第3章 运动与力的关系-第5节 实验：探究加速度与力、质量的关系 课件—2027届高考物理一轮复习

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控制变量法应用、数据处理（逐差法、图像法）、误差分析三大核心考查维度，通过教材原型与创新实验对比，明确了“图像分析”占45%、“实验操作”占30%的高频考点分布，构建了完整的实验答题体系。 课件亮点在于“真题溯源+创新拓展+素养提升”的备考策略，如以2025年浙江卷纸带数据处理、广西卷传感器实验为实例，深入剖析控制变量法的严谨性和图像法的科学推理，培养学生的科学探究和科学思维素养。特设“易错点警示”（如平衡摩擦力操作、m>>m'条件）和“创新实验模板”，助力学生掌握实验题得分技巧，教师可据此精准开展分层教学，提升复习效率。

第3章 运动与力的关系 第5节 实验：探究加速度与力、质量的关系 1 考点一 教材原型实验 考点二 探索创新实验 2 实验技能储备 1.实验目的 （1）学会用控制变量法研究物理量之间的关系。 （2）探究加速度与力、质量的关系。 （3）掌握利用图像处理数据的方法。 3 2.实验器材 小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、 纸带、天平、刻度尺、坐标纸等。 3.实验原理 （1）保持质量不变，探究加速度与________的关系。 （2）保持合外力不变，探究加速度与______的关系。 （3）作出图像和图像，确定与、 的关系。 合外力 质量 4 4.实验过程 （1）测量：用天平测量槽码的质量和小车的质量 。 （2）安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车 上（即不给小车________）。 （3）补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，使小车能______下滑。 牵引力 匀速 5 （4）操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先__________后__________，断 开电源，取下纸带，编号码。 ②保持小车的质量不变，改变槽码的质量 ，重复步骤①。 ③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度 。 ④描点作图，作 的图像。 ⑤保持槽码的质量不变，改变小车质量，重复步骤①和③，作 图像。 接通电源 放开小车 6 5.数据处理 （1）利用逐差法或<m></m>图像法求<m></m>。 （2）以<m></m>为纵坐标，<m></m>为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明<m></m>与<m></m> 成正比。 （3）以<m></m>为纵坐标，<m></m>为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定<m></m> 与<m></m>成反比。 7 6.注意事项 （1）开始实验前首先补偿阻力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜 面方向的分力正好补偿______________________。在补偿阻力时，不要把悬挂槽码的 细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。 （2）实验过程中不用重复补偿阻力。 （3）实验必须保证的条件：________。 （4）一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近__________ _ _，并应先__________，后__________，且应在小车到达滑轮前按住小车。 小车和纸带受到的阻力 打点计时器 接通电源 释放小车 8 7.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）补偿阻力不准确、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。 9 考点一 教材原型实验 10 【视角1】　数据处理 例1 (2025·浙江)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。 11 （1）如图是某次实验中得到的纸带的一部分。每5个连续打出的点为一个计数点，电源频率为50 Hz，打下计数点3时小车速度为　　　　　m/s(保留三位有效数字)。  0.390 [解析]相邻计数点间的时间间隔T = 0.1 s，打计数点3时的速度 v3 = m/s = 0.390 m/s。 12 （2）下列说法正确的是　　　　　。(多选)  A.改变小车总质量，需要重新补偿阻力 B.将打点计时器接到输出电压为8 V的交流电源上 C.调节滑轮高度，使牵引小车的细线跟长木板保持平行 D.小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车 CD [解析]平衡摩擦力时满足mgsin θ = μmgcos θ，两边质量消掉，改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力，选项A错误；电火花计时器需要接220 V交流电源，选项B错误；调节滑轮高度，使牵引小车的细线跟长木板保持平行，选项C正确；小车应尽量接近打点计时器，并应该先接通电源后释放小车，以充分利用纸带，选项D正确。故选CD。 13 （3）改用如图1所示的气垫导轨进行实验。气垫导轨放在水平桌面上并调至水平，滑块在槽码的牵引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光电门1、2的遮光时间分别为Δt1，Δt2，测得两个光电门间距为x，用游标卡尺测量遮光条宽度d，结果如图2所示，其读数d = mm，则 滑块加速度a =　 (用题中所给物理量符号表示)。  