专题09 实验：探究加速度与力、质量的关系（专项训练）（山东专用）2027年高考物理一轮复习讲练测

**基本信息** 以控制变量法为核心，通过教材实验与创新实验梯度设计，系统覆盖加速度与力、质量关系的实验原理、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|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |基础演练|4类题型（教材/创新实验）|控制变量法；纸带逐差法；力传感器/光电门应用|从教材基础实验（步骤/数据处理）到创新实验（器材优化/误差控制），构建实验技能体系| |重难·创新|4题（多装置综合）|图像法分析（a-F/a-1/M）；系统误差修正|结合弹簧测力计、气垫导轨等拓展实验设计，深化科学推理与模型建构| |真题·实战|6题（高考真题）|实验操作规范；数据处理规范；误差来源分析|对接高考高频考点，强化科学探究的严谨性与结果论证能力|

专题09 实验：探究加速度与力、质量的关系（专项训练） 模拟·基础演练 1. 【答案】(1)BC (2) 220 1.1 (3)< 【详解】（1）A．有力传感器直接读出小车受拉力，绳子的拉力没有用钩码重力替代，故A错误； B．要使传感器的示数稳定，需调节滑轮的高度，使细线与长木板平行，故B正确； C．为了完整地记录运动过程，应先接通电源，后释放小车，故C正确； D．平衡小车运动中的阻力时不挂钩码，将长木板左端适当垫高让小车带着纸带一起匀速运动，故D错误。 故选BC。 （2）[1]电火花计时器的电压为220V交流电； [2]纸带上相邻计数点时间间隔，由逐差法可得小车的加速度 （3）以钩码为对象，根据牛顿第二定律可得 钩码具有向下加速度，可知 2. 【答案】(1)左 (2)0.81 (3)D 【详解】（1）打点计时器打出的纸带点迹间距越来越小，说明小车在做减速运动，说明平衡摩擦力不足，应将垫块向左移一些。 （2）相邻两计数点间还有9个计时点未画出，可知，可得加速度大小 （3）根据题意，由牛顿第二定律有 可得 可知，小王同学实验时图线的斜率较大，则选用的小车质量比小李的小，则增大，即增大钩码的质量，小王同学实验不满足钩码质量远小于小车质量的可能性大，图像出现弯曲的可能性大，故选D。 3. 【答案】(1)A (2)0.40 (3)D 【详解】（1）A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行，A正确； B．每次实验，都要先接通打点计时器的电源，再释放小车，B错误； C．补偿阻力时，应不挂小桶，只让小车拖着纸带在木板上匀速运动，C错误； D．实验中，因有力传感器测量小车受的拉力，则不需要保证小车质量远大于小桶和砂的总质量，D错误。 故选A。 （2）每相邻两个计数点间有四个点未画出，则T=0.1s，小车的加速度大小为 （3）根据可得 可知 解得，故选D。 4. 【答案】 丙 丙和丁 【详解】[1][2]对于丙方案，平衡摩擦力后，对整体和小车受力分析，由牛顿第二定律，得拉力 只有满足时，才有，因此丙需要满足，且将作为拉力。对于丁方案，第一步挂上托盘和砝码让小车匀速下滑，受力平衡得 取下托盘和砝码后小车下滑的合力 合力等于，不需要满足，但仍将作为合力。 因此需要满足的是丙，把作为值的是丙和丁。 5. 【答案】(1)BD (2)C (3) 反比 大于 【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正确。 故选BD。 （2）根据逐差法可知，，， 联立可得小车加速度表达式为，故ABD错误、C正确。 故选C。 （3）[1]根据图像可知与成正比，故在所受外力一定的条件下，与成反比； [2]设槽码的质量为，由牛顿第二定律 化简可得，故斜率越小，槽码的质量越大，由图可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大。 6. 【答案】(1) 需要 极限法 (2) (3) 【详解】（1）[1][2]实验时为了保证滑块受到的合力等于细线的拉力，气垫导轨一定要水平，在计算遮光片通过光电门的速度时应用的物理方法是极限法。 （2）遮光片通过光电门1的瞬时速度为 （3）[1][2]由运动学公式可得 对滑块与遮光片组成的整体，由牛顿第二定律可得 综合可得图2的表达式为 若图2的纵截距为，斜率为，则牛顿第二定律得到验证。 7. 【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。 8. 【答案】(1)BD (2)C (3)大于 【详解】（1）A．为了能忽略槽码失重，使细绳对小车的拉力等于槽码重力，要使槽码质量远小于小车质量，故A错误； B．本实验需要平衡摩擦力，平衡方法是调整垫块位置以补偿阻力，故B正确； C．补偿阻力时移去细绳和槽码，依靠重力的下滑分力平衡摩擦力，检查的方法是看纸带上相邻的点间距离是否相等，若相等，则恰好平衡了摩擦力，故C错误； D．