第10讲 实验：探究加速度与力、质量的关系（复习讲义）（山东专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

该高中物理高考复习讲义聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，覆盖教材原型实验（原理、操作、误差分析）和创新实验方案（装置改进、思路创新），按命题透视、思维建模、考点精讲、真题溯源逻辑架构知识，通过考点梳理、方法指导、真题训练突破实验难点，体现系统性与针对性。 讲义融合科学探究与科学思维，如原型实验用阻力补偿法平衡摩擦力，创新方案引入光电门和力传感器改进装置，培养模型建构能力。设置考向例题与变式训练分层练习，保障复习效果，助力学生提升实验设计与数据处理能力，为教师把控复习节奏提供精准指导。

第10讲 实验：探究加速度与力、质量的关系 考点一 实验原理、操作和误差分析 考向1教材原型实验 例1【答案】(1)B (2) 需要 不需要 (3)1.26 【详解】（1）图乙是电火花打点计时器，工作电源为220V、50Hz交流电。 故选B。 （2）[1]本实验需要让拉力等于小车和钩码的合外力，因此需要补偿阻力。 [2]本实验中，小车加所有钩码的总质量保持不变，把小车上的钩码转移到悬挂端，对整体有 拉力就是悬挂钩码的重力，不需要满足小车质量远大于悬挂钩码质量，因此不需要。 （3）相邻计数点间有4个点未画出，因此相邻计数点的时间间隔。根据逐差公式 得 【变式训练1】【答案】(1) 天平/刻度尺 刻度尺/天平 (2) 反比 过大 (3) ① 0.5 【详解】（1）[1][2]实验中需要用托盘和砝码的总重力表示小车受到的拉力，需测量托盘的质量，实验中还需要测量小车和车上砝码总质量，所以还需要天平。实验中需要用刻度尺测量纸带上点迹间的距离，从而得出加速度，所以还需要刻度尺。 （2）[1]图线是一条直线，意味着与成正比，则a与M成反比； [2]正常情况下图线应过原点，但图中图线出现了纵截距，说明小车所受合力大于F，引起这一误差的主要原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过大。 （3）[1][2]由丙中图线①可知，当F＝0时，，即细线上没有拉力时小车就有加速度，所以图线①是在轨道倾斜情况下得到的，根据得图像的斜率 由图像得图像斜率 可得 【变式训练2】【答案】(1)BD (2) 需要 (3)M≥20m 【详解】（1）A．细绳与轨道平行，保证小车合力为绳子拉力，减小实验误差，不是与桌面平行，故A错误； B．补偿阻力的本质是让小车重力沿轨道的分力与阻力平衡，即有 （为木板倾角）可知平衡摩擦力过程小车质量可约去，即改变槽码质量或者小车质量不需要重新平衡，故B正确； C．开始实验时，小车应靠近打点计时器，可在纸带上打出更多点，故C错误； D．为寻找a与M关系，数据处理时作出图像，图线是一条直线，故D正确。 故选BD。 （2）[1]在平衡摩擦力后，小车所受的合力理论上指的是绳对小车的拉力，设拉力为F，则对小车有 对槽码有 整理可得 当时， 则拉力近似等于槽码的重力的条件是 [2]“探究加速度与质量的关系”时，需要合外力不变，即槽码的重力不变，需要满足。 （3）根据， 可得 又 联立得M≥20m 考向2 数据处理与误差分析 例2 【答案】(1)A (2)0.79 【详解】（1）A．设小车质量为M，砝码和砝码盘的质量为m，对系统，由牛顿第二定律得 对小车，由牛顿第二定律得 解得 只有小车质量远大于砝码和盘总质量，砝码和盘的总重力才近似等于绳的拉力，故A正确； B．若斜面倾角过大，小车所受合力将大于绳的拉力，故B错误； C．小车运动的加速度太大时，对砝码和盘根据牛顿第二定律 砝码和盘的总重力明显大于绳的拉力，故C错误； D．只有重力或弹力做功，机械能守恒，该实验装置中小车运动过程中受阻力作用，要克服阻力做功，不能用来验证机械能守恒定律，故D错误。 故选A。 （2）打点计时器使用的交流电频率为50Hz，相邻计数点间的时间间隔 根据逐差法可知，小车的加速度大小为 【变式训练1】【答案】(1)不需要 (2) 0.507 2.36 (3)2 【详解】（1）由于本实验具有力传感器，可以实时获得绳子上的拉力，因此，不需要满足所挂钩码的质量m远小于小车的质量M的条件。 （2）[1]相邻两计数点间还有4个计时点没有标出，可知相邻两计数点时间间隔t=0.1s，则打C点的瞬时速度大小 [2]由逐差法可知 （3）对小车，根据牛顿第二定律有 整理得 可知图像斜率表示，由图丙可知 解得 【变式训练2】【答案】(1)远离 (2) 0.50 2.0 (3)小车的加速度与所受合外力成正比 (4)① 【详解】（1）应把轨道远离滑轮的一端垫高，进行平衡阻力。 （2）[1]相邻两计数点之间还有四个点没有画出，则 计时器打出点时小车的瞬时速度为 [2]根据逐差公式 可得小车的加速度 （3）由图像可以得出：小车质量一定时，在实验误差允许范围内小车的加速度与所受合外力成正比。 （4）根据牛顿第二定律得，挂重物时，， 即 用力传感器时，加速度 可知图线的斜率变大，此时图像为① 考点二 创新实验方案 考向一 实验装置的改进和创新 例1 【答案】(1)需要 (2)0.38 (3)增大 (4)0.50 【详解】（1）实验中，将托盘及砝码受到的重力视为小车受到的合力大小，可知本实验需要平衡摩擦力。 （2）小车的加速度大小 （3）根据题图乙可知，当有一定大小的外力作用在小车上时，小车的加速度仍为零，可知平衡摩擦力不足，若要使得到的图像为一条过原点的直线，则应增大导轨的倾角。 （4）根据，可得 结合题图乙有 解得 【变式训练1】【答案】 不需要 滑块质量不变时，加速度与合外力成正比 不可以 【详解】（1）因为实验中通过拉力传感器可以直接测量拉力的大小，所以不需要满足小车的质量远大于钩码的总质量。 （3）[1]测得遮光条通过光电门的时间，则滑块经光电门时的速度为 [2]由公式，可得 （4）若不计一切阻力，由牛顿第二定律，可得 可得到的实验结论为滑块质量不变时，加速度与合外力成正比。 （5）不能根据图像准确判断是否满足反比例函数关系，所以不可以。 （6）设滑块的速度为v，由题可知钩码的速度大小始终等于滑块速度大小的一半，因此钩码下降的高度为 根据系统机械能守恒可得 又因为 联立可得 如果满足 就可以证明运动过程中系统机械能守恒。 【变式训练2】【答案】(1) 0.815 1.64 (2)B 【详解】（1）[1]由图可知物体运动起来后，力传感器示数为0.815N，即此次操作应记录下的外力F大小为0.815N。 [2]图斜率表示加速度，由图可知加速度大小为 （2）A。根据 整理得 可知图像斜率越大，小车质量越小，因此理论上小车质量越大，直线斜率也越小，故A错误； B．因轨道是光滑的，直线不过原点可能是轨道右端偏高，即因为轨道没有调整到水平，故B正确； C．如果小车受到水平轨道的摩擦阻力，则有 整理得 可知直线斜率不变，仍为，故C错误； D．因为用力传感器测量小车受到的拉力，则即使随着实验中钩码质量增大，图像也不会出现弯曲，故D错误。 故选B。 考向二 实验思路的改进和创新 例2 【答案】(1)时间相等 (2)右 (3)Mg 【详解】（1）若通过光电门1、2的时间相等，则小车匀速下滑，此时小车受力平衡。 （2）若通过光电门1的时间长，说明小车加速下滑，倾角过大，垫片需要向右端移动。 （3）由于钩码挂上时，小车受力平衡，则钩码取下后，小车受到的合力大小应等于钩码的重力大小，小车受到的合力为Mg。 【变式训练1】【答案】(1)2m＞M (2)B (3)2.0 (4) 【详解】（1）为使重物向上加速运动，应满足 （2）当重物上升高度为h时，钩码下降高度为2h，由可知，钩码的加速度为重物的两倍 故选B （3）交流电源频率为50Hz ，周期，相邻两点间有4个点未画出，则相邻点间的时间间隔 用逐差法求加速度 （4）以重物为研究对象，根据牛顿第二定律 解得 图像的斜率，得 【变式训练2】【答案】(1)匀速 (2) (3) 【详解】（1）遮光条两次遮光的时间相等，则木块在做匀速直线运动，由平衡条件有 （2）[1]遮光条通过光电门的速度大小为 [2]该过程的加速度大小为 （3）[1]根据牛顿第二定律可得 其中 结合可得 可见横轴为； [2]依题意有 解得 [3]又因为 可得 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．【答案】(1)5.10 (2)0.50 (3) 【详解】（1）游标卡尺的读数，即遮光条的宽度为 （2）滑块经过光电门的时间极短，用滑块经过光电门的平均速度代替瞬时速度，滑块通过光电门1的速度大小 （3）[1]根据速度位移关系有 可得 [2]根据几何关系可得导轨与水平方向夹角的正弦值为 若不考虑阻力，即理论上，根据牛顿第二定律有 可得 2．【答案】(1)平衡摩擦力 (2) (3) (4)正比 (5)B 【详解】（1）通过两个光电门的遮光时间近似相等，可知速度相等，小车做匀速运动，故步骤ⅱ的主要目的是平衡摩擦力； （2）根据牛顿第二定律，对整体 解得小车的加速度大小为 （3）根据运动学公式有 解得 （4）根据前面分析有 可知当图像为一条过原点的直线，当质量一定时，物体的加速度与所受到的合外力成正比； （5）A．小车没有从静止释放，不影响测量的加速度大小，故不会使图像不过原点，故A错误； B．导轨的倾斜程度调节不恰当时，可知平衡摩擦力不足或者过大，根据牛顿第二定律，对整体 得，图像不过原点，故B正确； C．根据前面分析，对整体分析得出加速度表达式，当钩码质量没有远小于小车和遮光条的总质量，对本实验没有影响，故C错误。 故选B。 3．【答案】(1)控制变量法 (2)平行 (3)需要；撤出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。 (4) 【详解】（1）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。 （2）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。 （3）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：撤出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。 （4）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 可知 因为 联立解得 4．