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教用课件(提升版)
2026-07-14
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教辅
资源信息
| 学段 | 高中 |
| 学科 | 物理 |
| 教材版本 | - |
| 年级 | 高三 |
| 章节 | - |
| 类型 | 课件 |
| 知识点 | - |
| 使用场景 | 高考复习-一轮复习 |
| 学年 | 2027-2028 |
| 地区(省份) | 全国 |
| 地区(市) | - |
| 地区(区县) | - |
| 文件格式 | PPTX |
| 文件大小 | 4.01 MB |
| 发布时间 | 2026-07-14 |
| 更新时间 | 2026-07-14 |
| 作者 | 拾光树文化 |
| 品牌系列 | 优学精研·高考一轮总复习 |
| 审核时间 | 2026-06-19 |
| 下载链接 | https://m.zxxk.com/soft/58390764.html |
| 价格 | 3.00储值(1储值=1元) |
| 来源 | 学科网 |
|---|
摘要:
该高中物理高考复习课件聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验专题,依据高考评价体系梳理了实验原理、数据处理、误差分析、创新拓展四大考查维度,通过近五年高考真题统计明确“图像分析”占35%、“实验操作”占30%的高频考点分布,构建了系统的备考框架。
课件亮点在于“真题溯源+创新拓展+素养提升”策略,如以2025陕晋青宁题为例解析“控制变量法”和“图像转换技巧”,培养科学探究和科学思维素养。特设“误差分析锦囊”和“创新装置模型库”,通过高仿真训练让学生熟练实验答题规范,教师可据此精准突破考点,实现高效复习。
内容正文:
实验4 探究加速度与力、质量的关系
目 录
CONTENTS
实验基础·必备
实验技能·创新
课时跟踪训练
实验基础·必备
目 录
原理装
置图
(1)探究方法: 。
(2)改变小车质量M或槽码质量m时,无需重新 阻力。
(3)使用力传感器或弹簧测力计可测出细绳拉力时,无需满
足
控制变量法
平衡
M≫m
目 录
高中总复习·物 理(提升版)
操作要
领 (1)称量:用天平测量槽码的质量m和小车的质量M;
(2)安装: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)平衡: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)释放并测量:槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上,先
后 。
①保持小车质量M不变,改变槽码质量m,重复实验得到纸带;
②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
匀速
接通电源
释放小车
目 录
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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、连线。如果该线为过原点倾斜的直线,说明a与F成正比,如图甲;
(3)以a为纵坐标,为横坐标,描点、连线。如果该线为过原点倾斜的直线,就能判定a与M成反比,如图乙
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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 运动;
(2)质量:槽码质量m 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 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)本实验用钩码的重力代替小车的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于钩码的重力;
(2)质量测量不准确、计数点间距离测量不准确都会引起误差
匀速
远小于
打点计时器
目 录
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实验技能·创新
目 录
一、教材原型实验
(2025·陕晋青宁11题)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”)。
解析: 探究加速度与力、质量的关系的实验时,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;
一端垫高
目 录
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(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 。(多选,填正确答
案标号)
AC
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
A. a-图像 B. a-m2图像
C. am-m图像 D. a2-m图像
目 录
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解析: 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,需使图线拟合为直线更
直观,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,am-m图像为平行于横轴的直线
也可判断a、m成反比关系,C正确;
目 录
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(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。
乙
解析: 采用甲同学的方法进行实验时,设小车的质量为m,单个
槽码的质量为M,槽码个数为n,忽略槽码盘的质量,对小车和槽码,
根据牛顿第二定律分别有T=ma、nMg-T=nMa,联立解得T=;
目 录
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采用乙同学的方法进行实验时,设槽码个数总共为n个,小车上放有k
个槽码,根据牛顿第二定律有T=(m+kM)a、(n-k)Mg-T=(n
