联考）用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。 （1）除了图中所给器材以及交流电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是　　　　（填正确选项的字母）。 A.秒表 B.天平（含砝码） C.弹簧测力计 D.刻度尺 （2）实验前平衡阻力的做法是：把实验器材安装好，先不挂沙桶，将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。用垫块把木板不带滑轮一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直到小车拖动纸带沿木板做　　　　运动。 （3）为使沙桶和沙的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需满足的条件是沙桶及沙的总质量　　　　（选填“远大于”“远小于”或“近似等于”）小车的总质量。 （4）实验中打出的一条纸带的一部分如图乙所示。纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C，相邻计数点之间还有4个点没有标出。打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上。则打点计时器打B点时，小车的速度vB＝　　　　 m/s（保留2位有效数字）。多测几个点的速度作出v-t图像，就可以算出小车的加速度。 （5）为探究加速度和力的关系，要保证　　　　的总质量不变，改变沙桶内沙的质量，重复做几次实验，通过实验数据来研究加速度和力的关系。 （6）在探究加速度与力的关系时，该同学根据实验数据作出的a-F图像如图丙所示，发现该图线不通过坐标原点且BC段明显偏离直线，分析其产生的原因，下列说法正确的是　　　　 （填正确选项前字母）。 A.不通过坐标原点可能是因为平衡阻力不足 B.不通过坐标原点可能是因为平衡阻力过度 C.图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满足远小于小车总质量的条件 D.图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满足远大于小车总质量的条件 （7）在探究加速度与质量的关系时，要保证沙和沙桶的质量不变。若沙和沙桶的质量m与小车的总质量M间的关系不满足第（3）问中的条件，且已正确平衡阻力，由实验数据作出a-图线，则图线应如图中的　　　　（填正确选项的字母）所示。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 用图甲所示的装置进行“探究加速度与力、质量之间的关系”的实验，图乙是其俯视图。两个相同的小车放在平板上，车左端各系一条细绳，绳跨过定滑轮各挂一个相同的小盘。实验中可以通过增减车中钩码改变小车质量，通过增减盘中砝码改变拉力。两个小车右端通过细线用夹子固定，打开夹子，小车在小盘和砝码的牵引下运动，合上夹子，两小车同时停止。 （1）实验中，若两小车通过的位移比为1∶2，则两车加速度之比为　　　　。 （2）为使小车所受的拉力近似等于小盘和砝码的总重力，应使小盘和砝码的总质量　　　　（选填“远大于”或“远小于”）小车的质量。 （3）探究“加速度与质量之间的关系”时，应在小盘中放质量　　　　（选填“相同”或“不相同”）的砝码。 （4）探究“加速度与力之间的关系”时，事实上小车和平板间存在摩擦力，下列说法中正确的是　　　（填选项前字母）。 A.若平板保持水平，选用更光滑的平板有利于减小误差 B.平板右端适当垫高以平衡摩擦力有利于减小误差 C. 因为两小车质量相同时与桌面间的摩擦力相同，所以摩擦力不影响实验结果 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 创新拓展实验 创新角度 创新示例 创新分析 实验方案的创新 见[课时跟踪检测T4] 利用手机软件记录加速度随时间变化的图像 实验器材的创新 见[典例3] （1）利用位移传感器与计算机相连，描绘a与F的关系图像。 （2）由力传感器测对滑块的拉力，无需满足m≤M 　　 （2026·海南儋州模拟）某组同学设计了如图甲所示的实验装置，通过改变重物的质量，利用计算机可得滑块运动的加速度a和所受拉力F的关系图像。他们在轨道水平和倾斜（通过在远离滑轮的一端加垫片实现）的两种情况下分别做了实验，得到了两条a-F图线，如图乙所示。 （1）图线　　　　（选填“甲”或“乙”）是在轨道倾斜的情况下得到的； （2）滑块和位移传感器发射部分的总质量m＝　　　　kg。 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 （2026·天津南开模拟）如图所示，小车通过细绳与钩码相连，遮光片固定在小车的最右端，光电门传感器固定在长木板上，某实验小组利用图中装置完成了“验证牛顿第二定律”的实验。 （1）某同学在研究小车加速度与拉力关系的实验中，把小车所受拉力当作合力，下列说法正确的是　　　　　（填选项前字母）。 A.需要平衡摩擦力 B.不需要平衡摩擦力 C.要求钩码的质量远小于小车质量 D.不要求钩码的质量远小于小车质量 （2）在实验操作完全正确的情况下，该实验小组将小车从某一位置由静止释放，测出遮光片的宽度d和它通过光电门的挡光时间Δt，小车静止时的位置到光电门的位移s，小车的质量m，弹簧测力计的示数F，则F与应满足的关系式为　　　　。（可用m、d、s、Δt等字母表示） 尝试解答　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 提示：完成课后作业　第三章　实验4 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