第3单元 07 实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系（word教参）-【高考快车道】2027年高考物理大一轮总复习考点精讲（基础版）

该高中物理高考复习教案聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，整合实验原理、数据处理、误差分析及创新方案等核心考点，按“原理-操作-分析-应用”逻辑架构知识体系，通过考点梳理、方法指导（如图像转换技巧）和真题训练（含陕青宁晋、山东卷实例），帮助学生系统掌握实验关键能力。 资料突出科学探究与科学思维培养，创新采用“传统实验+现代器材”对比教学（如光电门替代打点计时器），设计“图像转换训练”（a-M转a-1/M）和误差归因分析（阻力平衡、槽码质量影响）等活动，通过分层练习（基础操作到创新应用）和即时反馈，高效提升学生实验综合能力，为教师提供精准复习路径和实战资源。

实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 　　　　　 　　　　　 　　　　　 实验方案1　用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系 一、实验目的 1.探究同一个物体在受到不同力的作用时,加速度与受力的定量关系. 2.探究同一个力作用在不同质量的物体上时,加速度与物体质量的定量关系. 二、实验原理 1.保持小车质量不变,通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力,探究加速度与拉力的定量关系. 2.保持小车所受的拉力不变,通过在小车上增加重物改变小车的质量,探究加速度与质量的定量关系. 三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码(若干个)、夹子、细绳、垫木、低压交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺. 四、实验步骤 1.称量质量——用天平测量小车的质量M0. 2.安装器材——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(即不给小车牵引力). 3.平衡阻力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块垫木,反复移动垫木的位置,直至小车在木板上运动时可以保持匀速直线运动状态. 4.让小车靠近打点计时器,挂上槽码,先接通电源,再让小车拖着纸带在木板上匀加速下滑,打出一条纸带.计算槽码的重力,即为小车所受的合力,由纸带计算出小车的加速度,并把力和对应的加速度填入表1中. 5.改变槽码的质量,重复步骤4,并多做几次. 6.保持槽码的质量不变,在小车上放上砝码以改变小车的质量,让小车在木板上运动,打出纸带.计算出小车上砝码和小车的总质量M,并由纸带计算出小车对应的加速度,将所对应的质量和加速度填入表2中. 7.改变小车上砝码的个数,重复步骤6,并多做几次. 表1　小车质量一定 拉力F 加速度a 表2　小车所受的拉力一定 质量M 加速度a 五、数据处理 1.计算加速度——先在各条纸带上标明计数点,测量各计数点间的距离,再根据逐差法计算纸带对应的加速度. 2.作图像找关系——根据表1中记录的各组对应的加速度a与小车所受牵引力F,建立直角坐标系,描点画a⁃F图像,如果图像是一条过原点的倾斜直线,便证明加速度与合力成正比.再根据表2中记录的各组对应的加速度a与小车和小车上砝码的总质量M,建立直角坐标系,描点画a⁃图像,如果图像是一条过原点的倾斜直线,就证明了加速度与质量成反比. 六、误差分析 1.因实验原理不完善引起误差.以槽码(槽码质量为m)为研究对象得mg-F=ma;以小车和小车上砝码整体(整体质量为M=M0+m砝)为研究对象得F=Ma;求得F=·mg=·mg<mg.槽码的质量比小车和小车上砝码的总质量小得越多,由此引起的误差就越小. 2.阻力平衡不准确造成误差. 3.质量的测量、纸带上打点计时器打点间隔距离的测量、细绳或纸带不与木板平行等都会引起误差. 七、注意事项 1.平衡阻力:在平衡阻力时,不要把悬挂槽码的细绳系在小车上. 2.不重复平衡阻力:平衡了阻力后,不管以后是改变槽码的质量还是改变小车和小车上砝码的总质量,都不需要重新平衡阻力. 3.一先一后一按住:改变拉力或小车质量后,每次实验开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后放开小车,且应在小车到达定滑轮前按住小车. 4.作图:作图时,两坐标轴单位长度的比例要适当,要使尽可能多的点落在所作直线上,不在直线上的点应尽可能均匀地分布在所作直线两侧. 实验方案2　通过位移之比测量加速度之比 将两辆相同的小车放在水平木板上,前端各系一条细线,线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘,盘中可以放不同的重物.把木板一端垫高,参考方案1的方法平衡阻力的影响. 两小车后端各系一条细线,用一个物体,例如黑板擦,把两条细线同时按压在木板上(如图所示).抬起黑板擦,两小车同时开始运动,按下黑板擦,两小车同时停下来.用刻度尺测出两小车移动的位移x1、x2.由于两小车运动时间t相同,从它们的位移之比就可以得出加速度之比. 在盘中重物相同的情况下,通过增减小车中的重物改变小车的质量. 例1 [2025·陕青宁晋卷] 图甲为探究加速度与力、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”).  (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图像如图乙所示,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)  m/kg 0.25 0.33 0.40 0.50 1.00 a/(m·s-2) 0.618 0.482 0.403 0.317 0.152 A.a⁃图像 B.a⁃m2图像 C.am⁃m图像 D.a2⁃m图像 (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.  