第16课时 实验四_探究加速度与物体受力、物体质量的关系-（Word试题版）【创新大课堂】2027年高三物理一轮总复习

**基本信息** 聚焦牛顿第二定律实验，整合基础操作与创新探究，适配高中物理一轮复习，含2025年联考及山东卷真题实例。 **题型特征** |题型|题量/分值|知识覆盖|命题特色| |----|-----------|----------|----------| |实验题|多题综合|加速度与力、质量关系的实验原理、操作、数据处理及创新应用|结合最新模拟题与高考真题，分层设计基础技能与创新实验，突出科学探究与误差分析|

第16课时 实验四：探究加速度与物体受力、物体质量的关系 考点一 实验技能储备 1. 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 【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。 【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。 【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。 【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）平衡阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，使小车能______下滑。 （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，编上号码。 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。 【数据处理】 （1）利用逐差法或图像法求。 （2）以为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明与成正比。 （3）以为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定与成反比。 【注意事项】 （1）开始实验前首先平衡阻力：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平衡______。在平衡阻力时，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平衡阻力。 （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______，且应在小车碰到滑轮前按住小车。 【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）平衡阻力不准确、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。 [例1]（2025・福建省福宁古五校期中联考） 2. 用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。 （1）除了图中所给器材以及交变电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是_______（选填正确选项的字母）。 A. 秒表 B. 天平（含砝码） C. 弹簧测力计 D. 刻度尺 （2）实验前补偿阻力的做法是：把实验器材安装好，先不挂沙桶，将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。用垫块把木板不带滑轮一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直到小车拖动纸带沿木板做______运动。 （3）为使沙桶和沙的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需满足的条件是沙桶及沙的总质量_______小车的总质量。（选填“远大于”“远小于”或“近似等于”） （4）实验中打出的一条纸带的一部分如图乙所示。纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C，相邻计数点之间还有4个点没有标出。打点计时器接在频率为50 Hz的交变电源上。则打点计时器打B点时，小车的速度vB＝_______ m/s。多测几个点的速度作出v－t图像，就可以算出小车的加速度。 （5）为探究加速度和力的关系，要保证________的总质量不变，改变沙桶内沙的质量，重复做几次实验，通过实验数据来研究加速度和力的关系。 （6）在探究加速度与力的关系时，该同学根据实验数据作出的a－F图像如图丙所示，发现该图线不通过坐标原点且BC段明显偏离直线，分析其产生的原因，下列说法正确的是________。 A. 不通过坐标原点可能是因为补偿阻力不足 B. 不通过坐标原点可能是因为补偿阻力过度 C. 图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满足远小于小车总质量的条件 D. 图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满足远大于小车总质量的条件 （7）在探究加速度与质量的关系时，要保证沙和沙桶的质量不变。若沙和沙桶的总质量m与小车的总质量M间的关系不满足第（3）问中的条件，且已正确补偿阻力，由实验数据作出a－图线，则图线应如图中的_______所示（选填正确选项的字母）。 A. B. C. D. 考点二 探索创新实验 [例2] （2025・山东卷） 3. 某小组采用如图甲所示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轨道上，选择宽度为d的遮光片固定在小车上，调整轨道倾角，用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连。选用________（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）将小车自轨道右端由静止释放，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、，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，计算小车的加速度________（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，根据数据拟合出图像，如图乙所示。若要得到一条过原点的直线，实验中应________（填“增大”或“减小”）轨道的倾角。 （4）图乙中直线斜率的单位为________（填“”或“”）。 [例3] 4. 做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图甲是教材中的实验方案；图乙是拓展方案，其实验操作步骤如下： （ⅰ）挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑； （ⅱ）取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a； （ⅲ）改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到的关系。 ①实验获得如图所示的纸带，已知打点计时器所用交流电频率为，计数点a、b、c、d、e、f间均有四个点未画出，则在打d点时小车的速度大小_____（保留两位有效数字）； ②需要满足条件的方案是_____（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）；在作图象时，把作为F值的是_____（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）。 第16课时 实验四：探究加速度与物体受力、物体质量的关系 考点一 实验技能储备 【1题答案】 【答案】 ①. 合外力 ②. 质量 ③. ④. ⑤. 牵引力 ⑥. 匀速 ⑦. 接通电源 ⑧. 放开小车 ⑨. 小车和纸带受到的阻力 ⑩. ⑪. 打点计时器 ⑫. 接通电源 ⑬. 释放小车 【解析】 【详解】[1][2][3][4][5][6][7][8][9]解析略 [10]设绳的拉力为F，对槽码由牛顿第二定律得 对小车由牛顿第二定律得 联立得 只有当m≫m′时， [11][12][13]解析略 [例1]（2025・福建省福宁古五校期中联考） 【2题答案】 【答案】（1）BD （2）匀速直线 （3）远小于 （4）0.44 （5）小车 （6）AC （7）C 【解析】 【小问1详解】 利用天平测量质量，利用打点计时器可以计时，打出的纸带需测量长度求加速度，所以需要天平和刻度尺。 故选BD。 【小问2详解】 补偿阻力时应使小车拖动纸带在木板上做匀速直线运动。 【小问3详解】 为使沙桶及沙的重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需要使沙桶及沙的总质量远小于小车的总质量。 【小问4详解】 纸带上相邻计数点时间间隔为 由某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间运动过程的平均速度，可得 【小问5详解】 探究加速度与力的关系时，需要保持小车的总质量不变。 【小问6详解】 AB．从题图丙可以看出，图像不过原点，即当F为某一值时，但加速度却为零，所以是未补偿阻力或补偿阻力不足。故A正确；B错误； CD．随着拉力F增大（即沙桶及沙的重力增大），已经不满足沙桶及沙的总质量远小于小车总质量的条件，造成BC段弯曲。故C正确；D错误。 故选AC。 【小问7详解】 在探究加速度与质量的关系时，由于补偿了阻力，所以图像过原点，且分别对沙桶及沙和小车受力分析，由牛顿第二定律可得 mg－FT＝ma，FT＝Ma 联立，解得 因为保证了沙和沙桶的质量不变，所以由实验数据作出a－图线，不会发生弯曲。 故选C。 考点二 探索创新实验 [例2] （2025・山东卷） 【3题答案】 【答案】（1）1.00 （2） （3）增大 （4） 【解析】 【小问1详解】 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，选择宽度较小的的遮光片； 【小问2详解】 根据加速度的定义式可得 【小问3详解】 根据图像可知当有一定大小的外力F时此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，故实验中应增大轨道的倾角； 【小问4详解】 图乙中直线斜率为，根据可知直线斜率单位为。 [例3] 【4题答案】 【答案】 ①. 0.18～0.19 ②. 甲 ③. 甲和乙 【解析】 【详解】①[1]．打点计时器打点周期 由匀加速直线运动中，平均速度等于中间时刻的瞬时速度可得，在打d点时小车的速度 ②[2][3]．在图甲的实验方案中，由托盘和砝码的重力提供拉力，让小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得 则 则绳子对小车的拉力 当时，绳子拉力近似等于托盘和砝码的重力。 故甲需要满足。 在图乙的实验方案中，挂上托盘和砝码，小车匀速下滑，设斜面的倾斜角为，斜面和纸带对小车的摩擦力或阻力总和为f，则有 取下托盘和砝码，小车做匀加速直线运动，由牛顿第二定律可得 即 故乙方案中，不需要满足。 在甲乙方案中，均用托盘和砝码的重力mg作为小车匀加速的直线运动的合力及F。 第1页/共1页 学科网（北京）股份有限公司 $