先接通电源，打点计时器稳定工作后，再释放小车，故D正确。 故选BD。 （2）A．整理后得，即只利用了首尾两组数据，偶然误差可能会很大，故A错误； B．整理后得，即只利用了四组数据，故B错误； C．8组数据都有利用，故C正确； D．整理后得，利用了六组数据，故D错误； 故选C。 （3）由牛顿第二定律 解得 斜率 甲组图像的斜率小，则甲组所用槽码的质量大于乙组槽码的质量 重难·创新演练 1. 【答案】(1)BD (2)C (3)0.380 【详解】（1）A．打点计时器实验需要先接通电源，待打点稳定后再释放小车，才能充分利用纸带，减小误差，故A错误； B．补偿阻力时，若纸带上点距逐步增大，说明小车加速运动，重力分力大于阻力，说明长木板倾角过大，故B正确； C．即使把重物和小车作为系统，长木板对小车的阻力仍然存在，仍需要补偿阻力，故C错误； D．把重物和小车作为系统，系统合外力就是，不需要将近似为小车拉力，因此不需要满足，故D正确； 故选BD。 （2）图线的斜率为，为小车质量： 乙图：小车受到的拉力（为弹簧测力计读数，即横坐标的），因此，斜率，斜率最大，对应图线 丙图：力传感器直接测得绳子拉力，因此，斜率，始终为直线，对应图线 甲图：将重物重力作为横坐标的，，当较小时，，斜率近似，和重合；当增大后，变大，斜率逐渐减小，图线向下弯曲，对应图线 因此依次对应乙、丙、甲 故选C。 （3）相邻计数点间有个点未画出，交流电频率，因此相邻计数点时间间隔 由位移差关系有 解得 2. 【答案】(1) 需要 极限法 (2) (3) 【详解】（1）[1][2]实验时为了保证滑块受到的合力等于细线的拉力，气垫导轨一定要水平，在计算遮光片通过光电门的速度时应用的物理方法是极限法。 （2）遮光片通过光电门1的瞬时速度为 （3）[1][2]由运动学公式可得 对滑块与遮光片组成的整体，由牛顿第二定律可得 综合可得图2的表达式为 若图2的纵截距为，斜率为，则牛顿第二定律得到验证。 3. 【答案】(1) B 0.27 (2)C (3) 【详解】（1）[1]A．探究力的合成，用的是等效替代法，和本实验方法不同； B．探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，需要控制变量（如控制输入电压不变，研究电压与匝数的关系），和本实验方法相同； C．用油膜法估测分子大小，采用的是理想模型法，和本实验方法不同。 要求选择实验方法相同的，故选B。 [2]图乙是10分度游标卡尺，分度值为， 主尺读数为，游标尺第7条刻度线与主尺对齐，游标尺读数为 总宽度 （2）滑块到达光电门的速度，由运动学公式 可得 研究滑块，根据牛顿第二定律得 可知与成正比，且气垫导轨调水平后无阻力，图像过原点，为过原点的直线 故选C。 （3）验证机械能守恒：系统重力势能的减少量等于动能的增加量 滑块移动距离，钩码下落，题目已给出势能减少量 滑块速度，由动滑轮特点，钩码速度为，系统动能增加量为 4. 【答案】(1) (2)不必 (3) 0.5 0.2 【详解】（1）[1][2]由于遮光时间很短，可利用平均速度近似表示瞬时速度，因此遮光条经过光电门的速度为， [3] 滑块做匀加速直线运动，由匀变速速度位移公式 整理得加速度 （2）本实验中拉力传感器可以直接测量出滑块受到的拉力，不需要用砂和砂桶的重力近似替代拉力，因此不必要求砂和砂桶总质量远小于滑块质量。 （3）[1][2]未平衡摩擦力，对滑块由牛顿第二定律得 整理得 由图像可知：时，即摩擦力 图像斜率 解得滑块质量 代入得动摩擦因数 真题·实战演练 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)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。 5. 【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。 6. 【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 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题09 实验：探究加速度与力、质量的关系（专项训练） 目 录 模拟·基础演练 1 题型01 教材实验：探究加速度与力的关系 1 题型02 创新实验：探究加速度与力的关系 4 题型03 教材实验：探究加速度与质量的关系 6 题型04 创新实验：探究加速度与质量的关系 8 重难·创新演练 12 真题·实战演练 19 模拟·基础演练 考查重点：控制变量法，探究加速度与力、质量的关系实验步骤、数据处理、误差分析 ⏳题型01 教材实验：探究加速度与力的关系 1．某同学用如图甲所示的装置“探究小车加速度与合力的关系”，力传感器固定在小车右侧，重力加速度为g，不计滑轮的摩擦。 (1)（多选）下列实验操作正确的是________。 A．小车的质量要远大于钩码的质量 B．调节滑轮的高度，使细线与长木板平行 C．实验开始时先接通电源后释放小车运动 D．平衡小车运动中的阻力时要挂上钩码，将长木板左端适当垫高 (2)电火花计时器使用频率为50Hz，电压为________V（填“8”或“220”）的交流电，从纸带上比较清晰的点起，每5个点取一个计数点如图乙所示，由纸带可得小车的加速度大小为________（结果保留两位有效数字）。 (3)改变钩码质量m，记录多组钩码重力mg、力传感器示数F、小车加速度a，比较a与F的关系，其中F________（填“>”“=”或“<”）mg。 【答案】(1)BC (2) 220 1.1 (3)< 【详解】（1）A．有力传感器直接读出小车受拉力，绳子的拉力没有用钩码重力替代，故A错误； B．要使传感器的示数稳定，需调节滑轮的高度，使细线与长木板平行，故B正确； C．为了完整地记录运动过程，应先接通电源，后释放小车，故C正确； D．平衡小车运动中的阻力时不挂钩码，将长木板左端适当垫高让小车带着纸带一起匀速运动，故D错误。 故选BC。 （2）[1]电火花计时器的电压为220V交流电； [2]纸带上相邻计数点时间间隔，由逐差法可得小车的加速度 （3）以钩码为对象，根据牛顿第二定律可得 钩码具有向下加速度，可知 2．某小组通过实验探究加速度与力的关系，实验装置如图1所示。打点计时器的电源频率为。 (1)不悬挂钩码，将长木板右端用垫块垫起，轻推小车后，发现打点计时器打出的纸带点迹间距越来越小，为了能平衡摩擦力此时应将图中垫块向__________（填“左”或“右”）移动一些。 (2)实验打出的一条纸带如图2所示，、、是连续的三个计数点，相邻两计数点间还有9个计时点未画出，则根据纸带数据计算出小车运动的加速度大小__________（结果保留2位有效数字）。 (3)实验小组的小王和小李同学分别做了一次实验，以钩码的重力代表轻绳的拉力，小王同学根据实验数据作出的图像为图3中的，小李同学根据实验数据作出的图像为图3中的，若两位同学将测得的至之间的几组数据也描点作图，作出的图像最有可能会出现弯曲现象的是__________（填“”或“”）图像。 【答案】(1)左 (2)0.81 (3)D 【详解】（1）打点计时器打出的纸带点迹间距越来越小，说明小车在做减速运动，说明平衡摩擦力不足，应将垫块向左移一些。 （2）相邻两计数点间还有9个计时点未画出，可知，可得加速度大小 （3）根据题意，由牛顿第二定律有 可得 可知，小王同学实验时图线的斜率较大，则选用的小车质量比小李的小，则增大，即增大钩码的质量，小王同学实验不满足钩码质量远小于小车质量的可能性大，图像出现弯曲的可能性大，故选D。 ⏳题型02 创新实验：探究加速度与力的关系 3．图甲是探究加速度与力的关系实验装置。其中M为小车的质量，m为砂和砂桶的总质量，滑轮的质量忽略不计，力传感器可以测出轻绳中的拉力大小。 (1)下列实验操作中，哪些是正确的（　　） A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行 B．每次实验，都要先释放小车，再接通打点计时器的电源 C．补偿阻力时，应将悬挂小桶的细线系在小车上 D．实验中需要保证小车质量远大于小桶和砂的总质量 (2)图乙是实验得到的纸带的一部分，每相邻两个计数点间有四个点未画出。相邻计数点的间距已在图乙中给出。打点计时器电源的频率为50Hz，则小车的加速度大小为_____m/s2（保留两位有效数字）。 (3)补偿阻力后，改变m，经多次测量，以小车的加速度a为纵轴，力传感器的示数F为横轴，画出的a-F图线如图丙所示，图线与横轴的夹角为θ，斜率为k，则小车的质量为（　　） A． B． C． D． 【答案】(1)A (2)0.40 (3)D 【详解】（1）A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行，A正确； B．每次实验，都要先接通打点计时器的电源，再释放小车，B错误； C．补偿阻力时，应不挂小桶，只让小车拖着纸带在木板上匀速运动，C错误； D．实验中，因有力传感器测量小车受的拉力，则不需要保证小车质量远大于小桶和砂的总质量，D错误。 故选A。 （2）每相邻两个计数点间有四个点未画出，则T=0.1s，小车的加速度大小为 （3）根据可得 可知 解得，故选D。 4．做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图丙是教材中的实验方案，图丁是拓展方案，其实验操作步骤如下： ①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； ②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； ③改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到a-F的关系。 