【答案】(1)B (2)0.51 (3)40 【详解】（1）若补偿摩擦力恰当，则小车应该匀速运动，打出的纸带应该点迹均匀分布，故选B。 （2）每相邻两个计数点间还有4个点未画出，可知T=0.1s；小车的加速度 （3）根据牛顿第二定律，对砝码 mg-T=ma 对小车 T=Ma 可得 则当m较小时传感器的示数越接近与砝码的重力mg；m越大，则传感器的示数与砝码重力的差异越大，即这两种方式得到的合力差异最大时，槽码质量为40g。 5．【答案】(1)一端垫高 (2)AC (3)乙 【详解】（1）实验需补偿阻力，消除木板对小车的阻力的影响，应将木板一端垫高，使小车在无拉力时能匀速运动。 （2）A.作出图像，可以将图像“化曲为直”，便于判断，a与m是否成反比关系，故A正确； B．作出图像，无法体现a与m是否成反比关系，故B错误； C．作出图像，若a与m是成反比关系，有为定值，则图像是一条平行于横轴的直线，可间接判断a与m是否成反比关系，故C正确； D．作出图像，无法体现a与m是否成反比关系，故D错误。 故选AC。 （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（m为槽码总质量），但随着m增大，不满足条件，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，总质量不变（M为小车质量，m为槽码质量），拉力（当时近似，但实际总质量不变），拉力更接近理论值，系统误差更小，故乙同学方法更好。 6．【答案】(1)c (2) 失重 d 【详解】（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]根据图像可知时，加速度方向竖直向下，故处于失重状态； [2]对物体根据牛顿第二定律 整理得 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，其图像为图丁中的图线d。 7．【答案】(1)0.390 (2)CD (3) 10.00 【详解】（1）相邻计数点间的时间间隔T=0.1s打计数点3时的速度 （2）A．平衡摩擦力时满足 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； B．电火花计时器需要接220V交流电源，选项B错误； C．调节滑轮高度，使牵引小车的细线根长木板保持平行，选项C正确； D．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。 （3）[1]遮光条宽度d=10mm+0.05mm×0=10.00mm [2]经过两光电门时的速度分别为 根据 解得 8．【答案】(1)B (2)D (3) 反比 槽码 【详解】（1）A．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； B．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； C．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； D．根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小车，故D错误。 故选B。 （2）根据逐差法可知 联立可得小车加速度表达式为 故选D。 （3）[1]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； [2]设槽码的质量为m，则由牛顿第二定律 化简可得 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。 9．【答案】(1) 平衡摩擦力 2.86 (2)4.108 (3) 光源 干涉条纹 【详解】（1）[1]木板右端抬高的目的是平衡摩擦力； [2]小车的加速度大小 （2）游标卡尺读数为 41mm+4×0.02mm=41.08mm=4.108cm （3）[1][2]在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏，遮光筒不可调节，打开并调节光源，使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮，取下光屏，装上、双缝和测量头，调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到干涉条纹。 10．【答案】 较大 较小 远大于钩码质量 见解析 【详解】（4）[1][2]由题图（b）分析可知，与图线甲相比，图线之的线性区间较大，非线性区间较小； （5）[3]在坐标系中进行描点，结合其他点用平滑的曲线拟合，使尽可能多的点在线上，不在线上的点均匀分布在线的两侧，如下图所示 （6）[4][5]设绳子拉力为，对钩码根据牛顿第二定律有 对小车根据牛顿第二定律有 联立解得 变形得 当时，可认为 则 即a与F成正比。 14 / 14 学科网（北京）股份有限公司 $ 第10讲 实验：探究加速度与力、质量的关系 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 教材原型实验 知识点1实验原理、操作和误差分析 考向1实验原理与操作重 考向2数据处理与误差分析重 考点二 创新实验方案 知识点1实验方案的改进 考向1实验装置的改进和创新重 考向2实验思路的改进和创新重【思维建模】 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 实验：探究加速度与力、质量的关系 湖北卷T12 河南卷T11 山东卷T13 陕晋青宁卷T11 安徽卷T11 江西卷T11 甘肃卷T11 考情分析 1． 题型与考向：各地高考对探究加速度与物体受力、物体质量的关系这个实验的考查频度较高，考查多以原型实验为基础，借助创新方案或者传感器等方式对该问题做一研究考查。 2．情境与立意： 从命题思路上看，试题情景为学习探究类：以原型实验原理，通过创新性实验方案加以命题考查。 复习目标 目标一：掌握实验的原理，通过采集的数据利用图像，探究加速度与物体受力、物体质量的关系，并会做出必要的误差分析。 目标二：能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究。 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一教材原型实验 知●识●解●构 知识点1 教材原型实验 1.实验目的：探究加速度与力、质量的关系。 2.实验器材： 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码。 3.实验思路： (1)控制变量法的应用：将小车置于水平木板上,通过滑轮与小盘和砝码相连,小车可以在小盘和砝码的牵引下运动。 ①保持小车质量不变,研究加速度与力的关系。 ②保持小车所受的拉力不变,研究加速度与质量的关系。 （2）物理量的测量 ①用天平测量质量:为了改变小车的质量,可以在小车中增减砝码的数量。 ②将打点计时器的纸带连在小车上,根据纸带上打出的点来测量加速度。 ③现实中,仅受一个力作用的物体几乎不存在。然而,一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此,实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力。用阻力补偿法确定小车受到的合力——小盘和砝码的牵引力。 4.进行实验 ①称量质量——用天平测量小盘和小车的质量。 ②安装器材——按如图所示装置安装器材(暂时不把悬挂小盘的细绳系在小车上)。 ③阻力补偿法平衡摩擦及其他阻力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车能拉着纸带匀速下滑。此时，不要把 的细绳系在小车(木块)上，即不要给小车(木块)加任何 ，要让小车(木块)拖着纸带运动。 ④测量加速度 1)保持小车的质量不变,打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力,由纸带计算出小车的加速度,并填入表中。改变小盘内砝码的个数,并多做几次实验。 2)保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量,并由纸带计算出小车对应的加速度,填入表中。改变小车上砝码的个数,多做几次实验。 5.数据分析 ①利用Δx=aT2及逐差法求a。 ②以a为纵坐标,F为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比。 ③以a为纵坐标,为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a与m成反比。 6.误差分析 ①实验原理不完善:本实验用小盘和砝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小盘和砝码的总重力。当小车质量M远大于砝码质量m时，砝码的总重力mg才可视为小车(木块)受到的拉力。 ②摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。a­F图线将不是一条过原点的直线，而是一条与F轴有交点的倾斜直线。 考●向●破●译 考向1 实验原理与操作【重】 例1 某同学用如图甲所示这套装置探究钩码与小车加速度的大小与力的关系。运用控制变量法，不改变钩码和小车的总质量，但每次把小车上的钩码逐个悬挂，从而改变力的大小，并分别打出纸带计算加速度，从而研究质量一定时，加速度大小与力的关系。 (1)实验中所用的打点计时器如图乙所示，则电源应选_________。 A．8V，50Hz交流电 B．220V，50Hz交流电 C．8V，直流电 (2)为减小实验误差，实验过程中，_________（填“需要”或“不需要”）补偿阻力，小车的质量_________（填“需要”或“不需要”）远大于悬挂的钩码的质量。 (3)图丙为某次实验得到的纸带，图中相邻计数点间还有4个计时点未画出，打点计时器电源的频率为50Hz，由纸带记录的数据可得小车运动的加速度大小为_________。（结果保留3位有效数字） 【变式训练1】某实验小组利用如图甲所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。 (1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要_______、_______。 (2)某同学以小车和车上砝码的总质量的倒数为横坐标，小车的加速度a为纵坐标，在坐标纸上作出的关系图线如图乙所示。由图可分析得出：加速度与质量成_____关系（填“正比”或“反比”）；图线不过原点说明实验有误差，引起这一误差的主要原因是平衡摩擦力时长木板的倾角_____（填“过大”或“过小”）。 (3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，如图丙所示。图线____（填“①”或“②”）是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量m＝____ kg。 【变式训练2】如图所示为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置， (1)下列说法正确的是______（多选）； A．实验时需要保持细线与桌面平行 B．补偿阻力进行一次实验后，改变槽码质量或者小车质量继续进行实验时，均不需要再次补偿阻力 C．开始实验前，小车应靠近定滑轮 D．为寻找a与M的关系，数据处理时作出图像 (2)实验中，把槽码的重力大小视为小车受到的细绳拉力大小，这是实验误差的一个主要因素。若槽码质量为m，小车（包括车上的钩码）质量为M，为了减小误差，m和M间应满足的关系是______；在“保持小车所受拉力一定时，探究“加速度与质量的关系”时，______（选填“需要”或“不需要”）满足上一空的质量关系。 (3)只要槽码的重力mg与小车受到的细绳拉力F的误差在5%以内，我们就可以认为两者相等，即，此时，m和M间应满足的关系是______。 考向2 数据处理与误差分析【重】 例2下图为某次“探究加速度与力、质量的关系”实验装置图。 (1)利用图装置探究小车的加速度与力的关系，下列说法正确的是________（选填选项前的字母）。 A．只有小车质量远大于砝码和盘总质量，砝码和盘的总重力才近似等于绳的拉力 B．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力 C．无论小车运动的加速度多大，砝码和盘的总重力都等于绳的拉力 D．该实验装置也可用来验证机械能守恒定律 (2)如图是某次实验中得到的一条纸带，已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，，，，，小车运动的加速度大小为______（保留2位有效数字）。 【变式训练1】某同学利用如图甲所示的实验装置进行了“探究加速度与力、质量的关系”的实验，该同学在钩码上方加装了一个力传感器，可以显示上方细线拉力的大小。图乙是某一次打点计时器打出的一条记录小车运动的纸带。取计数点A、B、C、D、E，且相邻两计数点间还有4个计时点没有标出，计数点间的距离如图乙所示，电源的频率为50Hz。 (1)实验中________（选填“需要”或“不需要”）满足所挂钩码的质量m远小于小车的质量M； (2)由图乙可求得C点的瞬时速度大小________m/s，小车运动的加速度大小________（结果均保留3位有效数字）； (3)该同学在实验前，没有测量小车的质量M，也忘记平衡摩擦力，在保持小车的质量不变的情况下，进行了多次实验，得到了如图丙所示的图像，则根据图像可求得小车的质量M=________kg。 【变式训练2】图甲是某同学探究小车的加速度与合外力的关系时的实验装置。 (1)该同学在器材安装时需要对甲图装置进行调整： ①应调节轨道滑轮高度，使细线与轨道平行； ②应把轨道_________（选填“远离”或“靠近”）滑轮的一端垫高，进行平衡阻力。 (2)改进装置后，利用弹簧测力计称出重物重力，重物通过细线系在小车上。实验时先打开打点计时器，后释放小车，用纸带记录小车的运动情况，实验中得到一条纸带如图乙所示，相邻两计数点之间还有四个点没有画出，已知打点计时器采用的交流电频率为50Hz。则计时器打出点时小车的瞬时速度为_________m/s，小车的加速度_______m/s2；（每空2分，结果均保留两位有效数字） (3)保持小车质量不变，多次改变重物的质量，分别测出小车匀加速时的加速度以及对应重物的重力。以为横坐标，小车的加速度为纵坐标，画出的图像如图丙（实线）所示，由图像可以得出：小车质量一定时，在实验误差允许范围内，__________； (4)如果实验时，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器用来测量小车受到的拉力，与第（3）问的图像（丁图中的实线）相比，新图线应为丁图的________（选填“①”或“②”）图线。 考点二 创新实验方案 知●识●解●构 知识点1 实验方案的改进重 1. 实验装置的改进 弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量不需要远小于小车质量，更无需测钩码的质量。 2. 数据测量的改进 （1）气垫导轨代替长木板，无须平衡摩擦力。 （2）力传感器测量滑块所受的拉力，钩码的质量不需要远小于滑块质量，更无须测钩码的质量。 （3）用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得滑块的末速度，由刻度尺读出遮光条中心初始位置与光电门之间的距离，由运动学公式求出加速度。 考●向●破●译 考向1 实验装置的改进和创新【重】 例1学校物理兴趣小组用如图甲所示的装置探究加速度与力的关系。实验中，将托盘及砝码受到的重力视为小车受到的合力大小。 (1)本实验___________（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。 (2)挂上托盘，在托盘内放上砝码，将小车从轨道右端由静止释放，从数字毫秒计上读取遮光片的遮光时间，并算出小车分别经过光电门1、光电门2时的速度大小、，以及遮光片遮住光电门1到遮住光电门2所用的时间，计算小车的加速度大小___________（结果保留两位有效数字）。 (3)改变托盘内砝码的质量，重复上述步骤，根据数据拟合出图像，如图乙所示。若要使得到的图像过原点，则应___________（填“增大”或“减小”）导轨的倾角。 (4)根据图乙可知，小车的质量___________kg（结果保留两位有效数字）。 【变式训练1】某校物理兴趣小组用如图所示的装置来探究加速度与力、质量的关系。气垫导轨上质量为的滑块通过轻质细绳绕过轻质动滑轮与拉力传感器相连，动滑轮下悬挂质量为的钩码，滑块上遮光条宽度为。 （1）实验过程中________（选填“需要”或“不需要”）满足滑块的质量远大于钩码的总质量； （2）实验时，小组同学每次均从相同位置释放滑块，测得滑块处于静止释放位置时遮光条与光电门中心间的距离为； （3）释放滑块，记录下遮光条通过光电门的时间和拉力传感器的示数。可以得到滑块经过光电门时滑块的速度大小________（用，表示）；滑块加速度大小________（用，，表示）； （4）保持滑块质量不变，改变悬挂钩码个数，多次实验，根据多组、数据，以为纵轴、为横轴建立直角坐标系，画出图像是一条过原点的倾斜直线，则可得到的实验结论为_________________________________________ （5）保持拉力传感器的示数不变，改变滑块的质量，多次实验，根据多组、M数据，以为纵轴、M为横轴建立直角坐标系，画出如图所示的图像，则_______________（填“可以”或“不可以”）得出合外力不变时，加速度与质量成反比。 （6）小组同学继续用上述装置“验证机械能守恒定律”，已知当地重力加速度为。若满足关系式_____________________时，则证明运动过程中系统机械能守恒。（用题目中的，，，，，表示） 【变式训练2】某同学利用如图所示的装置研究加速度与外力的关系。将力传感器安装在置于光滑水平轨道的小车上，通过细绳绕过光滑定滑轮悬挂钩码。位移传感器安装在小车和轨道一端。 (1)开始实验后，依次按照如下步骤操作： ①同时打开力传感器和位移传感器； ②释放小车，DIS记录下小车的运动和受力情况； ③关闭传感器，根据图像记录下绳子拉力F和小车加速度a。某次释放小车后得到的图像如图所示。根据图像，此次操作应记录下的外力F大小为_____N，加速度a为______m/s2。 ④改变钩码质量，重复上述步骤。 (2)利用上述器材得到多组数据并作出图像，如图所示，则（　　） A．理论上小车质量越大，直线斜率也越大 B．如果直线不过原点可能是因为轨道没有调整到水平 C．如果小车受到水平轨道的摩擦阻力，直线斜率会变小 D．随着实验中拉力增大，图像可能会出现弯曲 考向2 实验思路的改进和创新【重】 例2(1)为了探究小车质量一定时，加速度a与其受到的合外力F的关系，设计了如图所示的装置：在桌面上放一块固定有定滑轮的木板，细绳的一端固定在小车上，另一端绕过定滑轮悬挂钩码，连接小车的细绳始终平行于木板，反复调节木板下方垫片的位置，直到轻推小车，小车通过光电门1、2的_______，此时小车受力平衡。 (2)若通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间，则应将垫片向_______（选填“左”或“右”）移动恰当的距离； (3)若钩码质量为M，重力加速度大小为g，调节垫片的位置使得小车在木板上下滑时受力平衡。现将小车置于图示位置，取下钩码让小车下滑，则小车下滑过程中受到的合外力大小为_______。 【变式训练1】某实验小组利用如图所示装置验证牛顿第二定律，不计轻绳、滑轮及传感器的质量，轻绳与滑轮间接触光滑，忽略空气阻力。 (1)为使重物向上加速运动，钩码的质量m与重物的质量M应满足的关系是__________； (2)在重物向上加速运动过程中，关于钩码的加速度大小与重物的加速度大小，有 ； A． B． C． (3)实验所用交流电源频率为50Hz。打点计时器某次打出的纸带如图，图中相邻两点间有4个点未画出，则重物的加速度大小为__________（计算结果保留两位有效数字）； (4)仅增加钩码的个数，得到重物加速度a和传感器示数F的多组数据，画出a-F图像如图所示，图像的斜率为k，若重物的质量M＝__________（用k表示），则说明牛顿第二定律成立。 【变式训练2】某学生设计了如图甲所示的实验来验证牛顿第二定律。