第3单元 7.实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系（word练习）-【高考快车道】2027年高考物理大一轮总复习经典习题（基础版）

**基本信息** 聚焦牛顿第二定律实验验证，通过操作规范、数据处理、误差分析构建系统性方法体系，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| |----|-----------|----------|----------| |实验操作|3题(含平衡摩擦力等)|控制变量法、仪器使用规范|从实验原理(牛顿第二定律)到操作步骤的推导| |数据处理|2题(纸带分析)|逐差法减小误差|实验数据到加速度计算的逻辑链| |图像分析|2题(a-M图像)|图像斜率物理意义、误差归因|实验结论到图像表征的转化|

实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 1.用如图甲所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系. (1)以下操作正确的是　B　.  A.使小车质量远小于槽码质量 B.调整垫块位置以补偿阻力 C.补偿阻力时移去打点计时器和纸带 D.释放小车后立即打开打点计时器 (2)保持槽码质量不变,改变小车上砝码的质量,得到一系列打点纸带.其中一条纸带的计数点如图乙所示,相邻两点之间的距离分别为S1,S2,…,S8,时间间隔均为T.下列加速度算式中,最优的是　D　.  A.a= B.a= C.a= D.a= (3)以小车和砝码的总质量M为横坐标,加速度的倒数为纵坐标,甲、乙两组同学分别得到的⁃M图像如图丙所示. 由图可知,在所受外力一定的条件下,a与M成　反比　(选填“正比”或“反比”);甲组所用的　槽码　(选填“小车”“砝码”或“槽码”)质量比乙组的更大.  [解析] (1)为了使小车所受的合外力大小近似等于槽码的总重力,故应使小车质量远大于槽码质量,故A错误;为了保证小车所受细线拉力等于小车所受合力,则需要调整垫块位置以补偿阻力,也要保持细线和长木板平行,故B正确;补偿阻力时不能移去打点计时器和纸带,需要通过纸带上点迹是否均匀来判断小车是否做匀速运动,故C错误;根据操作要求,应先打开打点计时器再释放小车,故D错误. (2)根据逐差法可知S5-S1=4a1T2,S6-S2=4a2T2,S7-S3=4a3T2,S8-S4=4a4T2,联立可得小车加速度表达式为a=,此方法用到了纸带上的所有数据,故选D. (3)根据图像可知与M成正比,故在所受外力一定的条件下,a与M成反比;设槽码的质量为m,则由牛顿第二定律得mg=(m+M)a,化简可得=·M+,故斜率越小,槽码的质量m越大,由图可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大. 2.用如图甲所示的装置进行“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”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的钩码来改变小车的质量,通过增减盘中的砝码来改变拉力.两个小车右端通过细线用夹子固定,打开夹子,两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,两小车通过的位移之比为1∶2,则两小车的加速度之比为　1∶2　.  (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　远小于　(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　相同　(选填“相同”或“不相同”)的砝码.  (4)探究加速度与质量之间的关系时,事实上小车和平板间存在摩擦力,下列说法中正确的是　AB　(填选项前的字母).  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的摩擦力相同,所以摩擦力不影响实验结果 [解析] (1)小车做初速度为零的匀加速直线运动,由匀变速直线运动的位移公式有x=at2,可知a=,由于两小车的运动时间t相等,则两车的加速度之比等于位移之比,为1∶2. (2)根据牛顿第二定律,对小盘和砝码有mg-F=ma,对小车有F=Ma,联立得a=,则拉力F=Ma==,所以当m≪M时才可以认为拉力F近似等于小盘和砝码的重力mg. (3)本实验采用控制变量法,探究加速度与质量之间的关系时,应控制变量,保证受力不变,则应在小盘中放质量相同的砝码. (4)若平板保持水平,选用更光滑的平板,则摩擦力更趋近于0,此时合外力更趋近于轻绳的拉力,有利于减小误差,故A正确;平板右端适当垫高以平衡摩擦力,此时合外力即为轻绳的拉力,可认为合外力不变,有利于减小误差,故B正确;若存在摩擦力,则合外力为拉力与摩擦力的合力,当小车的质量发生变化时,摩擦力也会变,合外力会变化,此时就不能保证小车受到的合外力不变,误差较大,故C错误. 3.为了探究“物体质量一定时,加速度与力的关系”,甲、乙两同学设计了如图1所示的实验装置.其中不带小滑轮的小车的质量为M,小滑轮的质量为m0,砂和砂桶的质量为m.力传感器可测出轻绳的拉力大小. (1)实验时,需要进行的操作是　A　.(填正确序号)  A.将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡摩擦力 B.用天平测出砂和砂桶的质量 C.小车靠近打点计时器,先释放小车,再接通电源 D.为减小误差,实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量M (2)甲同学在实验中得到如图2所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出),已知打点计时器使用的是频率为50 Hz的交流电.根据纸带可求出打下C点时小车的瞬时速度为　0.80　 m/s,加速度为　4.0　 m/s2.(结果保留两位有效数字)  (3)甲同学以力传感器的示数F为横坐标,加速度a为纵坐标,画出的a⁃F图像(如图3所示)是一条直线,图线与横坐标轴的夹角为θ,求得图线的斜率为k, 则小车的质量为　C　(填选项前字母).  丙 A.　　　B.-m0 C.-m0 D. (4)乙同学根据测量数据做出如图4所示没经过原点的a⁃F图线,该同学做实验时存在的问题是　平衡摩擦力不足或者没有平衡摩擦力　.  丁 [解析] (1)实验时需将长木板右端垫高,以平衡摩擦力,故A正确;本题拉力可以由力传感器测出,不需要用天平测出砂和砂桶的质量,也就不需要使小桶(包括砂)的质量远小于车的总质量,故B、D错误;实验时,为充分利用纸带,小车应靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,故C错误. (2)打点计时器使用的是频率为50 Hz的交流电,相邻两计数点间还有四个点没有画出,则相邻两计数点间的时间间隔为T=5×=0.1 s,C点对应的速度为B、D两点间的平均速度,则vC== m/s=0.80 m/s,根据逐差法可知a==×10-2 m/s2=4.0 m/s2. (3)由牛顿第二定律,对小车分析有2F=(M+m0)a,整理得a=F,由图像得斜率k=,解得M=-m0,故选C. (4)由图4中可看出当加速度为零时,拉力F不为零,可知存在的问题为平衡摩擦力不足或者没有平衡摩擦力. 学科网（北京）股份有限公司 $