第3章 实验四 探究加速度与力、质量的关系(课时作业Word)-【高考领航】2027年高考物理大一轮复习学案

**基本信息** 聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，通过4道高考真题构建“操作规范-数据处理-误差分析”三阶方法体系，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| |----|-----------|----------|----------| |实验操作规范|2题（浙江/甘肃卷）|平衡阻力条件判断、仪器使用规范（打点计时器/光电门）|从实验原理（牛顿第二定律）到操作细节，建立“原理-操作-误差”逻辑链| |数据处理方法|2题（山东/浙江卷）|逐差法求加速度、游标卡尺读数、瞬时速度近似计算（遮光片法）|从基础测量（长度/时间）到运动学公式应用，形成“测量-计算-验证”递进| |误差分析与图像|2题（甘肃/安徽卷）|a-1/M图像斜率分析、系统误差补偿（轨道倾角调整）|结合图像表征规律，深化“数据-图像-规律”科学推理|

限时规范训练(19) (建议用时：40分钟　满分：32分) 1．(8分)(2025·浙江1月选考，14Ⅰ) “探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图1所示。 图1 (1)如图2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)。 图2 (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．小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车 (3)改用如图3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4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)。 图3 图4 解析：(1)相邻计数点间的时间间隔T＝＝0.1 s，由题图2可知打计数点3时的速度v3＝ m/s＝0.390 m/s。 (2)补偿阻力时满足mg sin θ＝μmg cos θ，两边质量消掉，因此改变小车总质量时不需要重新补偿阻力，A错误；电火花打点计时器需要接220 V交流电源，B错误；该实验中需调节滑轮高度，使牵引小车的细线跟长木板保持平行，C正确；小车应尽量接近打点计时器，并应先接通电源后释放小车，以充分利用纸带，D正确。 (3)由题图4可知游标卡尺为20分度的，分度值为0.05 mm，由游标卡尺的读数规则可知，遮光条宽度d＝10 mm＋0.05 mm×0＝10.00 mm；滑块经过两光电门时的速度分别为v1＝，v2＝，根据v22－v12＝2ax得滑块加速度a＝ 答案：(1)0.390　(2)CD　(3)10.00 2．(8分)(2024·甘肃卷，11)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。 图1 (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．调整垫块位置以平衡阻力 C．平衡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s1，s2，…，s8，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)。 图2 A．a＝ B．a＝ C．a＝ D．a＝ (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-M图像如图3所示。 图3 由图3可知，在所受外力一定的条件下，a与M成________(选填“正比”或“反比”)；甲组所用的________(选填“小车”“砝码”或“槽码”)质量比乙组的更大。 解析：(1)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；为了保证小车所受细绳拉力等于小车所受合力，则需要调整垫块位置以平衡阻力，也要保持细绳和长木板平行，故B正确；平衡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；根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小车，故D错误。 (2)根据逐差法可知s5－s1＝4a1T2，s6－s2＝4a2T2，s7－s3＝4a3T2，s8－s4＝4a4T2，联立可得小车加速度表达式为a＝，故选D。 (3)根据题图3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；设槽码的质量为m，则由牛顿第二定律mg＝(m＋M)a，化简可得，故斜率越小，槽码的质量m越大，由题图3可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大。 答案：(1)B　(2)D　(3)反比　槽码 3．(8分)(2025·山东卷，13)某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律，部分实验步骤如下： 甲 (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d＝__________cm(选填“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v1＝0.40 m/s、v2＝0.81 m/s，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t＝1.00 s，计算小车的加速度a＝________m/s2(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a-F图像，如图乙所示。若要得到一条过原点的直线，实验中应__________(选填“增大”或“减小”)轨道的倾角。 乙 (4)图乙中直线斜率的单位为__________(选填“kg”或“kg-1”)。 解析：(1)该实验是用遮光时间内的平均速度表示遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度，由运动学规律可知，遮光片的宽度越窄，两个速度越接近，即小车的瞬时速度测量越精准，所以选用d＝1.00 cm的遮光片。 (2)根据题意可得，小车的加速度a＝＝0.41 m/s2。 (3)设轨道倾角为θ，对小车由牛顿第二定律有，F＋mg sin θ－μmg cos θ＝ma，整理得a＝＋g sin θ－μg cos θ，结合题图乙可知g sin θ－μg cos θ<0，若要得到一条过原点的直线，应使sin θ－μcos θ＝0，则应增大轨道的倾角。 (4)结合(3)问分析可知，题图乙中直线斜率表示质量的倒数，则其单位为 kg-1。 答案：(1)1.00　(2)0.41　(3)增大　(4)kg-1 4．(8分)(2025·安徽卷，11)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 丙 丁 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”) 解析：(1)平衡阻力的原理是调整轨道的倾斜度，使小车重力沿斜面向下的分力来平衡小车运动时打点计时器对小车(含纸带)的阻力及其他阻力，故平衡阻力的方法应是调整轨道的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿轨道匀速运动，c正确。 (2)①由题图丙的a-t图像可知t＝4 s时，物体的加速度取负值，又竖直向上为正方向，则t＝4 s时物体的加速度竖直向下，则物体处于失重状态。 ②以竖直向上为正方向，对物体受力分析，由牛顿第二定律可得FN－mg＝ma，变形得a＝FN－g，则a-FN图像的斜率为，纵截距为－g，若将物体的质量增大一倍，重新进行实验，则a-FN图像的斜率变为原来的，纵截距不变，又原来的a-FN图像为题图丁中的图线a，则对比题图丁中的其他图线可知重新进行实验后的a-FN图像为题图丁中的图线d。 答案：(1)c　(2)①失重　②d 学科网（北京）股份有限公司 $