-k)Ma,联立解得T=(n-k)Mg,因此采用甲同学的方法时,
当槽码总质量远小于小车质量时槽码的重力与绳子拉力相等,但随着
槽码总质量的增大,不再满足槽码总质量远小于小车质量,采用乙同
学的方法时,当单个槽码质量较小时槽码的重力与绳子拉力相等,则
乙同学的方法可以更好地减小误差。
目 录
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(2026·湖北襄阳模拟)某学习小组利用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。请回答下列问题:
(1)该实验需要研究三个物理量之间的关系,我们应该采用的研究方法
是 ;
A. 控制变量法 B. 放大法 C. 理想实验法
解析: 该实验需要研究三个物理量之间的关系,我们应该采用的研
究方法是控制变量法,故选A。
A
目 录
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(2)某次实验获得的纸带如图乙所示,相邻两计数点间均有4个点未画
出,打点计时器电源频率为50 Hz,则小车的加速度大小为 m/s2
(结果保留三位有效数字);
8.20
解析:相邻两计数点间均有4个点未画出,故可知T=×5 s=0.1 s,小车的加速度大小为a== m/s2=8.20 m/s2。
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(3)该小组在某次实验中,保持小车和砝码总质量不变,以槽码的重力
为外力,通过改变槽码的个数,得到了图丙中的曲线图像,一位同学利用
最初的几组数据拟合了一条直线图像。如图丙所示,作一条与纵轴平行的
虚直线,与这两条图线及横轴的交点分别为P、Q、N,若此虚线对应的小
车和砝码总质量为M,悬挂槽码的质量为m,则= (用M、m
表示);
目 录
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解析: 图丙中PN对应小车合力为悬挂物的重力时的加速度a1,此时
满足F=mg;对小车,根据牛顿第二定律F=Ma1,变形得a1=F,图中
QN对应小车的实际加速度a2,对槽码、小车和砝码整体为研究对象,根据
牛顿第二定律mg=F=(M+m)a2,变形得a2=F,因此有==
×=。
目 录
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(4)该实验小组经过讨论后,改进了(3)中的实验方案,保持槽码、小
车、砝码的总质量不变,把槽码分别逐个叠放在小车上,重复(3)中的
实验。由此得到的a-F图像是一条 (选填“直线”或“曲线”)。
解析: 设槽码的总质量为m,总个数为N,每个槽码的质量为m0,取
走槽码的个数为n(1≤n<N),对槽码,根据牛顿第二定律有(m-nm0)
g-T=(m-nm0)a,对小车,根据牛顿第二定律有T=(M+nm0)a,联
立解得F=(m-nm0)g=(M+m)a,变形得a=F,由此得到的a-F
图像是一条直线。
直线
目 录
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(5)若长木板水平放置,小车和木板间的动摩擦因数为μ,保持槽码、小
车、砝码的总质量不变,以槽码的重力为F,通过改变槽码的个数,得a-F
图像,图像的斜率为k,纵截距为-b,则μ= ,M+m= 。
解析: 若长木板水平放置,根据(4)的解析可知,对槽码根据牛顿
第二定律有(m-nm0)g-T=(m-nm0)a,对小车,根据牛顿第二定律
有T-μg(M+nm0)=(M+nm0)a,联立解得F=(m-nm0)g=(M+
m)a+μg(M+nm0),变形可得a=F-μg,则k=,-b=-
μg,解得μ=,M+m=。
目 录
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二、创新拓展实验
创新角度1:
实验器材创新 (1) (2)
采用弹簧测力计和传感器获得绳上的拉力 槽码
见〔典例3〕、〔课时训练T4〕
目 录
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创新角度2:
实验原理的创新
以悬挂的砝码、砝码盘和小车整体为研究对象,则对悬挂砝码、砝码盘的质量大小没有要求,根据匀变速直线运动的x-t、v-t或v-x等关系,通过测量位移、速度、时间计算加速度
见〔课时训练T3〕
目 录
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创新角度3:
实验目的的创新
通过测量力、加速度间接确定物体的质量
见〔典例4〕
目 录
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(2025·广西高考12题)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 。
解析: 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;
控制变量法
目 录
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(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
。
解析: 为了使细绳拉力为小车所受的合外力,需要让连接小车的细
绳与轨道平面保持平行;
平
行
目 录
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(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
。
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
目 录
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解析: 力传感器上显示的示数为细绳的拉力,要以该拉力作为小
车所受的合外力,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;
目 录
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(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= 。
解析: 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。
1∶n2
目 录
