第3单元 06 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课时作业（基础版）

**基本信息** 聚焦牛顿第二定律实验探究，通过真题与模拟题系统覆盖实验方法、操作规范、数据处理及误差分析，强化科学探究与科学思维 **专项设计** |模块|题量/典例|题型特征|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |实验方法与操作|3题（浙江1月选考、天津卷等）|选择/填空，考查控制变量法、平衡阻力操作|从实验原理（控制变量）到操作规范（先通电后释放、细绳平行）的逻辑链| |数据处理与误差|4题（纸带分析、光电门测量等）|计算/填空，涉及速度、加速度计算及误差类型|从数据采集（打点计时器/光电门）到处理方法（逐差法）再到误差分析（系统误差）的推导过程| |创新方案拓展|2题（力传感器、手机拍摄等）|综合应用，考查实验改进与迁移|从传统装置到现代技术（传感器、视频分析）的应用拓展，体现科学探究的创新性|

实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 (限时40分钟) 1.[2024·浙江1月选考] 如图甲所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置. 甲 (1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的,因此我们采用的研究方法是　　　　.  A.放大法 B.控制变量法 C.补偿法 (2)该实验过程中操作正确的是　　　　.  A.补偿阻力时小车未连接纸带 B.先接通打点计时器电源,后释放小车 C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行 (3)在小车质量　　　　(选填“远大于”或“远小于”)槽码质量时,可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力.上述做法引起的误差为　　　　(选填“偶然误差”或“系统误差”).为减小此误差,下列可行的方案是　　　　.  A.用气垫导轨代替普通导轨,滑块代替小车 B.在小车上加装遮光条,用光电计时系统代替打点计时器 C.在小车与细绳之间加装力传感器,测出小车所受拉力大小 (4)经正确操作后获得一条如图乙所示的纸带,建立以计数点0为坐标原点的x轴,各计数点的位置坐标分别为0、x1、…、x6.已知打点计时器的打点周期为T,则打计数点5时小车速度的表达式是v=　　　　;小车加速度的表达式是　　　　.  乙 A.a= B.a= C.a= 2.[2024·天津卷] 某同学用图甲所示装置探究加速度与力的关系. (1)为补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力,调节木板倾角,使小车在不挂槽码时运动,并打出纸带进行检验,下图中能表明补偿阻力恰当的是　　　　;  A B C D (2)某次实验得到一条纸带,部分计数点如图乙所示(每相邻两个计数点间还有4个点,图中未画出),测得x1=6.20 cm,x2=6.70 cm,x3=7.21 cm,x4=7.73 cm.已知打点计时器所接交流电源频率为50 Hz,则小车的加速度a=　　　　m/s2(要求充分利用测量数据,结果保留两位有效数字);  (3)该同学将一个可以直接测出绳子拉力的传感器安装在小车上,小车和传感器总质量为210 g.按要求补偿阻力后,该同学共进行了四次实验,悬挂的槽码质量依次为5 g、10 g、20 g、40 g,处理数据时,用两种方式得到小车(含传感器)受到的合力,一种将槽码所受重力当作合力、另一种将传感器示数当作合力,当这两种方式得到的合力差异最大时,槽码质量为　　　　g.  3.[2025·湖南邵阳一模] 某学习小组利用如图甲所示装置探究加速度与力、质量的关系,主要操作步骤如下: a.按图甲完成装置安装,木板左端用铰链连接在桌面上,将1个钩码通过跨过定滑轮的细绳连接到小车上; b.调整木块位置,使小车获得一定初速度后,遮光片通过两光电门的遮光时间相等; c.取下钩码,由静止释放小车,记录小车通过上、下两个光电门时遮光片的遮光时间,分别记为t1和t2; d.依次增加悬挂的钩码(完全相同)个数n,重复步骤b、c、d. 请完成以下问题: (1)两光电门中心间的距离为s,遮光片的宽度d用螺旋测微器测量如图乙,读得d=　　　　mm.由a=计算出小车加速度.  (2)要探究小车加速度与所受合外力的关系,以加速度a为纵轴,以　　　　(选填“n”“”“n2”或“”)为横轴描点作图,当所作图像是一条过坐标原点的倾斜直线时,则说明在小车质量不变的情况下,小车的加速度与所受合外力成正比.  (3)下列做法能减小本实验误差的是　　　　.  A.减小两光电门之间的距离 B.要确保小车的质量远大于钩码的质量 C.挑选遮光片时,选宽度比较小的 D.挑选表面比较光滑的木板进行实验 4.