需要满足条件的方案是________（选填“丙”、“丁”或“丙和丁”）；在作a-F图像时，把mg作为F值的是________（选填“丙”、“丁”或“丙和丁”）。 【答案】 丙 丙和丁 【详解】[1][2]对于丙方案，平衡摩擦力后，对整体和小车受力分析，由牛顿第二定律，得拉力 只有满足时，才有，因此丙需要满足，且将作为拉力。对于丁方案，第一步挂上托盘和砝码让小车匀速下滑，受力平衡得 取下托盘和砝码后小车下滑的合力 合力等于，不需要满足，但仍将作为合力。 因此需要满足的是丙，把作为值的是丙和丁。 ⏳题型03 教材实验：探究加速度与质量的关系 5．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________（多选，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．接通电源，打点计时器稳定工作后，再释放小车 (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。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。 在所受外力一定的条件下，与成_______（填“正比”或“反比”）；由图3可知，甲组所用槽码的质量_______（填“大于”“小于”或“等于”）乙组槽码的质量。 【答案】(1)BD (2)C (3) 反比 大于 【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正确。 故选BD。 （2）根据逐差法可知，，， 联立可得小车加速度表达式为，故ABD错误、C正确。 故选C。 （3）[1]根据图像可知与成正比，故在所受外力一定的条件下，与成反比； [2]设槽码的质量为，由牛顿第二定律 化简可得，故斜率越小，槽码的质量越大，由图可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大。 6．实验小组用如图1所示的装置来验证牛顿第二定律。宽度为d的遮光片固定在滑块上，已知滑块与遮光片的总质量为m，光电门2始终固定在C点，光电门1的固定点B在每次做实验前可重新调整，从导轨标尺上可直接读出B、C间的距离L，滑块每次都从固定位置A由静止释放，测出遮光片通过光电门1、2的时间分别为、，拉力传感器的示数为F，多测几组L与相对应数据，作出的关系图像如图2所示，回答下列问题： (1)实验时气垫导轨________（选填“需要”或“不需要”）保持水平，在计算遮光片通过光电门的速度时应用的物理方法是________（选填“极限法”或“理想模型法”）。 (2)遮光片通过光电门1时，滑块的瞬时速度大小为________。 (3)若图2中图像的纵截距为________（用d、F、m、来表示），斜率为________（用d、F、m来表示），则牛顿第二定律得到验证。 【答案】(1) 需要 极限法 (2) (3) 【详解】（1）[1][2]实验时为了保证滑块受到的合力等于细线的拉力，气垫导轨一定要水平，在计算遮光片通过光电门的速度时应用的物理方法是极限法。 （2）遮光片通过光电门1的瞬时速度为 （3）[1][2]由运动学公式可得 对滑块与遮光片组成的整体，由牛顿第二定律可得 综合可得图2的表达式为 若图2的纵截距为，斜率为，则牛顿第二定律得到验证。 ⏳题型04 创新实验：探究加速度与质量的关系 7．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。 8．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__________（多选，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．接通电源，打点计时器稳定工作后，再释放小车 (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。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3可知，甲组所用槽码的质量__________（填“大于”“小于”或“等于”）乙组槽码的质量。 【答案】(1)BD (2)C (3)大于 【详解】（1）A．为了能忽略槽码失重，使细绳对小车的拉力等于槽码重力，要使槽码质量远小于小车质量，故A错误； B．本实验需要平衡摩擦力，平衡方法是调整垫块位置以补偿阻力，故B正确； C．补偿阻力时移去细绳和槽码，依靠重力的下滑分力平衡摩擦力，检查的方法是看纸带上相邻的点间距离是否相等，若相等，则恰好平衡了摩擦力，故C错误； D．先接通电源，打点计时器稳定工作后，再释放小车，故D正确。 故选BD。 （2）A．整理后得，即只利用了首尾两组数据，偶然误差可能会很大，故A错误； B．