第3章 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系(课时作业Word)-【高考领航】2027年高考物理大一轮复习学案（创新版）

**基本信息** 聚焦“探究加速度与力、质量关系”实验，通过多装置（打点计时器/传感器/气垫导轨）、多层级（操作/数据/误差）训练，系统构建“原理-操作-数据-结论”科学探究体系。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |实验操作规范|4题（如第1(1)、2(1)题）|平衡摩擦力（小车匀速拖动纸带）、细线平行轨道、先通电后释放|从实验原理（牛顿第二定律）到操作细节，建立“合外力控制”逻辑| |数据处理方法|3题（如第1(2)、3(1)题）|逐差法求加速度、遮光条宽度算速度（v=d/Δt）|基于运动学公式，实现实验数据到物理量的转化| |误差分析与图像|5题（如第1(3)、2(3)题）|m≪M条件判断、a-F图像纵截距分析（未平衡摩擦）|结合图像斜率/截距，深化对实验误差的科学论证|

限时规范训练(18)　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 (建议用时：40分钟　满分：60分) 1．(10分)(2026·北京四中高三开学考)做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。 图甲 (1)若使用图甲所示装置进行实验，下列说法中正确的是________(多选，选选项前的字母)。 A．拉小车的细线应与带滑轮的长木板平行 B．实验开始时，让小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源，打出一条纸带 C．把木板右端垫高，小车在拉力作用下拖动纸带匀速运动，以平衡小车受到的阻力 D.为减小误差，实验中要保证槽码的质量m远小于小车的质量M (2)实验得到如图乙所示的一条纸带，相邻两个计数点间还有四个点迹未画出。已知打点计时器打点周期为0.02 s，则此次实验中小车运动的加速度的测量值a＝________m/s2。(结果保留2位有效数字) 图乙 (3)若采用传感器测量数据进行实验，装置如图丙所示，在小车前固定一无线式力传感器(通过无线传输方式在电脑上显示拉力的大小)，细绳系在力传感器上，槽码的总质量用m表示，小车(含车内钩码)和力传感器的总质量用M表示。 图丙 ①实验中，在保持M一定的前提下，________(选填“需要”或“不需要”)满足m远小于M；______(选填“需要”或“不需要”)平衡摩擦力； ②若一位同学在上面①的两个选择中都选择了“不需要”，之后多次改变槽码的质量，重复实验，测得多组力F及对应的加速度a作出a-F图像，最有可能的图像是______。 解析：(1)为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，需要平衡摩擦力，平衡摩擦力时应当将穿过打点计时器的纸带连在小车上，把木板右端垫高，调整长木板的倾斜程度，在没有其他外力作用的情况下，让小车拖着纸带做匀速直线运动，同时要调整长木板上滑轮的高度使细线与长木板平行，故A正确，C错误；实验开始时，让小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，故B错误；在消除摩擦力对实验的影响后，那么小车的合力就是绳子的拉力，根据牛顿第二定律，对小车有F＝Ma，对槽码有mg－F＝ma，整理可得F＝mg，可知，当槽码的质量远小于小车的质量时，绳子的拉力近似等于槽码的重力，故D正确。故选AD。 (2)每隔4个点取一个计数点，则相邻计数点间的时间间隔为T＝0.1 s，由逐差法求加速度可得a＝ m/s2＝0.51 m/s2。 (3)①由图丙可知，绳子的拉力可以通过力传感器读出，故不需要满足m远小于M，为使绳子的拉力为小车的合力，需要平衡摩擦力。 ②若未平衡摩擦力，由牛顿第二定律有F－μmg＝ma，整理可得a＝F－μg，故选B。 答案：(1)AD　(2)0.51　(3)①不需要　需要　②B 2．(10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．调整垫块位置以补偿阻力 C．补偿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。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。 图3 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补偿阻力，也要保持细绳和长木板平行，故B正确；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；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．(10分)(2025·浙江1月选考，14)“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)(多选)下列说法正确的是________； 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＝，根据v22－v12＝2ax得滑块加速度a ＝。 答案：(1)0.390　(2)CD　(3)10.00　 4．(10分)(2025·广西卷，12)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______________； 图甲 图乙 (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a-F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aM∶aN＝________。 解析：(1)在研究两个物理量间的关系时，保持其他量不变，所使用的方法为控制变量法。 (2)为了使细绳拉力为小车所受的合外力，需要让连接小车的细绳与轨道平面保持平行。 (3)力传感器上显示的示数为细绳的拉力，要以该拉力作为小车所受的合外力，需要补偿小车所受的阻力，具体操作为撤去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)根据初速度为零的匀加速直线运动的位移时间公式x＝at2可知，aMtM2＝aNtN2，又tM∶tN＝n，解得aM∶aN＝1∶n2。 答案：(1)控制变量法　(2)平行　(3)见解析　(4)1∶n2 5．(10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) 图甲 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。 图乙 图丙 图丁 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 6．(10分)(2026·湖南长郡中学开学检测)某小组利用如图所示的气垫导轨实验装置探究“物体受力一定时加速度与物体质量的关系”。已知滑块(包括拉力传感器、遮光条)的质量。请回答下列问题： (1)不挂托盘，开启气源，反复调节导轨下方的螺丝，直至推动滑块后，遮光条通过光电门1的挡光时间__________(选填“大于”“等于”或“小于”)通过光电门2的挡光时间； (2)挂上托盘，调节定滑轮的高度，使导轨上方细线与导轨平行。移动滑块，让遮光条从光电门1的右侧恰好不遮光的位置由静止释放，滑块向左滑动，拉力传感器的示数为0.42 N，记录遮光条从光电门1运动到光电门2的时间，__________(选填“需要”或“不需要”)满足托盘及砝码的总质量远小于滑块的质量。 (3)在滑块上添加已知质量的钩码，在托盘中应适当________(选填“增大”或“减小”)砝码质量，重新让遮光条从光电门1的右侧恰好不遮光的位置由静止释放，运动过程中拉力传感器的示数应保持为__________N，记录遮光条从光电门1运动到光电门2的时间。 (4)保持光电门1到光电门2的距离L不变，多次实验，可获得多组遮光条从光电门1运动到光电门2的时间t、滑块及钩码的总质量M的数据，作出t2-M图像如图所示，根据图像可以得出结论：物体受力一定时，加速度与物体质量成反比。还可以求出两个光电门之间的距离L＝________m。 解析：(1)不挂托盘的情况下，开启气源，反复调节导轨下方的螺丝，推动滑块后遮光条通过两个光电门的遮光时间相等，说明导轨水平。 (2)由于细线的拉力大小是通过拉力传感器测出的，不需要满足托盘及砝码的总质量远小于滑块的质量。 (3)由于本实验的目的是探究物体受力一定时加速度与物体质量的关系，所以应保证滑块受到的合力恒定，即应保证拉力传感器的示数仍为0.42 N。若在滑块上添加已知质量的钩码后，托盘及砝码的加速度减小，细线的拉力将变大，所以应减小托盘中的砝码质量。 (4)由牛顿第二定律可得F＝Ma，又由运动学公式有L＝at2，联立可得t2＝M，结合题图得斜率k＝ s2/kg，又F＝0.42 N，解得两个光电门之间的距离为L＝0.63 m。 答案：(1)等于　(2)不需要　(3)减小　0.42　(4)0.63 学科网（北京）股份有限公司 $