第11讲 实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系（专项训练）（上海专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

**基本信息** 聚焦牛顿第二定律实验的原理、数据处理与误差分析，通过基础-重难-真题三级进阶，系统构建实验方法体系，培养科学探究与科学思维素养。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |模拟·基础演练|6题|控制变量法、图像转换（a-1/m）、误差来源分析|实验原理→数据处理→误差分析| |重难·创新演练|4题|实验改进与数据处理创新|基础方法→创新拓展| |真题·实战演练|1题|综合应用与迁移能力|方法迁移→实际应用|

第11讲 实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系 目录 模拟·基础演练 2 ⏳题型01 实验过程和原理 2 ⏳题型02 实验误差分析 4 重难·创新演练 7 真题·实战演练 9 模拟·基础演练 考查重点：探究加速度与合外力、物体质量关系实验的基本原理、步骤，以及实验数据和误差的分析方法。 ⏳题型01 实验过程和原理 1．（25-26高一上·上海闵行·阶段检测）“用探究加速度与物体质量的关系”时，我们用了如图所示的装置，请完成以下问题。 （1）下列做法中正确的是( ) A．要控制小车和钩码的质量都不变 B．要控制小车的质量不变，改变钩码的质量 C． 要控制钩码的质量不变，改变小车的质量 D．小车和钩码的质量都要改变 （2）实验中测得了下表所示的5组数据，并已在坐标平面上画出部分数据点，请在图中画出第4组数据对应的数据点，然后作出的关系图线。____________ 组别 1 2 3 4 5 a/(m·s-2) 0.33 0.28 0.25 0.22 0.20 m/(kg) 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 （3）为进一步确定加速度与质量的关系，应画___________图像。   （4）本实验得到的结论是：____________。 【答案】（1） C （2）见解析 （3） （4）在外力不变时，加速度与质量成反比 【解析】（1）[1]该实验是探究加速度与质量的关系，采用控制变量法进行研究，所以要控制钩码的质量不变，改变小车的质量。故选C。 （2）[2]在坐标系中找到第4个点，描点连线如图 （3）[3]由于，所以图象应是一条过原点的直线，所以数据处理时，为进一步确定加速度与质量的关系，应画图像。   （4）[4]本实验得到的结论是：在外力不变时，加速度与质量成反比。 2．（24-25高一上·上海·期末）在“用DIS探究牛顿第二定律”实验中，实验装置如图（甲）所示，其中传感器采用分离式位移传感器。 （1）在“用DIS实验研究加速度与质量的关系”实验中，描绘出的关系如图（乙）所示，为进一步确定加速度与质量的关系，应画 图像； （2）在“用DIS实验研究加速度与力的关系”实验中，由于没有平衡摩擦力，得到如图（丙） 所示的图像，由图线可知，小车的总质量为 kg，物体与轨道间的动摩擦因数μ为 。（取） 【答案】（1） （2） 0.3 【详解】（1）在“用DIS实验研究加速度与质量的关系”实验中，描绘出的关系如图（乙）所示，为进一步确定加速度与质量的关系，应画图像； （2）[1][2]以小车为对象，根据牛顿第二定律可得 可得 由图像可得 ， 解得小车的总质量为 物体与轨道间的动摩擦因数为 ⏳题型02 实验误差分析 3．（2025高一·上海·专题练习）某同学在做“探究加速度与力和质量的关系”实验时，采用了课本上案例的装置，由于没有考虑重物的质量，结果得到的图像可能是下图中的哪一个？（    ） A．  B．  C．  D． 【答案】D 【详解】以小车为对象，根据牛顿第二定律可得 以重物为对象，根据牛顿第二定律可得 联立可得 当满足时，有 可知图像的斜率保持不变；当不满足时，有 可知随着越小，即越大，图像的斜率逐渐减小，图线向下弯曲。 故选D。 4．（24-25高一上·上海·阶段练习）“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”的实验装置如图（a）所示； （1）当重物加速向下运动时，小车所受的拉力的大小 （选填“大于”、“小于”或“等于”）重物所受重力的大小。当重物的质量 （选填“远大于”、“近似于”或“远小于”）小车的质量时，小车所受的拉力的大小近似等于重物所受重力的大小； （2）为减小误差，改进了实验装置，将力传感器内置于小车与绳子相连处，如图（b），并以力传感器示数表示拉力F，从理论上分析，该实验图像的斜率将 。