将一端带有光滑定滑轮的长木板放置在水平桌面上，长木板上固定了两个光电门，一根跨过定滑轮的细线一端与置于长木板上的木块栓接，另一端挂上砝码盘；木块上附有遮光条，当在木块上放置N个质量相等的砝码时，木块、砝码及砝码盘构成的系统释放后处于静止状态。已知每个砝码与砝码盘质量均为m，遮光条与光电门2之间的距离为l，测得遮光条的宽度为d，重力加速度为g。 (1)实验时，接通电源，给砝码盘施加向下的拉力，使系统运动起来后迅速撤去拉力，若此后木块依次经过两光电门时，遮光条两次遮光的时间相等，则撤去拉力后，木块在做______（填“匀加速”“匀减速”或“匀速”）直线运动。 (2)再次实验时，撤去光电门1，将木块放在原位置，从木块上取下1个砝码放在盘中，然后将装置由静止释放，记录遮光条遮光的时间，则遮光条通过光电门的速度大小为______（用d、表示）；该过程的加速度大小为______（用d、l、表示）。 (3)逐个将木块上的砝码放在砝码盘中，装置仍由原来的位置静止释放，并记录下改变的砝码数n以及相对应的遮光条的遮光时间t；现以改变的砝码数n为纵轴，若验证物体的加速度与合力成正比，则横轴为______（填“t”“”“”或“”）图像为一条过原点的倾斜直线，如图乙所示；若图像的斜率为k，则木块（含遮光条）的质量为____________（用d、k、l、m、g表示），木块与长木板之间的动摩擦因数为____________（用d、k、l、g表示）。 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2026·河南·高考真题）某实验小组利用图1所示装置验证牛顿第二定律。实验器材有：气垫导轨、滑块、光电门、数字计时器、遮光条、游标卡尺、垫块若干等。完成下列问题： (1)用游标卡尺测量遮光条的宽度，示数如图2所示，则__________mm。 (2)调整好装置，释放滑块。数字计时器记录滑块通过光电门1的遮光时间为，则滑块通过光电门1的速度大小__________（保留2位有效数字）。 (3)记录滑块通过光电门2的遮光时间，计算滑块通过光电门2的速度大小，测出两光电门间距为，则滑块下滑的加速度__________（用、、表示）。测得气垫导轨两支脚间距为，垫高为 ，理论上__________（用、 、重力加速度大小表示），若两者在误差允许范围内相等，即验证了牛顿第二定律。 2．（2026·湖北·高考真题）某同学设计了一个验证牛顿第二定律的实验，使用的器材有：直导轨、小车、光电门、数字毫秒计、遮光条、天平、钩码、刻度尺、游标卡尺、定滑轮、细绳等。实验装置如图所示，光电门1、2分别固定在导轨、处，遮光条安装在小车上，连接小车两端的细绳分别跨过左右定滑轮、各悬挂10个质量均为的钩码，定滑轮间的细绳与导轨平行。重力加速度大小为 。实验步骤如下： ⅰ．用天平测量小车和遮光条的总质量 ，用刻度尺测量、间的距离，用游标卡尺测量遮光条的宽度 。 ⅱ．调节导轨倾斜程度，使小车沿导轨向右下滑时通过两个光电门的遮光时间近似相等。 ⅲ．从左侧细绳取下 个钩码挂到右侧细绳，再从导轨左端静止释放小车，用数字毫秒计测量遮光条经过光电门1、2的遮光时间、。 回答下列问题： (1)步骤ⅱ操作的主要目的是__________。 (2)由牛顿第二定律，小车的加速度大小 __________（用、 、 和 表示）。 (3)步骤ⅲ中测得的小车加速度大小 __________（用 、、和表示）。 (4)该同学根据测出的多组、 值，作出图像。若该图像近似是一条通过原点的直线，则可以验证：质量一定时，物体的加速度与所受合外力成__________。 (5)若图像明显不过原点，原因可能是__________（单选，填标号）。 A．步骤ⅲ中小车没有从静止释放 B．步骤ⅱ中导轨的倾斜程度调节不恰当 C．钩码质量没有远小于小车和遮光条的总质量 3．（2025·广西·高考真题）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____。 (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_____。 (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。 (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_____。 4．（2024·天津·高考真题）某同学用图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，部分计数点如下图所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出），测得。已知打点计时器所接交流电源频率为，则小车的加速度_________（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。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，则这两种方式得到的合力差异最大时，槽码质量为_________g。 5．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）下图为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。 (1)实验中应将木板__________________（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图像如图所示，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） 0.2 0.618 0.33 0.482 0.40 0.403 0.50 0.317 1.00 0.152 A．图像 B．图像 C．图像 D．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，_________（填“甲”或“乙”）同学的方法可以更好地减小误差。 6．（2025·安徽·高考真题）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 (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和a随时间t变化的散点图，以竖直向上为正方向。时，物体处于___________（选填“超重”或“失重”）状态；以为横轴、a为纵轴，根据实验数据拟合得到的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，其图像为图丁中的图线___________。（选填“b”“c”或“d”） 7．（2025·浙江·高考真题）“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。 (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，打下计数点3时小车速度为_____（保留三位有效数字）。 (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 (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，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_____mm，则滑块加速度_____（用题中所给物理量符号表示）。 8．（2024·甘肃·高考真题）用图1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______（单选，填正确答案标号）。 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2所示，相邻两点之间的距离分别为，时间间隔均为T。下列加速度算式中，最优的是______（单选，填正确答案标号）。 A． B． C． D． (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图像如图3所示。 由图可知，在所受外力一定的条件下，a与M成______（填“正比”或“反比”）；甲组所用的______（填“小车”、“砝码”或“槽码”）质量比乙组的更大。 9．（2024·广东·高考真题）下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。 (1)图甲是“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验装置示意图。图中木板右端垫高的目的是_____。图乙是实验得到纸带的一部分，每相邻两计数点间有四个点未画出。相邻计数点的间距已在图中给出。打点计时器电源频率为50Hz，则小车的加速度大小为_____（结果保留3位有效数字）。 (2)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，某同学用50分度的游标卡尺测量一例柱体的长度，示数如图丙所示，图丁为局部放大图，读数为_____cm。 (3)在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏。遮光筒不可调节。打开并调节_____。使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮。取下光屏，装上单缝、双缝和测量头。调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到_____。 10．（2024·江西·高考真题）某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图（a）所示，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定一遮光片，细线一端与小车连接，另一端跨过定滑轮挂上钩码。 （1）实验前调节轨道右端滑轮高度，使细线与轨道平行，再适当垫高轨道左端以平衡小车所受摩擦力。 （2）小车的质量为。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度a。钩码所受重力记为F，作出图像，如图（b）中图线甲所示。 （3）由图线甲可知，F较小时，a与F成正比；F较大时，a与F不成正比。为了进一步探究，将小车的质量增加至，重复步骤（2）的测量过程，作出图像，如图（b）中图线乙所示。 （4）与图线甲相比，图线乙的线性区间____________，非线性区间____________。再将小车的质量增加至，重复步骤（2）的测量过程，记录钩码所受重力F与小车加速度a，如表所示（表中第组数据未列出）。 序号 1 2 3 4 5 钩码所受重力 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 小车加速度 0.26 0.55 0.82 1.08 1.36 序号 6 7 8 15 钩码所受重力 0.120 0.140 0.160 …… 0.300 小车加速度 1.67 1.95 2.20 …… 3.92 （5）请在图（b）中补充描出第6至8三个数据点，并补充完成图线丙_________。 （6）根据以上实验结果猜想和推断：小车的质量____________时，a与F成正比。结合所学知识对上述推断进行解释：______________________。 1 / 22 学科网（北京）股份有限公司 $ 第10讲 实验：探究加速度与力、质量的关系 内容导航 01 命题透视·考情前瞻 对标素养，研判高考命题趋势 02 思维建模·脉络梳理 搭建知识框架，构建系统思维 03 考点精讲·靶向突破 拆解核心考点，归纳解题范式 考点一 教材原型实验 知识点1实验原理、操作和误差分析 考向1实验原理与操作 重 考向2数据处理与误差分析重 考点二 创新实验方案 知识点1实验方案的改进 考向1实验装置的改进和创新重 考向2实验思路的改进和创新重【思维建模】 04 真题溯源·考向感知 溯源真题逻辑，感知高考考向 命题透视·考情前瞻 ——对标素养，研判高考命题趋势 核心考点 2026年 2025年 2024年 实验：探究加速度与力、质量的关系 湖北卷T12 河南卷T11 山东卷T13 陕晋青宁卷T11 安徽卷T11 江西卷T11 甘肃卷T11 考情分析 1． 题型与考向：各地高考对探究加速度与物体受力、物体质量的关系这个实验的考查频度较高，考查多以原型实验为基础，借助创新方案或者传感器等方式对该问题做一研究考查。 2．情境与立意： 从命题思路上看，试题情景为学习探究类：以原型实验原理，通过创新性实验方案加以命题考查。 复习目标 目标一：掌握实验的原理，通过采集的数据利用图像，探究加速度与物体受力、物体质量的关系，并会做出必要的误差分析。 目标二：能够在原型实验基础上，通过对实验的改进或者创新，做出同类探究。 考点精讲·靶向突破 ——拆解核心考点，归纳解题范式 考点一教材原型实验 知●识●解●构 知识点1 教材原型实验 1.实验目的：探究加速度与力、质量的关系。 2.实验器材： 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码。 3.实验思路： (1)控制变量法的应用：将小车置于水平木板上,通过滑轮与小盘和砝码相连,小车可以在小盘和砝码的牵引下运动。 ①保持小车质量不变,研究加速度与力的关系。 ②保持小车所受的拉力不变,研究加速度与质量的关系。 （2）物理量的测量 ①用天平测量质量:为了改变小车的质量,可以在小车中增减砝码的数量。 ②将打点计时器的纸带连在小车上,根据纸带上打出的点来测量加速度。 ③现实中,仅受一个力作用的物体几乎不存在。然而,一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此,实验中作用力F的含义可以是物体所受的合力。用阻力补偿法确定小车受到的合力——小盘和砝码的牵引力。 4.进行实验 ①称量质量——用天平测量小盘和小车的质量。 ②安装器材——按如图所示装置安装器材(暂时不把悬挂小盘的细绳系在小车上)。 ③阻力补偿法平衡摩擦及其他阻力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块,反复移动薄木块的位置,直至小车能拉着纸带匀速下滑。此时，不要把悬挂砝码盘的细绳系在小车(木块)上，即不要给小车(木块)加任何牵引力，要让小车(木块)拖着纸带运动。 ④测量加速度 1)保持小车的质量不变,打出一条纸带。计算小盘和砝码的重力,由纸带计算出小车的加速度,并填入表中。改变小盘内砝码的个数,并多做几次实验。 2)保持小盘内的砝码个数不变,在小车上放上砝码改变小车的质量,让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量,并由纸带计算出小车对应的加速度,填入表中。改变小车上砝码的个数,多做几次实验。 5.数据分析 ①利用Δx=aT2及逐差法求a。 ②以a为纵坐标,F为横坐标,根据各组数据描点,如果这些点在一条过原点的直线上,说明a与F成正比。 ③以a为纵坐标,为横坐标,描点、连线,如果该线为过原点的直线,就能判定a与m成反比。 6.误差分析 ①实验原理不完善:本实验用小盘和砝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小盘和砝码的总重力。当小车质量M远大于砝码质量m时，砝码的总重力mg才可视为小车(木块)受到的拉力。 ②摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。a­F图线将不是一条过原点的直线，而是一条与F轴有交点的倾斜直线。 考●向●破●译 考向1 实验原理与操作【重】 例1 某同学用如图甲所示这套装置探究钩码与小车加速度的大小与力的关系。运用控制变量法，不改变钩码和小车的总质量，但每次把小车上的钩码逐个悬挂，从而改变力的大小，并分别打出纸带计算加速度，从而研究质量一定时，加速度大小与力的关系。 (1)实验中所用的打点计时器如图乙所示，则电源应选_________。 A．8V，50Hz交流电 B．220V，50Hz交流电 C．8V，直流电 (2)为减小实验误差，实验过程中，_________（填“需要”或“不需要”）补偿阻力，小车的质量_________（填“需要”或“不需要”）远大于悬挂的钩码的质量。 (3)图丙为某次实验得到的纸带，图中相邻计数点间还有4个计时点未画出，打点计时器电源的频率为50Hz，由纸带记录的数据可得小车运动的加速度大小为_________。（结果保留3位有效数字） 【答案】(1)B (2) 需要 不需要 (3)1.26 【详解】（1）图乙是电火花打点计时器，工作电源为220V、50Hz交流电。 故选B。 （2）[1]本实验需要让拉力等于小车和钩码的合外力，因此需要补偿阻力。 [2]本实验中，小车加所有钩码的总质量保持不变，把小车上的钩码转移到悬挂端，对整体有 拉力就是悬挂钩码的重力，不需要满足小车质量远大于悬挂钩码质量，因此不需要。 （3）相邻计数点间有4个点未画出，因此相邻计数点的时间间隔。根据逐差公式 得 【变式训练1】某实验小组利用如图甲所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。 (1)实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要_______、_______。 (2)某同学以小车和车上砝码的总质量的倒数为横坐标，小车的加速度a为纵坐标，在坐标纸上作出的关系图线如图乙所示。由图可分析得出：加速度与质量成_____关系（填“正比”或“反比”）；图线不过原点说明实验有误差，引起这一误差的主要原因是平衡摩擦力时长木板的倾角_____（填“过大”或“过小”）。 (3)有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两条a－F图线，如图丙所示。图线____（填“①”或“②”）是在轨道倾斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量m＝____ kg。 【答案】(1) 天平/刻度尺 刻度尺/天平 (2) 反比 过大 (3) ① 0.5 【详解】（1）[1][2]实验中需要用托盘和砝码的总重力表示小车受到的拉力，需测量托盘的质量，实验中还需要测量小车和车上砝码总质量，所以还需要天平。实验中需要用刻度尺测量纸带上点迹间的距离，从而得出加速度，所以还需要刻度尺。 （2）[1]图线是一条直线，意味着与成正比，则a与M成反比； [2]正常情况下图线应过原点，但图中图线出现了纵截距，说明小车所受合力大于F，引起这一误差的主要原因是平衡摩擦力时长木板的倾角过大。 （3）[1][2]由丙中图线①可知，当F＝0时，，即细线上没有拉力时小车就有加速度，所以图线①是在轨道倾斜情况下得到的，根据得图像的斜率 由图像得图像斜率 可得 【变式训练2】如图所示为“探究加速度与力、质量的关系”实验装置， (1)下列说法正确的是______（多选）； A．实验时需要保持细线与桌面平行 B．补偿阻力进行一次实验后，改变槽码质量或者小车质量继续进行实验时，均不需要再次补偿阻力 C．开始实验前，小车应靠近定滑轮 D．为寻找a与M的关系，数据处理时作出图像 (2)实验中，把槽码的重力大小视为小车受到的细绳拉力大小，这是实验误差的一个主要因素。若槽码质量为m，小车（包括车上的钩码）质量为M，为了减小误差，m和M间应满足的关系是______；在“保持小车所受拉力一定时，探究“加速度与质量的关系”时，______（选填“需要”或“不需要”）满足上一空的质量关系。 (3)只要槽码的重力mg与小车受到的细绳拉力F的误差在5%以内，我们就可以认为两者相等，即，此时，m和M间应满足的关系是______。 【答案】(1)BD (2) 需要 (3)M≥20m 【详解】（1）A．细绳与轨道平行，保证小车合力为绳子拉力，减小实验误差，不是与桌面平行，故A错误； B．补偿阻力的本质是让小车重力沿轨道的分力与阻力平衡，即有 （为木板倾角）可知平衡摩擦力过程小车质量可约去，即改变槽码质量或者小车质量不需要重新平衡，故B正确； C．开始实验时，小车应靠近打点计时器，可在纸带上打出更多点，故C错误； D．为寻找a与M关系，数据处理时作出图像，图线是一条直线，故D正确。 故选BD。 （2）[1]在平衡摩擦力后，小车所受的合力理论上指的是绳对小车的拉力，设拉力为F，则对小车有 对槽码有 整理可得 当时， 则拉力近似等于槽码的重力的条件是 [2]“探究加速度与质量的关系”时，需要合外力不变，即槽码的重力不变，需要满足。 （3）根据， 可得 又 联立得M≥20m 考向2 数据处理与误差分析【重】 例2下图为某次“探究加速度与力、质量的关系”实验装置图。 (1)利用图装置探究小车的加速度与力的关系，下列说法正确的是________（选填选项前的字母）。 