2026-2027学年初高物理衔接21天闯关学习计划--闯关19 实验：探究加速度与力、质量的关系

**基本信息** 聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，通过基础概念辨析、实验细节填空、综合实验分析三层设计，实现从单一知识点到科学探究能力的递进巩固，适配初升高衔接阶段对物理观念与科学思维的培养需求。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础概念层|实验方法与原理|单选题辨析科学方法（如第1题控制变量法、极限思维）| |实验操作层|实验装置与思路|填空题巩固实验细节（如第4题装置组成、第5题控制变量思路）| |综合探究层|实验设计与误差分析|实验题综合数据处理与图像分析（如第6题纸带分析、第7题a-F图像绘制）|

闯关19 实验：探究加速度与力、质量的关系 衔 接 知 识 巩固训练 一、单选题 1．科学家在探索物理规律的过程中，通过不同的科学方法，探究归纳出规律。下列说法正确的是（　　） A．探究自由落体运动规律的实验中，主要应用了等效替代的方法 B．探究加速度与力、质量关系的实验中，主要应用了理想化模型的方法 C．探究两个互成角度的力的合成规律的实验中，主要应用了控制变量法 D．根据，当非常小时，可以用表示t时刻的瞬时速度，应用了极限思维方法 2．某同学在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，为研究并直观判断加速度与质量之间的关系时，实验中应当（　　） A．改变合外力的大小，根据实验数据作出图像 B．改变合外力的大小，根据实验数据作出图像 C．保持合外力的大小不变，根据实验数据作出图像 D．保持合外力的大小不变，根据实验数据作出图像 3．如图是我们耳熟能详的一则经典故事：曹冲称象。下列选项中与故事中曹冲使用的物理方法相同的是（　　） A．瞬时速度的定义 B．伽利略理想斜面实验 C．探究加速度与质量、合外力的关系 D．探究两个互成角度的力的合成规律 二、知识点填空题 探究加速度与力、质量的关系实验思路 4．实验装置 将小车置于________上，通过滑轮与________相连。小车可以在槽码的牵引下运动。 5．实验思路 （1）加速度与力的关系 保持小车________测得不同________下小车运动的加速度加速度与________的变化情况二者之间的定量关系。 （2）加速度与质量的关系 保持小车所受的________测得不同________的小车在这个拉力下运动的加速度加速度与________的变化情况二者之间的定量关系。 三、实验题 6．某实验小组设计了用电火花打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”实验装置如图（甲）。 (1)关于此实验的操作，下列说法正确的是_____（填选项字母）。 A．每次实验时都需要平衡阻力 B．实验时，先释放小车再接通打点计时器的电源 C．为了减小系统误差，需要满足托盘和钩码质量远小于小车的质量的条件 D．电火花打点计时器用交流电源供电 (2)该组同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带（相邻两计数点间还有4个点没有画出）。已知打点计时器采用的是频率为的交流电，根据纸带可求出点的速度大小为_____，小车的加速度大小为_____（结果均保留2位有效数字）。若实际频率大于，则测出的加速度_____（填“偏大”、“偏小”或“准确”）。 (3)该小组根据测出的数据作出图像如图，图像不过原点的原因可能是_____ 7．某学习小组利用如图甲所示的装置探究物体加速度与所受合外力之间的关系。 实验步骤如下： ①把长木板的一侧垫高并调整倾角，以平衡小车受到的阻力； ②测量槽码总质量m，将其通过细线绕过定滑轮后连接在小车上，并将纸带穿过打点计时器连接在小车尾部； ③将小车移动至长木板上靠近打点计时器处，接通打点计时器电源后释放小车； ④处理纸带上打出的点来测量加速度a； ⑤保持小车质量M不变；改变槽码质量m，重复步骤②~④。 (1)将纸带穿过打点计时器时，两位同学的操作分别如图乙-a、图乙-b所示，其中操作规范合理的是图乙-_______（选填“a”或“b”）； (2)为使小车所受的合外力F近似等于槽码所受的重力mg，应满足：m_______M（选填“远小于”、“远大于”或“等于”）； (3)某次实验过程中，打出纸带如图丙所示（相邻两计数点间的4个点未画出），测得x1=5.12cm、x2=5.66cm、x3=6.19cm、x4=6.72cm；已知打点计时器所用交流电频率为50Hz，可求得小车打出该纸带时的加速度a=________m/s2（结果保留两位有效数字）； (4)学习小组最终得到的数据如下表所示；根据表中的数据，请帮助他们在图丁所示的坐标纸中描点并作出对应的a-F关系图像； F/（N） 0.14 0.19 0.24 0.29 0.34 a/（m/s2） 0.39 0.53 0.67 0.81 0.94 (5)根据作出的a-F图像，小明同学提出猜想：不计空气阻力，不断增加槽码质量，小车的加速度将随之一直增加至无穷大，你是否赞同这种猜想？请说明理由：___________。 8．一组同学在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，实验装置如图甲所示。 (1)关于该组同学的下列操作，正确的是（　　） A．实验时，要先接通打点计时器再释放纸带 B．实验中若保持小车质量不变，探究加速度与合外力（即砂与砂桶的总重力）的关系时，需要保证小车的质量远大于砂和砂桶的总质量 C．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质量成反比 D．小车每次必须从同一位置释放 (2)某次实验得到的纸带如图乙所示，已知所用电源的频率为50Hz，相邻2个计数点之间还有4个计数点没有标出，可求出打点计时器在打出C点时，小车的速度大小为____m/s，小车整个过程中的加速度大小为____m/s2（计算结果均保留2位有效数字）。若实际频率小于50Hz，则仅考虑该系统误差，测出的加速度将会____（填“偏大”“偏小”或“准确”）。 9．某实验小组利用如图甲所示装置完成学生实验“探究加速度与力、质量的关系”。 (1)实验过程中，把小车停在靠近打点计时器处，对于“接通电源”和“释放纸带”这两个操作的先后顺序应当是_______； A．先接通电源，后释放纸带 B．先释放纸带，后接通电源 C．先接通电源或先释放纸带都可以 (2)实验过程中，在平衡摩擦力时_______； A．需要挂上槽码，不必系上纸带 B．不需要挂上槽码，不必系上纸带 C．不需要挂上槽码，需要系上纸带 D．需要挂上槽码，需要系上纸带 (3)由打点计时器（电源电压220V，频率50Hz）得到表示小车运动过程的一条清晰纸带如图乙，纸带上两相邻计数点间还有4个点未画出。其中、，打点计时器打出A点时小车速度大小______m/s，测得小车加速度大小______（结果均保留两位有效数字）； (4)以槽码的重力为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a—F图像是一条倾斜的直线如图丙所示，已知图线与横轴的夹角为，图线的斜率为k，则小车的质量为_______。 A． B． C．k D． 10．如图是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。 (1)安装实验装置时，长木板右端垫一小木块的目的是（    ）； A．平衡摩擦力 B．调节长木板水平 C．为了使小车下滑更快 (2)为了实验更准确，要求砝码和砝码盘的总质量与小车的质量应该（    ） A．与无关联 B．与相接近 C．远小于 D．远大于 (3)实验时，应（      ） A．先释放小车再接通电源 B．先接通电源再释放小车 C．拉车的细绳应该保持水平 D．释放小车时小车应靠近打点计时器的一端 探究加速度与力、质量的关系物理量的测量 11．质量的测量：可以用________测量。 12．加速度的测量 方法1：由计算出加速度________。 方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据________打出的点来测量加速度。 方法3：两个初速度为零的匀加速直线运动的物体，在相等时间内的位移之比就等于加速度之比，即________。 13．力的测量：平衡摩擦力后，小车所受的拉力________合力，用悬挂物重力替代小车所受的拉力。（条件是槽码的质量要比小车的质量小很多） 学科网（北京）股份有限公司 $ 闯关19 实验：探究加速度与力、质量的关系 衔 接 知 识 巩固训练 一、单选题 1．科学家在探索物理规律的过程中，通过不同的科学方法，探究归纳出规律。下列说法正确的是（　　） A．探究自由落体运动规律的实验中，主要应用了等效替代的方法 B．探究加速度与力、质量关系的实验中，主要应用了理想化模型的方法 C．探究两个互成角度的力的合成规律的实验中，主要应用了控制变量法 D．