整理后得，即只利用了四组数据，故B错误； C．8组数据都有利用，故C正确； D．整理后得，利用了六组数据，故D错误； 故选C。 （3）由牛顿第二定律 解得 斜率 甲组图像的斜率小，则甲组所用槽码的质量大于乙组槽码的质量 重难·创新演练 设题创新:结合弹簧测力计和力传感器测量力的大小(T1);利用气垫导轨和光电门设计实验(T2、3);新角度考查研究方法(T4); 1．三个实验小组按照图甲、乙、丙三种方案分别做“探究同一个小车运动的加速度与力的关系”的实验。实验中，用天平测量小车总质量和重物质量，用打点计时器在纸带上打点，测量小车运动的加速度大小，实验时都补偿了阻力。 (1)以下关于甲组同学的实验操作，说法正确的是（　　） A．为减小误差，实验中一定要先释放小车，再接通电源 B．补偿阻力时，若纸带上打出点距逐步增大，说明补偿阻力时长木板倾角太大 C．若把重物和小车当作一个系统，一起作为研究对象，则该实验无需补偿阻力 D．若把重物和小车当作一个系统，一起作为研究对象，则该实验无需满足 (2)实验时，甲、乙、丙三组同学的操作均完全正确，三组同学实验所用小车总质量相同。他们作出的图线如图1中所示，的前面部分图线与重合，则、三条图线所对应的实验小组依次是（　　） A．甲、乙、丙 B．甲、丙、乙 C．乙、丙、甲 D．乙、甲、丙 (3)实验时，甲组同学得到如图2所示的一条纸带。打点计时器在纸带上打出一些计数点，相邻的两个计数点间还有4个点未画出，打点计时器所用的交流电频率为50 Hz。小车的加速度大小为_____m/s2。（结果保留三位有效数字） 【答案】(1)BD (2)C (3)0.380 【详解】（1）A．打点计时器实验需要先接通电源，待打点稳定后再释放小车，才能充分利用纸带，减小误差，故A错误； B．补偿阻力时，若纸带上点距逐步增大，说明小车加速运动，重力分力大于阻力，说明长木板倾角过大，故B正确； C．即使把重物和小车作为系统，长木板对小车的阻力仍然存在，仍需要补偿阻力，故C错误； D．把重物和小车作为系统，系统合外力就是，不需要将近似为小车拉力，因此不需要满足，故D正确； 故选BD。 （2）图线的斜率为，为小车质量： 乙图：小车受到的拉力（为弹簧测力计读数，即横坐标的），因此，斜率，斜率最大，对应图线 丙图：力传感器直接测得绳子拉力，因此，斜率，始终为直线，对应图线 甲图：将重物重力作为横坐标的，，当较小时，，斜率近似，和重合；当增大后，变大，斜率逐渐减小，图线向下弯曲，对应图线 因此依次对应乙、丙、甲 故选C。 （3）相邻计数点间有个点未画出，交流电频率，因此相邻计数点时间间隔 由位移差关系有 解得 2．实验小组用如图1所示的装置来验证牛顿第二定律。宽度为d的遮光片固定在滑块上，已知滑块与遮光片的总质量为m，光电门2始终固定在C点，光电门1的固定点B在每次做实验前可重新调整，从导轨标尺上可直接读出B、C间的距离L，滑块每次都从固定位置A由静止释放，测出遮光片通过光电门1、2的时间分别为、，拉力传感器的示数为F，多测几组L与相对应数据，作出的关系图像如图2所示，回答下列问题： (1)实验时气垫导轨________（选填“需要”或“不需要”）保持水平，在计算遮光片通过光电门的速度时应用的物理方法是________（选填“极限法”或“理想模型法”）。 (2)遮光片通过光电门1时，滑块的瞬时速度大小为________。 (3)若图2中图像的纵截距为________（用d、F、m、来表示），斜率为________（用d、F、m来表示），则牛顿第二定律得到验证。 【答案】(1) 需要 极限法 (2) (3) 【详解】（1）[1][2]实验时为了保证滑块受到的合力等于细线的拉力，气垫导轨一定要水平，在计算遮光片通过光电门的速度时应用的物理方法是极限法。 （2）遮光片通过光电门1的瞬时速度为 （3）[1][2]由运动学公式可得 对滑块与遮光片组成的整体，由牛顿第二定律可得 综合可得图2的表达式为 若图2的纵截距为，斜率为，则牛顿第二定律得到验证。 3．(1)某同学利用如图甲所示的装置来探究加速度与力、质量的关系。安装好实验装置后，调节气垫导轨水平，每次都将滑块由导轨上的同一位置由静止释放。滑块释放时遮光条到光电门的距离为L，重力加速度大小为g。 ①本实验主要用到的物理研究方法与下列实验相同的是________。 A．探究两个互成角度的力的合成规律 B．探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 C．用油膜法估测油酸分子的大小 ②用游标卡尺测遮光条的宽度，测量结果如图乙所示，则遮光条的宽度d=________cm。 (2)实验时改变钩码质量，测得多组弹簧测力计读数F和滑块通过光电门时遮光条的遮光时间t，绘制出图像，则该同学正确绘制出的图像可能是 。 A． B．C． D． (3)该同学还想利用该装置来验证机械能守恒定律，测得钩码和动滑轮的总质量为m，滑块（含遮光条）的质量为M，结合前面测量的L、d、t及已知的g，若________（用题目给定的物理量符号表示）在误差允许范围内成立，则说明钩码与滑块（含遮光条）构成的系统机械能守恒。 