10.00 () 14 [解析]遮光条宽度d = 10 mm+0.05 mm×0 = 10.00 mm，经过两光电门时的速度分别为v1 = ，v2 = ，根据 = 2ax，解得a = 。 15 考点二 探索创新实验 16 【视角1】　实验器材的创新 例1 (2025·广西)在用如图甲的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验中: 17 （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　　 　　　。  控制变量法 [解析]在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)质量不变，这种实验方法是控制变量法。 18 （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　　　　。  平行 [解析]实验时，为使小车受到的合外力等于细绳的拉力，要调节定滑轮高度，使连接小车的细绳与轨道平面保持平行，保证细绳对小车的拉力方向与小车运动方向一致，减小实验误差。 19 （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 [解析]由图乙可知，当拉力F为某一值时才产生加速度，说明小车受到摩擦力，需要补偿阻力。补偿方法: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。 20 （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 =　　　　。  1∶n2 [解析]两车均从静止释放，都做初速度为零的匀加速直线运动，根据匀变速直线运动的位移公式x = at2可知a = ，因为tM∶tN = n∶1，联立解得aM∶aN = ∶ = 1∶n2。 21 【视角2】　实验方案的创新 例2 某同学用图甲所示装置探究加速度合外力之间的关系。图中长木板水平放置，轻绳跨过定滑轮，一端与放在木板上的小车相连，另一端可悬挂钩码，本实验中可用的钩码共有N个，每个钩码的质量为m，小车的质量为M，重力加速度大小为g。 22 （1）平衡摩擦力:将N个钩码全部放入小车中，在长木板不带滑轮的一端下方垫上一个小物块后，发现小车(和钩码)做减速运动，则应将小物块向　　　(选填“左”或“右”)移动，才会使小车(和钩码)在板上做匀速运动；  左 [解析]发现小车做减速运动，说明斜面倾角过小，应增大倾角，则应将小物块向左移动，才会使小车在板上做匀速运动 23 （2）平衡摩擦力后，将n(依次取n = 1，2，3，4，…)个钩码挂在轻绳左端，其余N - n个钩码放在小车内，用手按住小车并使轻绳与木板平行，打开电源，释放小车，获得一条清晰的纸带如图乙，相邻计数点间的时间间隔均为0.1 s，则可计算出小车的加速度大小a =　 　m/s2(结果保留3位有效数字)；  2.02 [解析]根据逐差法可得小车的加速度大小为 a = cm/s2≈2.02 m/s2 24 （3）实验中　　　　　(选填“需要”或“不需要”)满足“小车及车上钩码的总质量远大于所挂钩码质量”的条件；  不需要 [解析]由于本实验中的研究对象是小车和N个砝码，不用计算绳子拉力，因此不需要满足“小车及车上钩码的总质量远大于所挂钩码质量”的条件。 25 （4）丙图是利用不同n对应不同a作出的a - n图像，如果图线斜率为k，通过理论分析可知本实验中可用的钩码个数N = 　　(用g、k、m、M表示)。  [解析]以小车和N个砝码为整体，根据牛顿第二定律可得nmg = (M+Nm)a，整理可得a = n，可知a - n图像的斜率为k = ，解得本实验中可用的钩码个数为N = 。 26 【视角3】　 实验目的的创新 例2 在天宫课堂中、我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发。某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示。主要步骤如下: ①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上； ②接通气源，放上滑块。调平气垫导轨； 27 ③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点。A点到O点的距离为5.00 cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时； ④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如图乙所示。 28 回答以下问题(结果均保留两位有效数字): （1）弹簧的劲度系数为　　　　 N/m。  12 [解析]由题知，弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00 cm。拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时。结合题图乙的F—t图像有Δx = 5.00 cm，F = 0.610 N 根据胡克定律k = ，可得k≈12 N/m。 29 （2）该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出a—F图像如图丙中 Ⅰ 所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为　　　　kg。  0.20 [解析]根据牛顿第二定律有F = ma 则a—F图像的斜率表示滑块与加速度传感器的总质量的倒数，根据题图丙中Ⅰ，则有 kg - 1 = 5 kg - 1 则滑块与加速度传感器的总质量为m = 0.20 kg 30 （3）该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的a—F图像Ⅱ，则待测物体的质量为　　　　kg。  0.13 [解析]滑块上增加待测物体，同理，根据题图丙中Ⅱ，则有 kg - 1 = 3 kg - 1，则滑块、待测物体与加速度传感器的总质量为m'≈0.33 kg，则待测物体的质量为Δm = m' - m = 0.13 kg。 31 $