（选填“变大”、“变小”或“不变”） 【答案】（1）小于 远小于 （2）变大 【详解】（1）[1][2]当重物加速向下运动时，对重物mg-T=ma 对小车T=Ma 可得 当M>>m时可认为T=mg。 当重物加速向下运动时，则小车所受的拉力的大小小于重物所受重力的大小。当重物的质量远小于小车的质量时，小车所受的拉力的大小近似等于重物所受重力的大小； （2）根据牛顿第二定律得，加力传感器时 知图线的斜率表示小车质量的倒数；挂重物时 图线的斜率表示系统质量的倒数，可知用力传感器时图线的斜率变大。 （25-26高一上·上海闵行·阶段检测）教材中提到：“可以证明，当重物的质量远小于小车的质量时，小车所受拉力F的大小近似等于重物所受重力的大小”，现在我们来尝试证明和修正。 5．如图所示，钩码质量为m，小车质量为M，忽略绳子的重力与一切摩擦力，证明：在M远大于m的情况下，小车所受绳子上的拉力T近似等于mg。 6．小嘉同学不喜欢这样的近似，所以小嘉同学利用如图所示的装置，来改进探究加速度与物体受力的关系的实验。图中AB为两个光电门，C为固定在凹槽上的挡光片。设挡光片的宽度为d，两光电门间的距离为x。实验时凹槽每次都从同一位置由静止释放，研究对象为凹槽、内部的砝码及钩码组成的系统。 （1）为了尽可能减小实验误差，挡光片的宽度为d应该________（A．尽可能大B．尽可能小C．无影响）。实验前（凹槽中不放钩码），移动小木块，使凹槽能在长木板上匀速运动，这一步操作的目的是________；在右边的方框内画出凹槽匀速运动时的受力示意图___________。 （2）实验中，光电门传感器可以测量挡光片经过光电门AB所用的时间tA、tB，则加速度a的表达式为________。（用、、d、x表示） （3）记录所悬挂钩码的质量，释放凹槽，测出对应的加速度。后逐个将悬挂钩码移到凹槽中，重复实验，则下列能正确反映加速度a与悬挂钩码的重力mg之间的关系的是( ) A．B．C．D． （4）按上述方案进行实验，________（A．需要　B．不需要）凹槽（包括内部的砝码）的总质量远大于右边钩码的质量；________（A．需要　B．不需要）每次释放凹槽的位置相同。 【答案】5．见解析 6． B 平衡摩擦力 见解析 C B B 【详解】 5．运动过程中，设小车加速度大小为a， 根据牛顿第二定律，对小车、钩码分别有， 联立解得 可知当M远大于m的情况下，小车所受绳子上的拉力T近似等于mg。 6．[1]挡光片宽度越小，通过光电门的平均速度越接近瞬时速度，误差越小，故填B。 [2]实验前（凹槽中不放钩码），移动小木块，使凹槽能在长木板上匀速运动，目的是平衡摩擦力， 确保后续实验中系统合力等于钩码重力。 [3]凹槽匀速运动时，受重力、支持力、摩擦力，凹槽受力如图所示 [4]挡光片经过光电门AB时速度大小分别为 根据 联立解得 [5]实验中研究对象是“凹槽、砝码、钩码” 的系统，所挂的钩码重力mg即为系统的合力，系统总质量M（钩码移到凹槽内，总质量不变），由 可知图像一条为过原点的倾斜直线，可知C选项符合题意。 故选C。 [6][7]根据以上实验原理，可知该实验不需要凹槽（包括内部的砝码）的总质量远大于右边钩码的质量（填B），也不需要从同一位置释放（填B）。 重难·创新演练 设题创新：探究加速度与合外力、物体质量关系实验的实验数据处理方法和误差分析方法。 （25-26高一上·上海浦东新·阶段检测）为了研究物体加速度a与所受外力F的关系，沈老师设计的实验装置如图．在附有标尺的轨道上固定一光电门传感器，小车上装有一挡光片。测量钩码的质量（保证远小于小车质量），其重力大小作为绳中拉力大小。由静止释放小车，记录挡光片经过光电门的挡光时间。改变悬挂的钩码个数，从同一位置释放小车获取多组数据。 1．为了实验准确，挡光片的宽度d应选择（    ） A．1cm B．2cm C．4cm D．6cm 2．为了使细线中的拉力等于小车的合外力，实验开始前需要进行的操作是______。 3．已知细线与轨道平行时小车的加速度为，若滑轮位置偏低导致细线与轨道不平行，其他条件不变，小车的加速度为，则（    ） A． B． C． 4．已知钩码质量为，小车质量为m，挡光片宽度为d，小车到光电门的距离为L，小车所受合力为绳中拉力。若钩码重力和绳中拉力的差异不可忽略，求挡光片的挡光时间，重力加速度为g。 【答案】1．A 2．调整定滑轮的高度，使细线与轨道平行，并将轨道一端垫高，以平衡摩擦力 3．A 4． 【解析】1．挡光片的宽度越窄，挡光片通过光电门的平均速度越接近挡光片通过光电门的瞬时速度。 