【答案】(1) B 0.27 (2)C (3) 【详解】（1）[1]A．探究力的合成，用的是等效替代法，和本实验方法不同； B．探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系，需要控制变量（如控制输入电压不变，研究电压与匝数的关系），和本实验方法相同； C．用油膜法估测分子大小，采用的是理想模型法，和本实验方法不同。 要求选择实验方法相同的，故选B。 [2]图乙是10分度游标卡尺，分度值为， 主尺读数为，游标尺第7条刻度线与主尺对齐，游标尺读数为 总宽度 （2）滑块到达光电门的速度，由运动学公式 可得 研究滑块，根据牛顿第二定律得 可知与成正比，且气垫导轨调水平后无阻力，图像过原点，为过原点的直线 故选C。 （3）验证机械能守恒：系统重力势能的减少量等于动能的增加量 滑块移动距离，钩码下落，题目已给出势能减少量 滑块速度，由动滑轮特点，钩码速度为，系统动能增加量为 4．用如图所示的装置探究“在质量一定时，物体的加速度与力的关系”，所用器材及装配方法见图。先测出遮光条宽度和光电门A、B中心间距。然后释放砂桶，拉力传感器测出细线对滑块的拉力，遮光条通过光电门的遮光时间为、通过光电门的遮光时间为。 (1)遮光条经过光电门时的速度_____、经过光电门时的速度_____，由测量的物理量得到滑块的加速度大小_____。（用、、、表示） (2)第一小组平衡好摩擦力后开始实验，并改变砂和砂桶的总质量得到多组加速度与拉力数据，绘制图像进行探究。本实验_____（填“不必”或“必须”）要求砂和砂桶的总质量远小于滑块的质量。 (3)第二小组只是把长木板放置于水平桌面上，未平衡摩擦力便进行实验，得到多组数据，绘制的图像如图。由图可知，该组所用滑块（含遮光条）的质量为_____，滑块与长木板间的动摩擦因数为_____。（取）（结果均保留一位有效数字） 【答案】(1) (2)不必 (3) 0.5 0.2 【详解】（1）[1][2]由于遮光时间很短，可利用平均速度近似表示瞬时速度，因此遮光条经过光电门的速度为， [3] 滑块做匀加速直线运动，由匀变速速度位移公式 整理得加速度 （2）本实验中拉力传感器可以直接测量出滑块受到的拉力，不需要用砂和砂桶的重力近似替代拉力，因此不必要求砂和砂桶总质量远小于滑块质量。 （3）[1][2]未平衡摩擦力，对滑块由牛顿第二定律得 整理得 由图像可知：时，即摩擦力 图像斜率 解得滑块质量 代入得动摩擦因数 真题·实战演练 高频考点：控制变量法，探究加速度与力、质量的关系实验步骤、数据处理、误差分析 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．（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。 5．（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。 6．（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 28 / 28 学科网（北京）股份有限公司 $ 专题09 实验：探究加速度与力、质量的关系（专项训练） 目 录 模拟·基础演练 1 题型01 教材实验：探究加速度与力的关系 1 题型02 创新实验：探究加速度与力的关系 3 题型03 教材实验：探究加速度与质量的关系 4 题型04 创新实验：探究加速度与质量的关系 6 重难·创新演练 8 真题·实战演练 11 模拟·基础演练 考查重点：控制变量法，探究加速度与力、质量的关系实验步骤、数据处理、误差分析 ⏳题型01 教材实验：探究加速度与力的关系 1．某同学用如图甲所示的装置“探究小车加速度与合力的关系”，力传感器固定在小车右侧，重力加速度为g，不计滑轮的摩擦。 (1)（多选）下列实验操作正确的是________。 A．小车的质量要远大于钩码的质量 B．调节滑轮的高度，使细线与长木板平行 C．实验开始时先接通电源后释放小车运动 D．平衡小车运动中的阻力时要挂上钩码，将长木板左端适当垫高 (2)电火花计时器使用频率为50Hz，电压为________V（填“8”或“220”）的交流电，从纸带上比较清晰的点起，每5个点取一个计数点如图乙所示，由纸带可得小车的加速度大小为________（结果保留两位有效数字）。 (3)改变钩码质量m，记录多组钩码重力mg、力传感器示数F、小车加速度a，比较a与F的关系，其中F________（填“>”“=”或“<”）mg。 2．某小组通过实验探究加速度与力的关系，实验装置如图1所示。打点计时器的电源频率为。 (1)不悬挂钩码，将长木板右端用垫块垫起，轻推小车后，发现打点计时器打出的纸带点迹间距越来越小，为了能平衡摩擦力此时应将图中垫块向__________（填“左”或“右”）移动一些。 (2)实验打出的一条纸带如图2所示，、、是连续的三个计数点，相邻两计数点间还有9个计时点未画出，则根据纸带数据计算出小车运动的加速度大小__________（结果保留2位有效数字）。 (3)实验小组的小王和小李同学分别做了一次实验，以钩码的重力代表轻绳的拉力，小王同学根据实验数据作出的图像为图3中的，小李同学根据实验数据作出的图像为图3中的，若两位同学将测得的至之间的几组数据也描点作图，作出的图像最有可能会出现弯曲现象的是__________（填“”或“”）图像。 ⏳题型02 创新实验：探究加速度与力的关系 3．图甲是探究加速度与力的关系实验装置。其中M为小车的质量，m为砂和砂桶的总质量，滑轮的质量忽略不计，力传感器可以测出轻绳中的拉力大小。 (1)下列实验操作中，哪些是正确的（　　） A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细线与长木板保持平行 B．每次实验，都要先释放小车，再接通打点计时器的电源 C．补偿阻力时，应将悬挂小桶的细线系在小车上 D．实验中需要保证小车质量远大于小桶和砂的总质量 (2)图乙是实验得到的纸带的一部分，每相邻两个计数点间有四个点未画出。相邻计数点的间距已在图乙中给出。打点计时器电源的频率为50Hz，则小车的加速度大小为_____m/s2（保留两位有效数字）。 (3)补偿阻力后，改变m，经多次测量，以小车的加速度a为纵轴，力传感器的示数F为横轴，画出的a-F图线如图丙所示，图线与横轴的夹角为θ，斜率为k，则小车的质量为（　　） A． B． C． D． 4．做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图丙是教材中的实验方案，图丁是拓展方案，其实验操作步骤如下： ①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； ②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； ③改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到a-F的关系。 需要满足条件的方案是________（选填“丙”、“丁”或“丙和丁”）；在作a-F图像时，把mg作为F值的是________（选填“丙”、“丁”或“丙和丁”）。 ⏳题型03 教材实验：探究加速度与质量的关系 5．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________（多选，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．接通电源，打点计时器稳定工作后，再释放小车 (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。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。 在所受外力一定的条件下，与成_______（填“正比”或“反比”）；由图3可知，甲组所用槽码的质量_______（填“大于”“小于”或“等于”）乙组槽码的质量。 6．实验小组用如图1所示的装置来验证牛顿第二定律。宽度为d的遮光片固定在滑块上，已知滑块与遮光片的总质量为m，光电门2始终固定在C点，光电门1的固定点B在每次做实验前可重新调整，从导轨标尺上可直接读出B、C间的距离L，滑块每次都从固定位置A由静止释放，测出遮光片通过光电门1、2的时间分别为、，拉力传感器的示数为F，多测几组L与相对应数据，作出的关系图像如图2所示，回答下列问题： (1)实验时气垫导轨________（选填“需要”或“不需要”）保持水平，在计算遮光片通过光电门的速度时应用的物理方法是________（选填“极限法”或“理想模型法”）。 (2)遮光片通过光电门1时，滑块的瞬时速度大小为________。 (3)若图2中图像的纵截距为________（用d、F、m、来表示），斜率为________（用d、F、m来表示），则牛顿第二定律得到验证。 ⏳题型04 创新实验：探究加速度与质量的关系 7．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） 8．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__________（多选，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．接通电源，打点计时器稳定工作后，再释放小车 (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。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3可知，甲组所用槽码的质量__________（填“大于”“小于”或“等于”）乙组槽码的质量。 