根据，当非常小时，可以用表示t时刻的瞬时速度，应用了极限思维方法 【答案】D 【详解】A．伽利略在探究自由落体运动规律的实验中，主要应用了理想模型法，故A错误； B．探究加速度与力、质量关系的实验中，主要应用了控制变量法，故B错误； C．探究两个互成角度的力的合成规律的实验中，主要应用了等效替代的方法，故C错误； D．时间间隔趋近于0时，平均速度约等于瞬时速度，应用了极限思维方法，故D正确。 故选D。 2．某同学在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，为研究并直观判断加速度与质量之间的关系时，实验中应当（　　） A．改变合外力的大小，根据实验数据作出图像 B．改变合外力的大小，根据实验数据作出图像 C．保持合外力的大小不变，根据实验数据作出图像 D．保持合外力的大小不变，根据实验数据作出图像 【答案】C 【详解】为了研究加速度与质量之间的关系，必须保持合外力大小不变，以使用控制变量法。根据牛顿第二定律 可得 当合外力恒定时，加速度与质量成反比，即与成正比。因此，作出图像将呈现线性关系，便于直观判断；而图像为非线性曲线，不直观。故选C。 3．如图是我们耳熟能详的一则经典故事：曹冲称象。下列选项中与故事中曹冲使用的物理方法相同的是（　　） A．瞬时速度的定义 B．伽利略理想斜面实验 C．探究加速度与质量、合外力的关系 D．探究两个互成角度的力的合成规律 【答案】D 【详解】A．瞬时加速度的定义用的是极限法（微元法），曹冲称象运用了等效法，故A错误； B．“伽利略理想斜面实验”运用了逻辑推理的方法，与曹冲称象的方法不同，故B错误 ； C．探究“加速度与质量、合外力的关系”应用控制变量法，曹冲称象运用了等效法，故C错误； D．探究“两个互成角度的力的合成规律”应用了等效法，与曹冲称象运用的方法相同，故D正确。 故选D。 二、知识点填空题 探究加速度与力、质量的关系实验思路 4．实验装置 将小车置于________上，通过滑轮与________相连。小车可以在槽码的牵引下运动。 5．实验思路 （1）加速度与力的关系 保持小车________测得不同________下小车运动的加速度加速度与________的变化情况二者之间的定量关系。 （2）加速度与质量的关系 保持小车所受的________测得不同________的小车在这个拉力下运动的加速度加速度与________的变化情况二者之间的定量关系。 【答案】4． 水平木板 槽码 5． 质量不变 拉力 拉力 拉力不变 质量 质量 【详解】4．[1][2]将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。 5．（1）[1][2][3]加速度与力的关系 保持小车质量不变测得不同拉力下小车运动的加速度加速度与拉力的变化情况二者之间的定量关系。 （2）加速度与质量的关系 [1][2][3]保持小车所受的拉力不变测得不同质量的小车在这个拉力下运动的加速度加速度与质量的变化情况二者之间的定量关系。 三、实验题 6．某实验小组设计了用电火花打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”实验装置如图（甲）。 (1)关于此实验的操作，下列说法正确的是_____（填选项字母）。 A．每次实验时都需要平衡阻力 B．实验时，先释放小车再接通打点计时器的电源 C．为了减小系统误差，需要满足托盘和钩码质量远小于小车的质量的条件 D．电火花打点计时器用交流电源供电 (2)该组同学在实验中得到如图乙所示的一条纸带（相邻两计数点间还有4个点没有画出）。已知打点计时器采用的是频率为的交流电，根据纸带可求出点的速度大小为_____，小车的加速度大小为_____（结果均保留2位有效数字）。若实际频率大于，则测出的加速度_____（填“偏大”、“偏小”或“准确”）。 (3)该小组根据测出的数据作出图像如图，图像不过原点的原因可能是_____ 【答案】(1)CD (2) 1.2 1.9 偏小 (3)平衡摩擦力不足/未平衡摩擦 【详解】（1）A．在平衡阻力时，垫高长木板远离滑轮的一端，让小车的重力沿木板的分力与小车受到的阻力平衡，则有 可知左右两端的质量会约去，故每次实验时不需要重新平衡阻力，故A错误； B．为了充分利用纸带，实验时应先接通电源再释放小车，故B错误； C．在甲图中，根据牛顿第二定律，对小车有 对托盘和钩码有 联立解得细绳的拉力大小为 为了使细线拉力近似等于托盘和钩码的总重力，需要满足m远小于M，故C正确； D．电火花打点计时器用交流电源供电，故D正确。 故选CD。 （2）[1]由题知，相邻两计数点间还有4个点没有画出，且交流电的频率为50Hz，则相邻计数点的时间为 根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度，则D点的速度大小为 [2]根据逐差法可得 代入数据解得小车的加速度大小为 [3]实际频率大于50Hz，则实际打点周期小于0.02s，但仍然用0.02s代入计算，则代入的时间偏大，根据 可知测出的加速度偏小。 （3）根据图像可知，当细线拉力F增大到一定值时，才有加速度产生，则图像不过原点的原因可能是“平衡摩擦力不足”或“未平衡摩擦”。 7．某学习小组利用如图甲所示的装置探究物体加速度与所受合外力之间的关系。 实验步骤如下： ①把长木板的一侧垫高并调整倾角，以平衡小车受到的阻力； ②测量槽码总质量m，将其通过细线绕过定滑轮后连接在小车上，并将纸带穿过打点计时器连接在小车尾部； ③将小车移动至长木板上靠近打点计时器处，接通打点计时器电源后释放小车； ④处理纸带上打出的点来测量加速度a； ⑤保持小车质量M不变；改变槽码质量m，重复步骤②~④。 (1)将纸带穿过打点计时器时，两位同学的操作分别如图乙-a、图乙-b所示，其中操作规范合理的是图乙-_______（选填“a”或“b”）； (2)为使小车所受的合外力F近似等于槽码所受的重力mg，应满足：m_______M（选填“远小于”、“远大于”或“等于”）； (3)某次实验过程中，打出纸带如图丙所示（相邻两计数点间的4个点未画出），测得x1=5.12cm、x2=5.66cm、x3=6.19cm、x4=6.72cm；已知打点计时器所用交流电频率为50Hz，可求得小车打出该纸带时的加速度a=________m/s2（结果保留两位有效数字）； (4)学习小组最终得到的数据如下表所示；根据表中的数据，请帮助他们在图丁所示的坐标纸中描点并作出对应的a-F关系图像； F/（N） 0.14 0.19 0.24 0.29 0.34 a/（m/s2） 0.39 0.53 0.67 0.81 0.94 (5)根据作出的a-F图像，小明同学提出猜想：不计空气阻力，不断增加槽码质量，小车的加速度将随之一直增加至无穷大，你是否赞同这种猜想？请说明理由：___________。 【答案】(1)b (2)远小于 (3)0.53 (4) (5)见解析 【详解】（1）将纸带穿过打点计时器时，纸带应放在复写纸（或墨粉纸盘）的下方，这样才能在纸带上打出清晰的点，所以操作规范合理的是图乙-b； （2）根据牛顿第二定律，对小车有 对槽码有 联立解得 可知当远小于时。 （3）由题知，相邻两计数点间的4个点未画出，则相邻计数点的时间为 根据逐差法有 代入数据解得 （4）根据表中数据，画出a-F关系图像，如图所示 （5）不赞同。对整体，根据牛顿第二定律有 解得 可知随着m增大，a会趋于g，槽码会趋近于做自由落体运动。 8．一组同学在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，实验装置如图甲所示。 (1)关于该组同学的下列操作，正确的是（　　） A．实验时，要先接通打点计时器再释放纸带 B．实验中若保持小车质量不变，探究加速度与合外力（即砂与砂桶的总重力）的关系时，需要保证小车的质量远大于砂和砂桶的总质量 C．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质量成反比 D．小车每次必须从同一位置释放 (2)某次实验得到的纸带如图乙所示，已知所用电源的频率为50Hz，相邻2个计数点之间还有4个计数点没有标出，可求出打点计时器在打出C点时，小车的速度大小为____m/s，小车整个过程中的加速度大小为____m/s2（计算结果均保留2位有效数字）。若实际频率小于50Hz，则仅考虑该系统误差，测出的加速度将会____（填“偏大”“偏小”或“准确”）。 【答案】(1)AB (2) 0.48 0.79 偏大 【详解】（1）A．为保证充分利用纸带，实验时，要先接通打点计时器再释放纸带，故A正确； B．由题意可知，该实验利用绳子拉力近似等于砂和砂桶的总重力，所以实验中若保持小车质量不变，探究加速度与合外力（即砂与砂桶的总重力）的关系时，需要保证小车的质量远大于砂和砂桶的总质量，故B正确； C．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出来的线不是直线，而是曲线，不能得出成反比关系，故C错误； D．小车每次没有必要从同一位置释放，只要得到够用的点即可，故D错误。 故选AB。 （2）[1]由题意可知，相邻计数点间的时间间隔为 打点计时器在打出C点时，小车的速度大小为 [2]根据逐差法可得，小车整个过程中的加速度大小为 [3]若实际频率小于50Hz，则仅考虑该系统误差，则计算得出的时间间隔偏小，则根据逐差法得出的加速度偏大。 9．某实验小组利用如图甲所示装置完成学生实验“探究加速度与力、质量的关系”。 (1)实验过程中，把小车停在靠近打点计时器处，对于“接通电源”和“释放纸带”这两个操作的先后顺序应当是_______； A．先接通电源，后释放纸带 B．先释放纸带，后接通电源 C．先接通电源或先释放纸带都可以 (2)实验过程中，在平衡摩擦力时_______； A．需要挂上槽码，不必系上纸带 B．不需要挂上槽码，不必系上纸带 C．不需要挂上槽码，需要系上纸带 D．需要挂上槽码，需要系上纸带 (3)由打点计时器（电源电压220V，频率50Hz）得到表示小车运动过程的一条清晰纸带如图乙，纸带上两相邻计数点间还有4个点未画出。其中、，打点计时器打出A点时小车速度大小______m/s，测得小车加速度大小______（结果均保留两位有效数字）； (4)以槽码的重力为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a—F图像是一条倾斜的直线如图丙所示，已知图线与横轴的夹角为，图线的斜率为k，则小车的质量为_______。 A． B． C．k D． 【答案】(1)A (2)C (3) 0.86 0.64 (4)D 【详解】（1）为充分利用纸带，实验过程中，把小车停在靠近打点计时器处，先接通电源，后释放纸带。 故选A。 （2）平衡摩擦力时，不需要挂上槽码，靠小车的重力下滑分力平衡摩擦力，但需要系上纸带，这样易确定是否恰好平衡摩擦力了。 故选C。 （3）[1]由题意可知，相邻计数点间的时间间隔为 打点计时器打出A点时小车速度大小为 [2]根据逐差法可知，小车加速度大小为 （4）根据牛顿第二定律 解得 因此图线的斜率为 解得 由于横纵坐标的单位长度不确定，所以不能说。 故选D。 10．如图是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。 (1)安装实验装置时，长木板右端垫一小木块的目的是（    ）； A．平衡摩擦力 B．调节长木板水平 C．为了使小车下滑更快 (2)为了实验更准确，要求砝码和砝码盘的总质量与小车的质量应该（    ） A．与无关联 B．与相接近 C．远小于 D．远大于 (3)实验时，应（      ） A．先释放小车再接通电源 B．先接通电源再释放小车 C．拉车的细绳应该保持水平 D．释放小车时小车应靠近打点计时器的一端 【答案】(1)A (2)C (3)BD 【详解】（1）安装实验装置时，长木板右端垫一小木块的目的是平衡摩擦力，让小车的合外力等于细绳的拉力，故选A。 （2）因为该实验要用砝码和砝码盘的总重力代替小车的牵引力，则由牛顿第二定律，对小车T=m2a 对砝码和砝码盘m1g-T=m1a 解得 只有当时才可认为T=m1g，则要求砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量，故选C。 （3）AB．实验开始时应先接通电源，等打点稳定后再释放小车，A错误，B正确； C．拉车的细绳应该与长木板保持平行，C错误； D．释放小车时小车应靠近打点计时器的一端，以充分利用纸带，D正确。 故选BD。 探究加速度与力、质量的关系物理量的测量 11．质量的测量：可以用________测量。 12．加速度的测量 方法1：由计算出加速度________。 方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据________打出的点来测量加速度。 方法3：两个初速度为零的匀加速直线运动的物体，在相等时间内的位移之比就等于加速度之比，即________。 13．力的测量：平衡摩擦力后，小车所受的拉力________合力，用悬挂物重力替代小车所受的拉力。（条件是槽码的质量要比小车的质量小很多） 【答案】11．天平 12． 打点计时器在纸带上 13．近似等于 【详解】11．质量的测量：可以用天平测量。 12．[1]方法1：由计算出加速度。 [2]方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据打点计时器在纸带上打出的点来测量加速度。 [3]方法3：两个初速度为零的匀加速直线运动的物体，根据可知，在相等时间内的位移之比就等于加速度之比，即。 13．力的测量：平衡摩擦力后，小车所受的拉力近似等于合力，用悬挂物重力替代小车所受的拉力。 学科网（北京）股份有限公司 $