故选A。 2．为了使细线中的拉力等于小车的合外力，需调整定滑轮的高度，使细线与轨道平行，然后将轨道垫高，使小车在不受外力时能够做匀速直线运动，即平衡小车受到的摩擦力。 3．细线与轨道平行时小车的加速度由拉力提供，加速度大小为a1，若滑轮位置偏低导致细线与轨道不平行，则由拉力的分力提供小车的加速度，加速度的大小a2偏小，即a1>a2 故选A。 4．根据上述分析可知，小车通过光电门的速度为 由匀变速直线运动规律可得 结合牛顿第二定律可得 联立解得 真题·实战演练 高频考点：探究加速度与合外力、物体质量关系的创新实验。 1．（25-26高一上·上海闵行·阶段检测）有一组同学，受天宫课堂的启发，设计了图（甲）测量物体质量的实验装置：滑块上固定有条形挡光片与力传感器（在滑块侧面），细线的两端分别连接在力传感器上和钩码上。当滑块通过、两个光电门时，光束被遮挡的时间、可以被数字计时器测量并记录。已知挡光片的宽度为，光电门间的距离为。 （1）调节气垫导轨下面的螺钉，在不挂钩码的情况下轻推滑块，如果______（选填“=”“<”或“>”），说明气垫导轨已水平； （2）以下操作能提高实验精确度的是（　　） A．让钩码的总质量远小于小车的质量 B．选用宽度较小的挡光片进行实验 C．适当增加两光电门间的距离 （3）本实验中，计算滑块加速度的表达式为____（用、、、表示）； （4）该同学先保持滑块（包括传感器及挡光片）的质量不变，改变所挂钩码的质量，多次重复测量，作 出图线如图乙中Ⅰ所示，由此可得____（结果保留两位有效数字）； （5）在滑块上固定待测物体，重复（4）中操作，在图（乙）中作出图线Ⅱ，则____（结果保留两位有效数字）。 【答案】（1）= （2）BC （3） （4） （5） 【详解】（1）调节气垫导轨下面的螺钉，在不挂钩码的情况下轻推滑块，若滑块做匀速直线运动，则滑块通过光电门速度相同，即光电门的遮光时间相同，即 证明气垫导轨已水平。 （2）A．本实验存在力传感器，示数是滑块的合外力，不需要满足钩码的总质量远小于小车的质量，故A错误； B．用极短时间内的平均速度表示瞬时速度，则挡光板越窄，平均速度表示瞬时速度越准确，故B正确； C．适当增加两光电门间的距离，可减小因测量带来的相对误差，故C正确。 故选BC。 （3） 滑块经过光电门的速度为 根据公式 解得 （4） 由于 Ⅰ所示直线的斜率 则 （5） Ⅱ图像的斜率表示 解得 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $ 第11讲 实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系 目录 模拟·基础演练 2 ⏳题型01 实验过程和原理 2 ⏳题型02 实验误差分析 3 重难·创新演练 5 真题·实战演练 6 模拟·基础演练 考查重点：探究加速度与合外力、物体质量关系实验的基本原理、步骤，以及实验数据和误差的分析方法。 ⏳题型01 实验过程和原理 1．（25-26高一上·上海闵行·阶段检测）“用探究加速度与物体质量的关系”时，我们用了如图所示的装置，请完成以下问题。 （1）下列做法中正确的是( ) A．要控制小车和钩码的质量都不变 B．要控制小车的质量不变，改变钩码的质量 C． 要控制钩码的质量不变，改变小车的质量 D．小车和钩码的质量都要改变 （2）实验中测得了下表所示的5组数据，并已在坐标平面上画出部分数据点，请在图中画出第4组数据对应的数据点，然后作出的关系图线。____________ 组别 1 2 3 4 5 a/(m·s-2) 0.33 0.28 0.25 0.22 0.20 m/(kg) 0.30 0.35 0.40 0.45 0.50 （3）为进一步确定加速度与质量的关系，应画___________图像。   （4）本实验得到的结论是：____________。 2．（24-25高一上·上海·期末）在“用DIS探究牛顿第二定律”实验中，实验装置如图（甲）所示，其中传感器采用分离式位移传感器。 （1）在“用DIS实验研究加速度与质量的关系”实验中，描绘出的关系如图（乙）所示，为进一步确定加速度与质量的关系，应画 图像； （2）在“用DIS实验研究加速度与力的关系”实验中，由于没有平衡摩擦力，得到如图（丙） 所示的图像，由图线可知，小车的总质量为 kg，物体与轨道间的动摩擦因数μ为 。（取） ⏳题型02 实验误差分析 3．（2025高一·上海·专题练习）某同学在做“探究加速度与力和质量的关系”实验时，采用了课本上案例的装置，由于没有考虑重物的质量，结果得到的图像可能是下图中的哪一个？（    ） A．  B．  C．  