A．只有小车质量远大于砝码和盘总质量，砝码和盘的总重力才近似等于绳的拉力 B．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力 C．无论小车运动的加速度多大，砝码和盘的总重力都等于绳的拉力 D．该实验装置也可用来验证机械能守恒定律 (2)如图是某次实验中得到的一条纸带，已知打点计时器使用的交流电频率为50Hz，，，，，小车运动的加速度大小为______（保留2位有效数字）。 【答案】(1)A (2)0.79 【详解】（1）A．设小车质量为M，砝码和砝码盘的质量为m，对系统，由牛顿第二定律得 对小车，由牛顿第二定律得 解得 只有小车质量远大于砝码和盘总质量，砝码和盘的总重力才近似等于绳的拉力，故A正确； B．若斜面倾角过大，小车所受合力将大于绳的拉力，故B错误； C．小车运动的加速度太大时，对砝码和盘根据牛顿第二定律 砝码和盘的总重力明显大于绳的拉力，故C错误； D．只有重力或弹力做功，机械能守恒，该实验装置中小车运动过程中受阻力作用，要克服阻力做功，不能用来验证机械能守恒定律，故D错误。 故选A。 （2）打点计时器使用的交流电频率为50Hz，相邻计数点间的时间间隔 根据逐差法可知，小车的加速度大小为 【变式训练1】某同学利用如图甲所示的实验装置进行了“探究加速度与力、质量的关系”的实验，该同学在钩码上方加装了一个力传感器，可以显示上方细线拉力的大小。图乙是某一次打点计时器打出的一条记录小车运动的纸带。取计数点A、B、C、D、E，且相邻两计数点间还有4个计时点没有标出，计数点间的距离如图乙所示，电源的频率为50Hz。 (1)实验中________（选填“需要”或“不需要”）满足所挂钩码的质量m远小于小车的质量M； (2)由图乙可求得C点的瞬时速度大小________m/s，小车运动的加速度大小________（结果均保留3位有效数字）； (3)该同学在实验前，没有测量小车的质量M，也忘记平衡摩擦力，在保持小车的质量不变的情况下，进行了多次实验，得到了如图丙所示的图像，则根据图像可求得小车的质量M=________kg。 【答案】(1)不需要 (2) 0.507 2.36 (3)2 【详解】（1）由于本实验具有力传感器，可以实时获得绳子上的拉力，因此，不需要满足所挂钩码的质量m远小于小车的质量M的条件。 （2）[1]相邻两计数点间还有4个计时点没有标出，可知相邻两计数点时间间隔t=0.1s，则打C点的瞬时速度大小 [2]由逐差法可知 （3）对小车，根据牛顿第二定律有 整理得 可知图像斜率表示，由图丙可知 解得 【变式训练2】图甲是某同学探究小车的加速度与合外力的关系时的实验装置。 (1)该同学在器材安装时需要对甲图装置进行调整： ①应调节轨道滑轮高度，使细线与轨道平行； ②应把轨道_________（选填“远离”或“靠近”）滑轮的一端垫高，进行平衡阻力。 (2)改进装置后，利用弹簧测力计称出重物重力，重物通过细线系在小车上。实验时先打开打点计时器，后释放小车，用纸带记录小车的运动情况，实验中得到一条纸带如图乙所示，相邻两计数点之间还有四个点没有画出，已知打点计时器采用的交流电频率为50Hz。则计时器打出点时小车的瞬时速度为_________m/s，小车的加速度_______m/s2；（每空2分，结果均保留两位有效数字） (3)保持小车质量不变，多次改变重物的质量，分别测出小车匀加速时的加速度以及对应重物的重力。以为横坐标，小车的加速度为纵坐标，画出的图像如图丙（实线）所示，由图像可以得出：小车质量一定时，在实验误差允许范围内，__________； (4)如果实验时，在小车和重物之间接一个不计质量的微型力传感器用来测量小车受到的拉力，与第（3）问的图像（丁图中的实线）相比，新图线应为丁图的________（选填“①”或“②”）图线。 【答案】(1)远离 (2) 0.50 2.0 (3)小车的加速度与所受合外力成正比 (4)① 【详解】（1）应把轨道远离滑轮的一端垫高，进行平衡阻力。 （2）[1]相邻两计数点之间还有四个点没有画出，则 计时器打出点时小车的瞬时速度为 [2]根据逐差公式 可得小车的加速度 （3）由图像可以得出：小车质量一定时，在实验误差允许范围内小车的加速度与所受合外力成正比。 （4）根据牛顿第二定律得，挂重物时，， 即 用力传感器时，加速度 可知图线的斜率变大，此时图像为① 考点二 创新实验方案 知●识●解●构 知识点1 实验方案的改进重 1. 实验装置的改进 弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量不需要远小于小车质量，更无需测钩码的质量。 2. 数据测量的改进 （1）气垫导轨代替长木板，无须平衡摩擦力。 （2）力传感器测量滑块所受的拉力，钩码的质量不需要远小于滑块质量，更无须测钩码的质量。 （3）用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得滑块的末速度，由刻度尺读出遮光条中心初始位置与光电门之间的距离，由运动学公式求出加速度。 考●向●破●译 考向1 实验装置的改进和创新【重】 例1学校物理兴趣小组用如图甲所示的装置探究加速度与力的关系。实验中，将托盘及砝码受到的重力视为小车受到的合力大小。 (1)本实验___________（填“需要”或“不需要”）平衡摩擦力。 (2)挂上托盘，在托盘内放上砝码，将小车从轨道右端由静止释放，从数字毫秒计上读取遮光片的遮光时间，并算出小车分别经过光电门1、光电门2时的速度大小、，以及遮光片遮住光电门1到遮住光电门2所用的时间，计算小车的加速度大小___________（结果保留两位有效数字）。 (3)改变托盘内砝码的质量，重复上述步骤，根据数据拟合出图像，如图乙所示。若要使得到的图像过原点，则应___________（填“增大”或“减小”）导轨的倾角。 (4)根据图乙可知，小车的质量___________kg（结果保留两位有效数字）。 【答案】(1)需要 (2)0.38 (3)增大 (4)0.50 【详解】（1）实验中，将托盘及砝码受到的重力视为小车受到的合力大小，可知本实验需要平衡摩擦力。 （2）小车的加速度大小 （3）根据题图乙可知，当有一定大小的外力作用在小车上时，小车的加速度仍为零，可知平衡摩擦力不足，若要使得到的图像为一条过原点的直线，则应增大导轨的倾角。 （4）根据，可得 结合题图乙有 解得 【变式训练1】某校物理兴趣小组用如图所示的装置来探究加速度与力、质量的关系。气垫导轨上质量为的滑块通过轻质细绳绕过轻质动滑轮与拉力传感器相连，动滑轮下悬挂质量为的钩码，滑块上遮光条宽度为。 （1）实验过程中________（选填“需要”或“不需要”）满足滑块的质量远大于钩码的总质量； （2）实验时，小组同学每次均从相同位置释放滑块，测得滑块处于静止释放位置时遮光条与光电门中心间的距离为； （3）释放滑块，记录下遮光条通过光电门的时间和拉力传感器的示数。可以得到滑块经过光电门时滑块的速度大小________（用，表示）；滑块加速度大小________（用，，表示）； （4）保持滑块质量不变，改变悬挂钩码个数，多次实验，根据多组、数据，以为纵轴、为横轴建立直角坐标系，画出图像是一条过原点的倾斜直线，则可得到的实验结论为_________________________________________ （5）保持拉力传感器的示数不变，改变滑块的质量，多次实验，根据多组、M数据，以为纵轴、M为横轴建立直角坐标系，画出如图所示的图像，则_______________（填“可以”或“不可以”）得出合外力不变时，加速度与质量成反比。 （6）小组同学继续用上述装置“验证机械能守恒定律”，已知当地重力加速度为。若满足关系式_____________________时，则证明运动过程中系统机械能守恒。（用题目中的，，，，，表示） 【答案】 不需要 滑块质量不变时，加速度与合外力成正比 不可以 【详解】（1）因为实验中通过拉力传感器可以直接测量拉力的大小，所以不需要满足小车的质量远大于钩码的总质量。 （3）[1]测得遮光条通过光电门的时间，则滑块经光电门时的速度为 [2]由公式，可得 （4）若不计一切阻力，由牛顿第二定律，可得 可得到的实验结论为滑块质量不变时，加速度与合外力成正比。 （5）不能根据图像准确判断是否满足反比例函数关系，所以不可以。 （6）设滑块的速度为v，由题可知钩码的速度大小始终等于滑块速度大小的一半，因此钩码下降的高度为 根据系统机械能守恒可得 又因为 联立可得 如果满足 就可以证明运动过程中系统机械能守恒。 【变式训练2】某同学利用如图所示的装置研究加速度与外力的关系。将力传感器安装在置于光滑水平轨道的小车上，通过细绳绕过光滑定滑轮悬挂钩码。位移传感器安装在小车和轨道一端。 (1)开始实验后，依次按照如下步骤操作： ①同时打开力传感器和位移传感器； ②释放小车，DIS记录下小车的运动和受力情况； ③关闭传感器，根据图像记录下绳子拉力F和小车加速度a。某次释放小车后得到的图像如图所示。根据图像，此次操作应记录下的外力F大小为_____N，加速度a为______m/s2。 ④改变钩码质量，重复上述步骤。 (2)利用上述器材得到多组数据并作出图像，如图所示，则（　　） A．理论上小车质量越大，直线斜率也越大 B．如果直线不过原点可能是因为轨道没有调整到水平 C．如果小车受到水平轨道的摩擦阻力，直线斜率会变小 D．随着实验中拉力增大，图像可能会出现弯曲 【答案】(1) 0.815 1.64 (2)B 【详解】（1）[1]由图可知物体运动起来后，力传感器示数为0.815N，即此次操作应记录下的外力F大小为0.815N。 [2]图斜率表示加速度，由图可知加速度大小为 （2）A。根据 整理得 可知图像斜率越大，小车质量越小，因此理论上小车质量越大，直线斜率也越小，故A错误； B．因轨道是光滑的，直线不过原点可能是轨道右端偏高，即因为轨道没有调整到水平，故B正确； C．如果小车受到水平轨道的摩擦阻力，则有 整理得 可知直线斜率不变，仍为，故C错误； D．因为用力传感器测量小车受到的拉力，则即使随着实验中钩码质量增大，图像也不会出现弯曲，故D错误。 故选B。 考向2 实验思路的改进和创新【重】 例2(1)为了探究小车质量一定时，加速度a与其受到的合外力F的关系，设计了如图所示的装置：在桌面上放一块固定有定滑轮的木板，细绳的一端固定在小车上，另一端绕过定滑轮悬挂钩码，连接小车的细绳始终平行于木板，反复调节木板下方垫片的位置，直到轻推小车，小车通过光电门1、2的_______，此时小车受力平衡。 (2)若通过光电门1的时间大于通过光电门2的时间，则应将垫片向_______（选填“左”或“右”）移动恰当的距离； (3)若钩码质量为M，重力加速度大小为g，调节垫片的位置使得小车在木板上下滑时受力平衡。现将小车置于图示位置，取下钩码让小车下滑，则小车下滑过程中受到的合外力大小为_______。 【答案】(1)时间相等 (2)右 (3)Mg 【详解】（1）若通过光电门1、2的时间相等，则小车匀速下滑，此时小车受力平衡。 （2）若通过光电门1的时间长，说明小车加速下滑，倾角过大，垫片需要向右端移动。 （3）由于钩码挂上时，小车受力平衡，则钩码取下后，小车受到的合力大小应等于钩码的重力大小，小车受到的合力为Mg。 【变式训练1】某实验小组利用如图所示装置验证牛顿第二定律，不计轻绳、滑轮及传感器的质量，轻绳与滑轮间接触光滑，忽略空气阻力。 (1)为使重物向上加速运动，钩码的质量m与重物的质量M应满足的关系是__________； (2)在重物向上加速运动过程中，关于钩码的加速度大小与重物的加速度大小，有 ； A． B． C． (3)实验所用交流电源频率为50Hz。打点计时器某次打出的纸带如图，图中相邻两点间有4个点未画出，则重物的加速度大小为__________（计算结果保留两位有效数字）； (4)仅增加钩码的个数，得到重物加速度a和传感器示数F的多组数据，画出a-F图像如图所示，图像的斜率为k，若重物的质量M＝__________（用k表示），则说明牛顿第二定律成立。 【答案】(1)2m＞M (2)B (3)2.0 (4) 【详解】（1）为使重物向上加速运动，应满足 （2）当重物上升高度为h时，钩码下降高度为2h，由可知，钩码的加速度为重物的两倍 故选B （3）交流电源频率为50Hz ，周期，相邻两点间有4个点未画出，则相邻点间的时间间隔 用逐差法求加速度 （4）以重物为研究对象，根据牛顿第二定律 解得 图像的斜率，得 【变式训练2】某学生设计了如图甲所示的实验来验证牛顿第二定律。将一端带有光滑定滑轮的长木板放置在水平桌面上，长木板上固定了两个光电门，一根跨过定滑轮的细线一端与置于长木板上的木块栓接，另一端挂上砝码盘；木块上附有遮光条，当在木块上放置N个质量相等的砝码时，木块、砝码及砝码盘构成的系统释放后处于静止状态。已知每个砝码与砝码盘质量均为m，遮光条与光电门2之间的距离为l，测得遮光条的宽度为d，重力加速度为g。 (1)实验时，接通电源，给砝码盘施加向下的拉力，使系统运动起来后迅速撤去拉力，若此后木块依次经过两光电门时，遮光条两次遮光的时间相等，则撤去拉力后，木块在做______（填“匀加速”“匀减速”或“匀速”）直线运动。 (2)再次实验时，撤去光电门1，将木块放在原位置，从木块上取下1个砝码放在盘中，然后将装置由静止释放，记录遮光条遮光的时间，则遮光条通过光电门的速度大小为______（用d、表示）；该过程的加速度大小为______（用d、l、表示）。 (3)逐个将木块上的砝码放在砝码盘中，装置仍由原来的位置静止释放，并记录下改变的砝码数n以及相对应的遮光条的遮光时间t；现以改变的砝码数n为纵轴，若验证物体的加速度与合力成正比，则横轴为______（填“t”“”“”或“”）图像为一条过原点的倾斜直线，如图乙所示；若图像的斜率为k，则木块（含遮光条）的质量为____________（用d、k、l、m、g表示），木块与长木板之间的动摩擦因数为____________（用d、k、l、g表示）。 【答案】(1)匀速 (2) (3) 【详解】（1）遮光条两次遮光的时间相等，则木块在做匀速直线运动，由平衡条件有 （2）[1]遮光条通过光电门的速度大小为 [2]该过程的加速度大小为 （3）[1]根据牛顿第二定律可得 其中 结合可得 可见横轴为； [2]依题意有 解得 [3]又因为 可得 真题溯源·考向感知 ——溯源真题逻辑，感知高考考向 1．（2026·河南·高考真题）某实验小组利用图1所示装置验证牛顿第二定律。实验器材有：气垫导轨、滑块、光电门、数字计时器、遮光条、游标卡尺、垫块若干等。完成下列问题： (1)用游标卡尺测量遮光条的宽度，示数如图2所示，则__________mm。 (2)调整好装置，释放滑块。数字计时器记录滑块通过光电门1的遮光时间为，则滑块通过光电门1的速度大小__________（保留2位有效数字）。 (3)记录滑块通过光电门2的遮光时间，计算滑块通过光电门2的速度大小，测出两光电门间距为，则滑块下滑的加速度__________（用、、表示）。测得气垫导轨两支脚间距为，垫高为 ，理论上__________（用、 、重力加速度大小表示），若两者在误差允许范围内相等，即验证了牛顿第二定律。 【答案】(1)5.10 (2)0.50 (3) 【详解】（1）游标卡尺的读数，即遮光条的宽度为 （2）滑块经过光电门的时间极短，用滑块经过光电门的平均速度代替瞬时速度，滑块通过光电门1的速度大小 （3）[1]根据速度位移关系有 可得 [2]根据几何关系可得导轨与水平方向夹角的正弦值为 若不考虑阻力，即理论上，根据牛顿第二定律有 可得 2．（2026·湖北·高考真题）某同学设计了一个验证牛顿第二定律的实验，使用的器材有：直导轨、小车、光电门、数字毫秒计、遮光条、天平、钩码、刻度尺、游标卡尺、定滑轮、细绳等。实验装置如图所示，光电门1、2分别固定在导轨、处，遮光条安装在小车上，连接小车两端的细绳分别跨过左右定滑轮、各悬挂10个质量均为的钩码，定滑轮间的细绳与导轨平行。重力加速度大小为 。实验步骤如下： ⅰ．用天平测量小车和遮光条的总质量 ，用刻度尺测量、间的距离，用游标卡尺测量遮光条的宽度 。 ⅱ．调节导轨倾斜程度，使小车沿导轨向右下滑时通过两个光电门的遮光时间近似相等。 ⅲ．从左侧细绳取下 个钩码挂到右侧细绳，再从导轨左端静止释放小车，用数字毫秒计测量遮光条经过光电门1、2的遮光时间、。 回答下列问题： (1)步骤ⅱ操作的主要目的是__________。 (2)由牛顿第二定律，小车的加速度大小 __________（用、 、 和 表示）。 (3)步骤ⅲ中测得的小车加速度大小 __________（用 、、和表示）。 (4)该同学根据测出的多组、 值，作出图像。若该图像近似是一条通过原点的直线，则可以验证：质量一定时，物体的加速度与所受合外力成__________。 (5)若图像明显不过原点，原因可能是__________（单选，填标号）。 A．步骤ⅲ中小车没有从静止释放 B．步骤ⅱ中导轨的倾斜程度调节不恰当 C．钩码质量没有远小于小车和遮光条的总质量 【答案】(1)平衡摩擦力 (2) (3) (4)正比 (5)B 【详解】（1）通过两个光电门的遮光时间近似相等，可知速度相等，小车做匀速运动，故步骤ⅱ的主要目的是平衡摩擦力； （2）根据牛顿第二定律，对整体 解得小车的加速度大小为 （3）根据运动学公式有 解得 （4）根据前面分析有 可知当图像为一条过原点的直线，当质量一定时，物体的加速度与所受到的合外力成正比； （5）A．小车没有从静止释放，不影响测量的加速度大小，故不会使图像不过原点，故A错误； B．导轨的倾斜程度调节不恰当时，可知平衡摩擦力不足或者过大，根据牛顿第二定律，对整体 得，图像不过原点，故B正确； C．根据前面分析，对整体分析得出加速度表达式，当钩码质量没有远小于小车和遮光条的总质量，对本实验没有影响，故C错误。 故选B。 3．（2025·广西·高考真题）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____。 (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_____。 (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。 (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_____。 【答案】(1)控制变量法 (2)平行 (3)需要；撤出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。 (4) 【详解】（1）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。 （2）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。 （3）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：撤出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。 （4）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 可知 因为 联立解得 4．（2024·天津·高考真题）某同学用图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，部分计数点如下图所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出），测得。已知打点计时器所接交流电源频率为，则小车的加速度_________（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。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，则这两种方式得到的合力差异最大时，槽码质量为_________g。 【答案】(1)B (2)0.51 (3)40 【详解】（1）若补偿摩擦力恰当，则小车应该匀速运动，打出的纸带应该点迹均匀分布，故选B。 （2）每相邻两个计数点间还有4个点未画出，可知T=0.1s；小车的加速度 （3）根据牛顿第二定律，对砝码 mg-T=ma 对小车 T=Ma 可得 则当m较小时传感器的示数越接近与砝码的重力mg；m越大，则传感器的示数与砝码重力的差异越大，即这两种方式得到的合力差异最大时，槽码质量为40g。 5．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）下图为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。 (1)实验中应将木板__________________（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图像如图所示，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） 0.2 0.618 0.33 0.482 0.40 0.403 0.50 0.317 1.00 0.152 A．