[2025·安徽卷] 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 (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. 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”)  5.为测量小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数,一同学将贴有标尺的瓷砖的一端放在水平桌面上,形成一倾角为α的斜面(已知sin α=0.34,cos α=0.94),小铜块可在斜面上加速下滑,如图所示.该同学用手机拍摄小铜块的下滑过程,然后解析视频记录的图像,获得5个连续相等时间间隔(每个时间间隔ΔT=0.20 s)内小铜块沿斜面下滑的距离si(i=1,2,3,4,5),如下表所示. s1 s2 s3 s4 s5 5.87 cm 7.58 cm 9.31 cm 11.02 cm 12.74 cm 由表中数据可得,小铜块沿斜面下滑的加速度大小为　　　　m/s2,小铜块与瓷砖表面间的动摩擦因数为　　　　.(结果均保留2位有效数字,重力加速度g取9.80 m/s2)  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 1.(1)B　(2)B　(3)远大于　系统误差　C　(4)　A [解析] (1)研究多个变量之间的关系时,常常采用控制变量法,选项B正确. (2)该实验中,补偿阻力时,不能挂槽码,但需要安装纸带,通过纸带上打点情况来判断是否已平衡了阻力,选项A错误;为了充分利用纸带,得到较多的打点,应先接通打点计时器的电源,后释放小车,选项B正确;为使小车受到的合力等于细绳的拉力,应调节滑轮高度,使细绳与倾斜导轨平行,选项C错误. (3)在平衡好摩擦力的基础上,设槽码质量为m,小车质量为M,对小车有F=Ma,对槽码有mg-F=ma,联立得加速度a=,细绳对小车的拉力F=M,如果m≪M,则F≈mg,所以该误差属于系统误差.减小该误差的方法是采用能够直接测量拉力的仪器,例如传感器等,选项C正确;选项A是用于减小阻力的,与题目要求无关,选项A错误;遮光条是用于测加速度的,与题目要求无关,选项B错误. (4)根据纸带及测瞬时速度的方法,打计数点5时小车的瞬时速度为v5=,利用逐差法计算加速度,表达式可以是a=,或a=,或a=,选项A正确,B、C错误. 2.(1)B　(2)0.51　(3)40 [解析] (1)若补偿阻力恰当,则小车应该匀速运动,纸带上的点迹应该是均匀分布,故选B. (2)每相邻两个计数点间还有4个点未画出,可知T=0.1 s;小车的加速度a== m/s2=0.51 m/s2. (3)根据牛顿第二定律,对槽码有mg-FT=ma,对小车有FT=Ma,可得FT==mg,则当m较小时,传感器的示数越接近与槽码的重力mg,当m较大时,则传感器的示数与槽码重力的差异越大,所以当这两种方式得到的合力差异最大时,槽码质量为40 g. 3.(1)3.108(3.106~3.108均可)　(2)n　(3)C [解析] (1)根据螺旋测微器的读数原理,该读数为d=3 mm+10.8×0.01 mm=3.108 mm. (2)令一个钩码的质量为m,小车的质量为M,依次增加悬挂的钩码(完全相同)个数n,重复步骤b、c、d,在步骤b中,根据平衡条件有nmg=Mgsin θ+μMgcos θ,在步骤c中,对小车进行分析,根据牛顿第二定律有Mgsin θ+μMgcos θ=Ma,则有a=·n,可知,要探究小车加速度与所受合外力的关系,以加速度a为纵轴,以n为横轴描点作图,当所作图像是一条过坐标原点的倾斜直线时,则说明在小车质量不变的情况下,小车的加速度与所受合外力成正比. (3)当光电门之间间距大一些时,计算得出的加速度更加精确一些,可知,为了减小误差,实验中应适当增大两光电门之间的距离,A错误;结合(2)中解析可知,实验中能够精确测得小车所受外力的合力,实验中,不需要确保小车的质量远大于钩码的质量,B错误;根据光电门测速原理有v=,遮光片宽度越小,挡光时间越短,速度测量误差越小,可知,实验中挑选遮光片时,选宽度比较小的,C正确;结合上述可知,木板的摩擦对实验没有影响,即不需要挑选表面比较光滑的木板进行实验,D错误. 4.(1)c　(2)①失重　②d [解析] (1)平衡阻力的方法是:调整轨道的倾斜度,使小车不受牵引时,能拖动纸带沿轨道做匀速运动,故选c. (2)①根据图像可知t=4 s时,加速度方向竖直向下,故物体处于失重状态;②对物体根据牛顿第二定律有FN-mg=ma,整理得a=·FN-g,可知图像的斜率为,故将物体质量增大一倍,图像斜率变小,纵轴截距不变,其a⁃FN图像为图丁中的图线d. 5.0.43　0.32 [解析] 根据匀变速直线运动的推论可知Δx=aT2,根据表中数据可得,加速度a==0.43 m/s2;小铜块下滑时,加速度a=gsin α-μgcos α,由此可以解得动摩擦因数为0.32. 学科网（北京）股份有限公司 $