第6讲 实验4：探究加速度与物体受力、物体质量的关系 专项训练 -2027届高考物理一轮复习

**基本信息** 聚焦“探究加速度与力、质量关系”实验，以科学探究为主线，系统整合实验原理、操作规范与数据处理方法，构建“原理-操作-分析”三阶逻辑体系。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |实验原理与操作|3题（含平衡摩擦力、仪器使用）|控制变量法、平衡摩擦力判断标准、细线平行轨道要点|牛顿第二定律（F=ma）为核心，推导实验需满足的条件（如平衡阻力）| |数据处理与计算|4题（含纸带分析、图像斜率截距）|逐差法求速度、a-F图像斜率求质量/截距求摩擦因数、光电门测速公式|从运动学数据（位移、时间）到动力学关系（力、加速度）的转化| |误差分析与改进|2题（含传感器应用、扰动控制）|重物质量条件判断、传感器减小系统误差、图像法误差修正|通过不同实验装置（传统轨道、气垫导轨、手机传感器）优化误差，体现科学思维的质疑创新|

第6讲　实验4:探究加速度与物体受力、物体质量的关系 (分值:50分) 1.(10分)(2025广东梅州阶段练习)物理兴趣小组设计了如图甲所示的实验装置,通过改变重物的质量,利用计算机得到滑块运动时的加速度a和所受拉力F的关系图像如图乙所示。他们在轨道水平情况下做了实验,得到a-F图像,如图所示。(已知当地重力加速度为g) (1)下列操作或说法正确的是　　　　。(选填选项前的字母)  A.本实验不需要测出重物的总质量 B.连接滑块的细线必须与轨道保持平行 C.实验中一定要保证重物的质量远小于滑块和位移传感器发射部分的总质量 (2)若a-F图像的斜率为k,纵轴截距为-b(b>0),则滑块和位移传感器发射部分的总质量m=　　　　,滑块和轨道间的动摩擦因数μ=　　　　。(用题目所给k,b,g表示)  2.(10分)(2025浙江1月选考)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。 甲 (1)如图乙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50 Hz,打下计数点3时小车速度为　　　　 m/s(保留3位有效数字)。  乙 (2)下列说法正确的是　　　　。  A.改变小车总质量,需要重新平衡摩擦力 B.将电火花计时器接到输出电压为8 V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.小车应尽量靠近电火花计时器,并应先接通电源,后释放小车 (3)改用如图丙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Δt1,Δt2,测得两个光电门间距为x,用游标卡尺测量遮光条宽度d,结果如图丁所示,其读数d=　　　　 mm,则滑块加速度a=　　　　(用题中所给物理量符号表示)。  丙 丁 3.(14分)(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)  甲 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。 乙 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”)  丙 丁 4.(16分)(2024广东佛山二模)某软件能够调用手机内置加速度传感器,实时显示手机加速度的数值。小明通过安装有该软件的智能手机(其坐标轴如图甲所示)探究加速度与力、质量的关系,该实验装置原理图如图乙所示。已知当地重力加速度为g。 (1)分别称量出小桶的质量m0和手机的质量m'。 (2)开始时,整个实验装置处于静止状态,小桶里没有装钩码。 (3)用手突然向上托起小桶,使得绳子松弛,此瞬间手机受到的合力F为　　　　(用题目所给物理量表示),读出此瞬间手机y轴上的加速度a的数值。  (4)往小桶中增加钩码,重复步骤(3),测得实验数据如下表所示 实验次数 1 2 3 4 5 6 小桶和 钩码的 质量m/kg 0.024 5 0.044 5 0.064 5 0.084 5 0.104 5 0.124 5 手机加速度 a/(m·s-2) 1.76 2.58 3.39 4.20 4.98 上表中第1次实验情况如图丙软件截图,上表中空白处的数据为　　　　 m/s2。利用数据作出a-F图像,在图丁中描出第一组数据的点并连线,可以得到结论: 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　。  丁 (5)保持小桶和钩码的质量不变,用双面胶把不同数量的配重片贴在手机背面,重复步骤(3),测得实验数据并作出a-图像,得出结论:当合力一定时,加速度与物体质量成反比。 (6)从图丙软件截图可以看出,即使整个实验装置处于静止状态,手机依然显示有加速度扰动,为了减少该扰动造成的相对误差,下列做法可行的是　　　　。  A.使用质量更大的钩码组 B.将弹簧更换为不可伸长的细线 C.将弹簧更换为劲度系数更小的弹簧 D.让小桶和钩码的质量远远小于手机的质量 答案： 1.答案 (1)AB　(2) 解析 (1)力传感器能准确测出滑块受到的拉力,因此无需测出重物的总质量,也不需要保证重物的质量远小于滑块和位移传感器发射部分的总质量,故A正确,C错误;连接滑块的细线与轨道保持平行,使得力传感器测得的力的大小等于滑块在水平方向上受到的拉力,才能更好地减小误差,故B正确。 (2)由牛顿第二定律得F-f=ma,由滑动摩擦力公式得f=μmg,联立F=ma+μmg,变形得a=·F-μg,故a-F图像的斜率、纵轴截距分别为k=,-b=-μg,解得m=,μ=。 2.答案 (1)0.390　(2)CD　(3)10.00　 解析 (1)相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s,打计数点3时的速度v3= m/s=0.390 m/s。 (2)平衡摩擦力时满足mgsin θ=μmgcos θ,化简得gsin θ=μgcos θ,可知改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力,A错误;电火花计时器需要接220 V交流电源,B错误;调节滑轮高度,使牵引小车的细线跟长木板保持平行,C正确;小车应尽量接近电火花计时器,并应该先接通电源后释放小车,以充分利用纸带,D正确。 (3)遮光条宽度d=10 mm+0.05 mm×0=10.00 mm,经过两光电门时的速度分别为v1=,v2=,根据=2as,解得a=。 3.答案 (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根据图丙可知,t=4 s时,加速度方向竖直向下,故物体处于失重状态;②根据牛顿第二定律,有FN-mg=ma,整理可得物体加速度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,而纵轴截距不变,其a-FN图像为图丁中的图线d。 4.答案 (3)m0g　(4)0.98　见解析图　当手机的质量一定时,手机的加速度与手机所受合力成正比　(6)A 解析 (3)手机静止时根据平衡条件可得弹簧的弹力F=(m'+m0)g,当将小桶突然托起时,弹簧的弹力大小不变,此瞬间手机受到的合力F1=F-m'g=m0g。 (4)根据图丙可读得手机的加速度大小大约为0.98 m/s2,因此表中空白处的数据应为0.98。作图时应用平滑的直线将各点迹连接起来,且应让尽可能多的点迹落在图线上,不能落在图线上的点迹应让其均匀地分布在图线的两侧,明显有误差的点迹应直接舍去。描点作图如图所示。 根据图像可以得到的结论是:当手机的质量一定时,手机的加速度与手机所受合力成正比。 (6)使用质量更大的钩码组,整体的惯性将增加,其状态将越难改变,扰动将越小,因此该方案可行,故A正确;将弹簧更换为不可伸长的细线,在挂上和去掉小桶和钩码时,手机自身总是能达到平衡态,因此该方法不可行,故B错误;劲度系数越小,弹簧越容易发生形变,则扰动越大,因此该方法不可行,故C错误;让小桶和钩码的质量远远小于手机的质量,并不能减小其扰动,甚至会增加其扰动,且当托起小桶和钩码时,手机所受合力将过小,对实验数据的处理将变得更困难,因此该方案不可行,故D错误。 6 学科网（北京）股份有限公司 $