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(2026·河南郑州期中)某实验小组的同学设计了测量物体质量的实
验,所用装置如图甲所示(忽略滑块与气垫导轨之间的摩擦阻力)。主要
步骤如下:
(1)在不连接槽码时,推动滑块在气垫导轨上自由滑动,使其能够在导
轨上匀速运动。
目 录
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(2)用游标卡尺测量滑块上遮光条的宽度d,如图乙所示,则d
= mm。
5.30
解析: 20分度的游标卡尺精确度为0.05 mm,由图乙可知读数为5
mm+6×0.05 mm=5.30 mm。
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(3)滑块在牵引力作用下先后通过两个光电门,配套的数字计时器记录
了遮光条通过第一个光电门的时间为Δt1,通过第二个光电门的时间为
Δt2,遮光条从开始遮住第一个光电门到开始遮住第二个光电门的时间为
t,则滑块的加速度大小的表达式为a= (用Δt1、Δt2、t和
d表示)。
解析: 在极短时间内的平均速度等于该时刻的瞬时速度,则滑块通过光电
门1的速度为v1=,滑块通过光电门2的速度为v2=,根据a=,
可得a=。
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(4)依次增加所挂槽码的个数,记录每次实验槽码的总质量m,并计算出
滑块相应的加速度a,以为横轴、为纵轴,建立直角坐标系,通过描点
连线得到-图像如图丙中Ⅰ所示,图线Ⅰ的斜率为k1,在纵轴上的截距为b。
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(5)将待测物体固定在滑块的凹槽内,重复上述实验步骤(3)和(4),在图丙中画出新的-图像Ⅱ,若图线Ⅱ的斜率为k2,在纵轴上的截距也为b、已知当地的重力加速度为g,则下列关系式中正确的是 (填正确答案标号)。
A. b=g B. b=
B
解析: 滑块的质量为M0,待测物体的质量为M,滑块受到拉力为F,由牛顿第二定律有F=(M0+M)a,对钩码有mg-F=ma,联立得=·+,纵轴截距为b=,故选B。
C. b=g2 D. b=
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(6)则待测物体的质量M= (用k1、k2、b表示)。
解析:由上述分析可知只有滑块时,有=·+,斜率为=k1,将待测物体固定在滑块的凹槽内,有=·+,斜率为=k2,解得M=。
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课时跟踪训练
目 录
1. (2025·四川凉山三模)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,
可分别用如图甲、图乙所示装置进行实验。
(1)利用如图甲所示装置进行实验,两辆相同的小车放在木板上,小车
左端各系一条细线,线的另一端跨过光滑定滑轮各挂上槽码(图中未画
出),两小车右端各系一条细线,用黑板擦把两条细线同时按在木板上使
小车静止,抬起黑板擦,两小车同时开始运动,过一段时间后再次按下黑
板擦,两车同时停止运动。
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则下列说法不正确的是 。
C
A. 该实验采用控制变量的方法
B. 两车加速度之比等于位移之比
C. 本实验不需要补偿阻力
D. 本实验要求槽码的质量远小于小车质量
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解析: 该实验采用控制变量的方法,A正确;根据x=at2,解得
a=,两车运动时间相同,则加速度之比等于位移之比,B正确;只
有补偿阻力,细线的拉力才等于小车所受的合外力,所以本实验需要
补偿阻力,C错误;根据牛顿第二定律得,mg=(M+m)a,F=
Ma,解得F=mg,当m≪M时,F=mg,只有槽码的质量远小于小
车质量,细线的拉力才等于槽码的重力,所以本实验要求槽码的质量
远小于小车质量,D正确。
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(2)利用如图乙所示装置进行实验,在规范的实验操作下,若打出的一
条纸带如图丙所示,相邻两计数点间均有4个点未画出,已知电源频率为
50 Hz,则小车的加速度大小为 m/s2。
解析: 小车的加速度为a=×10-2 m/s2=
0.45 m/s2。
0.45
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(3)为了用图像分析加速度a与小车质量M的定量关系,应画出a-
图像。
解析: 根据牛顿第二定律F=Ma,解得a=,加速度a与小车质量M成反比,图像是曲线,不便于分析,为了得到直线,便于分析,应画出a-图像。
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2. (2025·山东高考13题)某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定
律,部分实验步骤如下:
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(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= cm(选填“5.00”或“1.00”)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。
解析: 该实验是用遮光时间内的平均速度表示遮光片运动到光电门
时小车的瞬时速度,由运动学规律可知,遮光片的宽度越窄,两个速度越
接近,即小车的瞬时速度测量越精准,所以选用d=1.00 cm的遮光片。
1.00
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(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)。
解析: 根据题意可得,小车的加速度a==0.41 m/s2。
0.41
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(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,如图乙所示。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。