重难·创新演练 设题创新:结合弹簧测力计和力传感器测量力的大小(T1);利用气垫导轨和光电门设计实验(T2、3);新角度考查研究方法(T4); 1．三个实验小组按照图甲、乙、丙三种方案分别做“探究同一个小车运动的加速度与力的关系”的实验。实验中，用天平测量小车总质量和重物质量，用打点计时器在纸带上打点，测量小车运动的加速度大小，实验时都补偿了阻力。 (1)以下关于甲组同学的实验操作，说法正确的是（　　） A．为减小误差，实验中一定要先释放小车，再接通电源 B．补偿阻力时，若纸带上打出点距逐步增大，说明补偿阻力时长木板倾角太大 C．若把重物和小车当作一个系统，一起作为研究对象，则该实验无需补偿阻力 D．若把重物和小车当作一个系统，一起作为研究对象，则该实验无需满足 (2)实验时，甲、乙、丙三组同学的操作均完全正确，三组同学实验所用小车总质量相同。他们作出的图线如图1中所示，的前面部分图线与重合，则、三条图线所对应的实验小组依次是（　　） A．甲、乙、丙 B．甲、丙、乙 C．乙、丙、甲 D．乙、甲、丙 (3)实验时，甲组同学得到如图2所示的一条纸带。打点计时器在纸带上打出一些计数点，相邻的两个计数点间还有4个点未画出，打点计时器所用的交流电频率为50 Hz。小车的加速度大小为_____m/s2。（结果保留三位有效数字） 2．实验小组用如图1所示的装置来验证牛顿第二定律。宽度为d的遮光片固定在滑块上，已知滑块与遮光片的总质量为m，光电门2始终固定在C点，光电门1的固定点B在每次做实验前可重新调整，从导轨标尺上可直接读出B、C间的距离L，滑块每次都从固定位置A由静止释放，测出遮光片通过光电门1、2的时间分别为、，拉力传感器的示数为F，多测几组L与相对应数据，作出的关系图像如图2所示，回答下列问题： (1)实验时气垫导轨________（选填“需要”或“不需要”）保持水平，在计算遮光片通过光电门的速度时应用的物理方法是________（选填“极限法”或“理想模型法”）。 (2)遮光片通过光电门1时，滑块的瞬时速度大小为________。 (3)若图2中图像的纵截距为________（用d、F、m、来表示），斜率为________（用d、F、m来表示），则牛顿第二定律得到验证。 3．(1)某同学利用如图甲所示的装置来探究加速度与力、质量的关系。安装好实验装置后，调节气垫导轨水平，每次都将滑块由导轨上的同一位置由静止释放。滑块释放时遮光条到光电门的距离为L，重力加速度大小为g。 ①本实验主要用到的物理研究方法与下列实验相同的是________。 A．探究两个互成角度的力的合成规律 B．探究变压器原、副线圈电压与匝数的关系 C．用油膜法估测油酸分子的大小 ②用游标卡尺测遮光条的宽度，测量结果如图乙所示，则遮光条的宽度d=________cm。 (2)实验时改变钩码质量，测得多组弹簧测力计读数F和滑块通过光电门时遮光条的遮光时间t，绘制出图像，则该同学正确绘制出的图像可能是 。 A． B．C． D． (3)该同学还想利用该装置来验证机械能守恒定律，测得钩码和动滑轮的总质量为m，滑块（含遮光条）的质量为M，结合前面测量的L、d、t及已知的g，若________（用题目给定的物理量符号表示）在误差允许范围内成立，则说明钩码与滑块（含遮光条）构成的系统机械能守恒。 4．用如图所示的装置探究“在质量一定时，物体的加速度与力的关系”，所用器材及装配方法见图。先测出遮光条宽度和光电门A、B中心间距。然后释放砂桶，拉力传感器测出细线对滑块的拉力，遮光条通过光电门的遮光时间为、通过光电门的遮光时间为。 (1)遮光条经过光电门时的速度_____、经过光电门时的速度_____，由测量的物理量得到滑块的加速度大小_____。（用、、、表示） (2)第一小组平衡好摩擦力后开始实验，并改变砂和砂桶的总质量得到多组加速度与拉力数据，绘制图像进行探究。本实验_____（填“不必”或“必须”）要求砂和砂桶的总质量远小于滑块的质量。 (3)第二小组只是把长木板放置于水平桌面上，未平衡摩擦力便进行实验，得到多组数据，绘制的图像如图。由图可知，该组所用滑块（含遮光条）的质量为_____，滑块与长木板间的动摩擦因数为_____。（取）（结果均保留一位有效数字） 真题·实战演练 高频考点：控制变量法，探究加速度与力、质量的关系实验步骤、数据处理、误差分析 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．（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。 5．（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”） 6．（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）。 16 / 16 学科网（北京）股份有限公司 $