数据处理中图线的分析 (1)a⁃F图线分析:“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验得到的a⁃F图像应是一条过原点的直线,但由于实验误差影响,常出现如图所示的三种情况(说明见下表). 图线 特征 产生原因 ① 图线的上部弯曲 当小车受力F较大时,不满足“盘和重物的总质量远小于小车和车上砝码的总质量”的条件 ② 图线在a轴的截距大于0 平衡摩擦力时长木板的倾角过大,F=0(即不挂盘和重物)时小车就具有了加速度 ③ 图线在F轴的截距大于0 平衡摩擦力时长木板的倾角过小,或未平衡摩擦力.只有当F增加到一定值时,小车才获得加速度 (2)a⁃图线分析 “探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中,a⁃M图像是双曲线,不易确认,因此应作a⁃图像,该图像为一条过原点的直线. 　　　　　 　　　　　 　　　　　 创新角度 实验装置图 创新解读 实验原理的创新 (1)利用力传感器可得轻绳上拉力大小 (2)将探究加速度与合力的关系转化为探究加速度与力传感器的示数的关系 实验器材的创新 利用位移传感器与计算机相连,直接得出小车的加速度 (1)用光电门代替打点计时器,结合遮光条的宽度可测滑块的速度 (2)利用气垫导轨代替长木板,无需平衡摩擦力 (3)由力传感器测滑块的拉力,无需满足m≤M 实验过程的创新 (1)结合光电门得出物块在A、B两点的速度,由-=2ax得出物块的加速度 (2)结合牛顿第二定律,由mg-μMg=(M+m)a得出物块与水平桌面间的动摩擦因数 例2 [2025·山东卷] 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: (1)将两光电门安装在长直导轨上,选择宽度为d的遮光片固定在小车上,调整导轨倾角,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.  (2)将小车自导轨右端由静止释放,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).  (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”)导轨的倾角.  (4)图乙中直线斜率的单位为　　　　(选填“kg”或“kg-1”).  [反思感悟] 　     例3 某物理兴趣小组用如图甲所示的装置研究加速度与力和质量的关系.带挡光片的物体A内有若干质量均为m0的小铁片,初态时A、B系统刚好静止,物体A、B的质量相等. (1)用游标卡尺测量挡光片的宽度d,如图乙所示,则挡光片的宽度d=　　　　 cm.  (2)测量挡光片到光电门中心的距离h,将A中的1个小铁片移到B中,由静止释放A,记录挡光片的挡光时间t1. (3)将A中的2个小铁片移到B中,在相同的初始位置由静止释放A,记录挡光片的挡光时间t2. (4)多次重复,得到移动的小铁片的数量n和对应的挡光时间tn. (5)以n为横坐标,以　　　　为纵坐标,将实验测得的数据描点连线,若得到一条倾斜的直线,则表明物体的加速度与质量成反比,与所受合力成正比.  (6)请写出一条产生实验误差的原因 　. [反思感悟] 　     学科网（北京）股份有限公司 $ 实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 【教材原型实验】 例1　(1)一端垫高　(2)AC　(3)乙 [解析] (1)实验需平衡阻力,消除木板对小车的阻力影响,应将木板一端垫高,使小车在无拉力时能匀速运动. (2)作出a⁃图像,可以将a⁃m图像“化曲为直”,便于判断a与m是否成反比关系,故A正确;作出a⁃m2图像,无法体现a与m是否成反比关系,故B错误;作出am⁃m图像,若a与m是成反比关系,有am为定值,则am⁃m图像是一条平行于横轴的直线,可以判断a与m是否成反比关系,故C正确;作出a2⁃m图像,无法体现a与m是否成反比关系,故D错误. (3)甲同学的方法中,槽码依次放在槽码盘上,小车质量M不变,拉力F=mg≈mg(m为槽码总质量),但随着m增大,将不满足m≪M条件,拉力与mg偏差增大,误差变大;乙同学的方法中,将小车上的槽码移到槽码盘上,总质量M+m不变(M为小车质量,m为槽码质量),对整体有F=mg=(M+m)a,得a=g,此方法无系统误差,故乙同学方法更好. 例2　(1)1.00　(2)0.41　(3)增大　(4)kg-1 [解析] (1)实验用遮光片通过光电门的平均速度代替瞬时速度,遮光片宽度越小,代替时的误差越小,故为了较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度,选择宽度较小的d=1.00 cm的遮光片. (2)根据加速度的定义式可得a==0.41 m/s2. (3)根据图像可知当有一定大小的外力F时,小车的加速度仍为零,可知平衡摩擦力不足,若要得到一条过原点的直线,需要平衡摩擦力,故实验中应增大导轨的倾角. (4)图乙中直线斜率为k=,根据F=ma可知直线斜率的单位为kg-1. 例3　(1)0.555　(5) 　(6)实验中有阻力 [解析] (1)挡光片的宽度d=0.5 cm+0.05×11 mm=0.555 cm. (5)设向B中转移n个铁片,绳中张力为FT,对B,根据牛顿第二定律有(nm0+M)g-FT=(nm0+M)a,对A有FT-(M-nm0)g=(M-nm0)a,联立得a=n,又h=a,解得=n,合力为2nm0g,以n为横坐标,以为纵坐标,将实验测得的数据描点连线,若得到一条倾斜的直线,则表明物体的加速度与质量成反比,与所受合力成正比. (6)产生实验误差的原因:实验中有阻力. 学科网（北京）股份有限公司 $