增大
解析: 对小车,由牛顿第二定律,有F+mgsin θ-μmgcos θ=ma,整
理得a=+gsin θ-μgcos θ,结合题图乙可知gsin θ-μgcos θ<0,若要得
到一条过原点的直线,应使sin θ-μcos θ=0,则应增大轨道的倾角θ。
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(4)图乙中直线斜率的单位为 (选填“kg”或“kg-1”)。
解析: 结合第(3)问分析可知,题图乙中直线斜率表示质量的倒
数,则其单位为kg-1。
kg-1
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3. (2026·广东茂名模拟)图甲是“探究加速度与力、质量的关系”实验
时的一个拓展方案,实验方案操作步骤如下:
①挂上托盘和砝码,改变木板的倾角,使质量为M的小车拖着纸带沿木板
匀速下滑;
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②取下托盘和砝码,测出其总质量为m。使小车沿木板加速下滑,测出加
速度a;
③改变砝码质量和木板倾角,多次测量,作a-mg的图像。
(1)本实验方案 满足条件M≫m(选填“需要”或“不需要”)。
不需要
解析:图甲方案中,挂上托盘和砝码,小车匀速下滑,设斜面的倾斜角为θ,则有Mgsin θ=f+mg,取下托盘和砝码,小车做匀加速直线运动,由牛顿第二定律可得Mgsin θ-f=Ma,即mg=Ma,此处托盘和砝码的重力mg就是小车加速下滑的合力,即F=mg,所以本实验方案不需要满足M≫m。
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(2)实验方案中得到一条如图乙所示的纸带,选取时间间隔为0.1 s的相
邻计数点记为A、B、C、D、E、F、G,相应数据已标在纸带上,则打下D
点时的速度 m/s,小车的加速度大小为 m/s2(结果保留两
位有效数字)。
0.65
2.0
解析: 打下D点时小车的速度大小为vD== m/s=0.65 m/s,根据逐差法可得小车的加速度大小为a==
m/s2=2.0 m/s2。
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(3)该同学以mg为横坐标,加速度a为纵坐标,画出的a-mg图像为如图丙
所示的一条直线,图线与横坐标轴的夹角为θ,求得图线的斜率为k,由图
像可知( D )
D
A. 小车的质量为 B. 小车的质量为k
C. 小车的质量为tan θ D. 小车的质量为
解析:根据(1)中结论得a=mg,可知图线的斜率k=,解得小车的质
量为M=,故选D。
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4. (2025·山东临沂三模)某实验小组用如图甲所示的装置探究“加速度
与力和质量”的关系,打点计时器使用的交流电频率为50 Hz,纸带每5个
点取一个计数点,A、B、C、D、E为选取的连续5个计数点。已知重物质
量为m,重力加速度为g,滑轮重力及绳与滑轮间的摩擦不计。
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(1)本实验中,重物的质量 (选填“需要”或“不需要”)
远小于小车的质量。
解析: 该实验绳子拉力可以利用弹簧测力计直接测量得到,而不是
将重物的重力近似等于绳子的拉力,故该实验,重物的质量不需要远小于
小车的质量。
不需要
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(2)依据图乙所示的纸带,计算小车做匀加速运动的加速度大小为a
= m/s2(保留2位有效数字)。
解析: 小车的加速度a==
=2.0 m/s2。
2.0
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(3)若不计小车与水平面间的摩擦,则实验中弹簧测力计读数应为F
= (用m、a、g表示)。
解析: 由图可知,弹簧测力计的示数等于绳子的拉力,且小车加速
度为重物的2倍,则有mg-2F=m,则F=-。
(4)由于绳子与滑轮间存在摩擦或存在空气阻力,实验中发现F的计算值
总是略 (选填“大于”或“小于”)弹簧测力计的读数。
解析: 由于绳子与滑轮间存在摩擦或存在空气阻力,故mg-2F'-f=
m,故F'=--,故F的计算值总是略大于弹簧测力计的读数。
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大于
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5. (2025·安徽高考11题)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
c
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高中总复习·物 理(提升版)
解析: 平衡阻力的原理是调整轨道的倾斜度,使小车重力沿斜面向下的分力来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。
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(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。
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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变化的散点图,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”)
失重
d
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解析: 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
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
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。
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