D． 4．（24-25高一上·上海·阶段练习）“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”的实验装置如图（a）所示； （1）当重物加速向下运动时，小车所受的拉力的大小 （选填“大于”、“小于”或“等于”）重物所受重力的大小。当重物的质量 （选填“远大于”、“近似于”或“远小于”）小车的质量时，小车所受的拉力的大小近似等于重物所受重力的大小； （2）为减小误差，改进了实验装置，将力传感器内置于小车与绳子相连处，如图（b），并以力传感器示数表示拉力F，从理论上分析，该实验图像的斜率将 。（选填“变大”、“变小”或“不变”） （25-26高一上·上海闵行·阶段检测）教材中提到：“可以证明，当重物的质量远小于小车的质量时，小车所受拉力F的大小近似等于重物所受重力的大小”，现在我们来尝试证明和修正。 5．如图所示，钩码质量为m，小车质量为M，忽略绳子的重力与一切摩擦力，证明：在M远大于m的情况下，小车所受绳子上的拉力T近似等于mg。 6．小嘉同学不喜欢这样的近似，所以小嘉同学利用如图所示的装置，来改进探究加速度与物体受力的关系的实验。图中AB为两个光电门，C为固定在凹槽上的挡光片。设挡光片的宽度为d，两光电门间的距离为x。实验时凹槽每次都从同一位置由静止释放，研究对象为凹槽、内部的砝码及钩码组成的系统。 （1）为了尽可能减小实验误差，挡光片的宽度为d应该________（A．尽可能大B．尽可能小C．无影响）。实验前（凹槽中不放钩码），移动小木块，使凹槽能在长木板上匀速运动，这一步操作的目的是________；在右边的方框内画出凹槽匀速运动时的受力示意图___________。 （2）实验中，光电门传感器可以测量挡光片经过光电门AB所用的时间tA、tB，则加速度a的表达式为________。（用、、d、x表示） （3）记录所悬挂钩码的质量，释放凹槽，测出对应的加速度。后逐个将悬挂钩码移到凹槽中，重复实验，则下列能正确反映加速度a与悬挂钩码的重力mg之间的关系的是( ) A．B．C．D． （4）按上述方案进行实验，________（A．需要　B．不需要）凹槽（包括内部的砝码）的总质量远大于右边钩码的质量；________（A．需要　B．不需要）每次释放凹槽的位置相同。 重难·创新演练 设题创新：探究加速度与合外力、物体质量关系实验的实验数据处理方法和误差分析方法。 （25-26高一上·上海浦东新·阶段检测）为了研究物体加速度a与所受外力F的关系，沈老师设计的实验装置如图．在附有标尺的轨道上固定一光电门传感器，小车上装有一挡光片。测量钩码的质量（保证远小于小车质量），其重力大小作为绳中拉力大小。由静止释放小车，记录挡光片经过光电门的挡光时间。改变悬挂的钩码个数，从同一位置释放小车获取多组数据。 1．为了实验准确，挡光片的宽度d应选择（    ） A．1cm B．2cm C．4cm D．6cm 2．为了使细线中的拉力等于小车的合外力，实验开始前需要进行的操作是______。 3．已知细线与轨道平行时小车的加速度为，若滑轮位置偏低导致细线与轨道不平行，其他条件不变，小车的加速度为，则（    ） A． B． C． 4．已知钩码质量为，小车质量为m，挡光片宽度为d，小车到光电门的距离为L，小车所受合力为绳中拉力。若钩码重力和绳中拉力的差异不可忽略，求挡光片的挡光时间，重力加速度为g。 真题·实战演练 高频考点：探究加速度与合外力、物体质量关系的创新实验。 1．（25-26高一上·上海闵行·阶段检测）有一组同学，受天宫课堂的启发，设计了图（甲）测量物体质量的实验装置：滑块上固定有条形挡光片与力传感器（在滑块侧面），细线的两端分别连接在力传感器上和钩码上。当滑块通过、两个光电门时，光束被遮挡的时间、可以被数字计时器测量并记录。已知挡光片的宽度为，光电门间的距离为。 （1）调节气垫导轨下面的螺钉，在不挂钩码的情况下轻推滑块，如果______（选填“=”“<”或“>”），说明气垫导轨已水平； （2）以下操作能提高实验精确度的是（　　） A．让钩码的总质量远小于小车的质量 B．选用宽度较小的挡光片进行实验 C．适当增加两光电门间的距离 （3）本实验中，计算滑块加速度的表达式为____（用、、、表示）； （4）该同学先保持滑块（包括传感器及挡光片）的质量不变，改变所挂钩码的质量，多次重复测量，作 出图线如图乙中Ⅰ所示，由此可得____（结果保留两位有效数字）； （5）在滑块上固定待测物体，重复（4）中操作，在图（乙）中作出图线Ⅱ，则____（结果保留两位有效数字）。 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 $