图像 B．图像 C．图像 D．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，_________（填“甲”或“乙”）同学的方法可以更好地减小误差。 【答案】(1)一端垫高 (2)AC (3)乙 【详解】（1）实验需补偿阻力，消除木板对小车的阻力的影响，应将木板一端垫高，使小车在无拉力时能匀速运动。 （2）A.作出图像，可以将图像“化曲为直”，便于判断，a与m是否成反比关系，故A正确； B．作出图像，无法体现a与m是否成反比关系，故B错误； C．作出图像，若a与m是成反比关系，有为定值，则图像是一条平行于横轴的直线，可间接判断a与m是否成反比关系，故C正确； D．作出图像，无法体现a与m是否成反比关系，故D错误。 故选AC。 （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（m为槽码总质量），但随着m增大，不满足条件，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，总质量不变（M为小车质量，m为槽码质量），拉力（当时近似，但实际总质量不变），拉力更接近理论值，系统误差更小，故乙同学方法更好。 6．（2025·安徽·高考真题）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 (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和a随时间t变化的散点图，以竖直向上为正方向。时，物体处于___________（选填“超重”或“失重”）状态；以为横轴、a为纵轴，根据实验数据拟合得到的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，其图像为图丁中的图线___________。（选填“b”“c”或“d”） 【答案】(1)c (2) 失重 d 【详解】（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]根据图像可知时，加速度方向竖直向下，故处于失重状态； [2]对物体根据牛顿第二定律 整理得 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，其图像为图丁中的图线d。 7．（2025·浙江·高考真题）“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。 (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，打下计数点3时小车速度为_____（保留三位有效数字）。 (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 (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，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_____mm，则滑块加速度_____（用题中所给物理量符号表示）。 【答案】(1)0.390 (2)CD (3) 10.00 【详解】（1）相邻计数点间的时间间隔T=0.1s打计数点3时的速度 （2）A．平衡摩擦力时满足 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； B．电火花计时器需要接220V交流电源，选项B错误； C．调节滑轮高度，使牵引小车的细线根长木板保持平行，选项C正确； D．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。 （3）[1]遮光条宽度d=10mm+0.05mm×0=10.00mm [2]经过两光电门时的速度分别为 根据 解得 8．（2024·甘肃·高考真题）用图1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______（单选，填正确答案标号）。 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2所示，相邻两点之间的距离分别为，时间间隔均为T。下列加速度算式中，最优的是______（单选，填正确答案标号）。 A． B． C． D． (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图像如图3所示。 由图可知，在所受外力一定的条件下，a与M成______（填“正比”或“反比”）；甲组所用的______（填“小车”、“砝码”或“槽码”）质量比乙组的更大。 【答案】(1)B (2)D (3) 反比 槽码 【详解】（1）A．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； B．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； C．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； D．根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小车，故D错误。 故选B。 （2）根据逐差法可知 联立可得小车加速度表达式为 故选D。 （3）[1]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； [2]设槽码的质量为m，则由牛顿第二定律 化简可得 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。 9．（2024·广东·高考真题）下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。 (1)图甲是“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验装置示意图。图中木板右端垫高的目的是_____。图乙是实验得到纸带的一部分，每相邻两计数点间有四个点未画出。相邻计数点的间距已在图中给出。打点计时器电源频率为50Hz，则小车的加速度大小为_____（结果保留3位有效数字）。 (2)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，某同学用50分度的游标卡尺测量一例柱体的长度，示数如图丙所示，图丁为局部放大图，读数为_____cm。 (3)在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏。遮光筒不可调节。打开并调节_____。使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮。取下光屏，装上单缝、双缝和测量头。调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到_____。 【答案】(1) 平衡摩擦力 2.86 (2)4.108 (3) 光源 干涉条纹 【详解】（1）[1]木板右端抬高的目的是平衡摩擦力； [2]小车的加速度大小 （2）游标卡尺读数为 41mm+4×0.02mm=41.08mm=4.108cm （3）[1][2]在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏，遮光筒不可调节，打开并调节光源，使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮，取下光屏，装上、双缝和测量头，调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到干涉条纹。 10．（2024·江西·高考真题）某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图（a）所示，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定一遮光片，细线一端与小车连接，另一端跨过定滑轮挂上钩码。 （1）实验前调节轨道右端滑轮高度，使细线与轨道平行，再适当垫高轨道左端以平衡小车所受摩擦力。 （2）小车的质量为。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度a。钩码所受重力记为F，作出图像，如图（b）中图线甲所示。 （3）由图线甲可知，F较小时，a与F成正比；F较大时，a与F不成正比。为了进一步探究，将小车的质量增加至，重复步骤（2）的测量过程，作出图像，如图（b）中图线乙所示。 （4）与图线甲相比，图线乙的线性区间____________，非线性区间____________。再将小车的质量增加至，重复步骤（2）的测量过程，记录钩码所受重力F与小车加速度a，如表所示（表中第组数据未列出）。 序号 1 2 3 4 5 钩码所受重力 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 小车加速度 0.26 0.55 0.82 1.08 1.36 序号 6 7 8 15 钩码所受重力 0.120 0.140 0.160 …… 0.300 小车加速度 1.67 1.95 2.20 …… 3.92 （5）请在图（b）中补充描出第6至8三个数据点，并补充完成图线丙_________。 （6）根据以上实验结果猜想和推断：小车的质量____________时，a与F成正比。结合所学知识对上述推断进行解释：______________________。 【答案】 较大 较小 远大于钩码质量 见解析 【详解】（4）[1][2]由题图（b）分析可知，与图线甲相比，图线之的线性区间较大，非线性区间较小； （5）[3]在坐标系中进行描点，结合其他点用平滑的曲线拟合，使尽可能多的点在线上，不在线上的点均匀分布在线的两侧，如下图所示 （6）[4][5]设绳子拉力为，对钩码根据牛顿第二定律有 对小车根据牛顿第二定律有 联立解得 变形得 当时，可认为 则 即a与F成正比。 34 / 34 学科网（北京）股份有限公司 $