4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 同步作业 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

**基本信息** 聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，通过基础认知、技能应用、综合探究三层设计，实现从实验原理到科学探究能力的递进，强化科学思维与科学探究素养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础认知|实验原理与操作规范|选择题考查控制变量法（第1题）、操作要点（第2题），夯实物理观念| |技能应用|数据处理与误差分析|实验题涉及纸带分析（第4题逐差法）、图像绘制（第4题a-F图），培养科学推理能力| |综合探究|实验设计与方法拓展|结合气垫导轨（第10题）、误差来源分析（第7题补偿阻力不足），提升科学探究与创新能力|

第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系 同步作业 1、 选择题 1．利用如图所示的装置探究加速度与力、质量的关系，下列说法正确的是(　　) A．保持小车所受拉力不变，只改变小车的质量，就可以探究加速度与力、质量的关系 B．保持小车质量不变，只改变小车的拉力，就可以探究加速度与力、质量的关系 C．先保持小车所受拉力不变，探究加速度与力的关系；再保持小车质量不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系 D．先保持小车质量不变，探究加速度与力的关系；再保持小车所受拉力不变，探究加速度与质量的关系，最后归纳出加速度与力、质量的关系 2．(多选)在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列说法正确的是(　　) A．在补偿阻力时，应将槽码盘及盘内槽码通过定滑轮用细绳拴在小车上 B．连接槽码盘和小车的细绳应与长木板平行 C．补偿阻力后，长木板的位置不能移动，每次改变小车质量时，应重新补偿阻力 D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源，再释放小车 二．实验题： 3．某同学在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，如图所示是已接通电源正要释放小车时的情况，请你改正该同学的五个差错． (1)电源________________________________． (2)电火花计时器位置__________________________________． (3)滑轮位置_________________________________________． (4)小车位置_______________________________________________． (5)长木板____________________________________________________． 4．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示． (1)在补偿小车受到的阻力的过程中，打出了一条纸带如图乙所示．打点计时器打点的时间间隔为0.02 s，从比较清晰的点起，每5个点取一个计数点，测量并标出相邻计数点之间的距离，该小车的加速度a＝________ m/s2. (2)阻力得到补偿后，将5个相同的槽码都放在小车上．挂上槽码盘，然后每次从小车上取一个槽码添加到槽码盘中，测量小车的加速度．小车的加速度a与槽码盘中槽码总重力F的实验数据如下表： 槽码盘中槽码 总重力F/N 0.196 0.392 0.588 0.784 0.980 加速度 a/(m·s－2) 0.69 1.18 1.66 2.18 2.70 请根据实验数据在图所示坐标系中作出a－F关系图像． (3)本实验已正确补偿了阻力，根据提供的实验数据作出的a－F图线不通过原点，主要原因是________________________________． 5.如图甲是用来探究加速度与力之间关系的实验装置示意图，图乙是其俯视图．两个相同的小车，放在带有定滑轮的木板上(事先通过调节木板与水平面间的夹角来抵消摩擦力的影响)，前端各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里放有砝码．两个小车后端各系一条细线，细线后端用夹子固定，打开夹子，小盘和砝码牵引小车同时运动，合上夹子，两小车同时停止运动． (1)用刻度尺测出两小车的位移，位移之比就等于它们的________之比． (2)为了探究加速度大小与力大小之间的关系，应保持两个________(填“小车”或“小盘和砝码”)的质量相等． (3)为减小误差，应使小盘和砝码的总质量尽可能________(填“远小于”“等于”或“远大于”)小车质量． 6.用如图所示的装置探究在拉力F一定时，小车的加速度a与小车(含砝码)质量m的关系，某同学设计的实验步骤如下： A．用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量 B．按图安装好实验器材 C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮连接在小桶上 D．将电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上，启动打点计时器，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量 E．保持小桶及桶内沙子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的m值，重复上述实验 F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值 G．作a－m图像，并由图像确定a与m的关系 (1)该同学漏掉的一个重要实验步骤是________，该步骤应排在步骤________之后． (2)在上述步骤中，有错误的是步骤__________，应把___________改为___． (3)在上述步骤中，处理不恰当的是步骤__________，应把________改为________． 7.某同学设计了一个“探究加速度a与物体所受合力F及物体质量m的关系”的实验，图所示为实验装置简图(交流电源的频率为50 Hz)． (1)图所示为某次实验得到的纸带，根据纸带可求出小车的加速度大小为________ m/s2.(结果保留两位有效数字) (2)保持沙和沙桶的质量不变，改变小车质量m，分别得到小车加速度a与质量m及对应的，数据如下表． 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 小车加速度 a/(m·s－2) 1.90 1.72 1.49 1.25 1.00 0.75 0.50 0.30 小车质量 m/kg 0.25 0.29 0.33 0.40 0.50 0.71 1.00 1.67 /kg－1 4.00 3.45 3.03 2.50 2.00 1.41 1.00 0.60 请在图甲所示的坐标纸中画出a－图线，由图线可得小车的加速度a与质量的倒数之间的关系式为________________． (3)保持小车的质量不变，改变沙和沙桶的质量，该同学根据实验数据作出了加速度a随合力F变化的图线，如图乙所示．该图线不通过原点，其主要原因是________________________． 8.如图(a)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　　　　(选填“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a-m图像如图(b)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)。  A.a-图像 B.a-m2图像 C.am-m图像 D.a2-m图像 (3)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，　　　　(选填“甲”或“乙”)同学的方法可以更好地减小误差。  9.(2026·江苏苏州期中)某实验小组用如图甲的装置探究加速度与质量的关系: (1)实验中用的是电磁打点计时器，则其电源应选　　　　。  A.直流220 V B.交流220 V C.直流8 V D.交流8 V (2)为平衡阻力，正确操作应是图乙中的　　　　(选填“A”或“B”);轻推小车，发现打出的纸带如图丙，则应　　　　(选填“增大”或“减小”)长木板倾角。  (3)正确平衡阻力后，实验中得到一条纸带如图丁，打点周期为0.02 s，相邻两个计数点间还有4个点未画出，则此次小车的加速度大小为　　　　 m/s2。  (4)若托盘和砝码的总质量为m，小车(含配重)的质量为M，多次改变配重，小明由实验数据作出了a-图像，得到一条过原点的倾斜直线，小华认为小明的数据处理过程可能有误，应该得到一条弯曲的图线。你是否同意小华的观点，请简述理由　　　　　　　　　　　　　　　　。  10.(2026·江苏南通期末)某实验小组利用气垫导轨、光电门等器材来完成“探究加速度与力的关系”实验，具体装置如图甲所示。实验时先测出遮光条的宽度d，由刻度尺读出滑块释放时遮光条最左端到光电门中心的距离L，滑块每次从气垫导轨上的同一位置释放，光电门连接的数字计时器记录下遮光条的遮光时间t。 (1)实验中需要改变的质量　　　　(选填“槽码”或“滑块”)。  (2)实验中槽码的质量m　　　　(选填“需要”或“不需要”)远小于滑块和遮光条的总质量M。  (3)实验中滑块的加速度大小a=　　　　(用字母t、L、d表示)。  (4)若考虑遮光条的宽度对实验的影响，则实验中测得的加速度大小与真实值相比　　　　(选填“偏大”“偏小”或“相等”)。  (5)实验小组测得多组实验数据后，根据实验数据处理结果绘制出的a-F图像如图乙所示，图线不过坐标原点的原因可能是　　　　　　　　　　　　　　　。  参考答案： 1.答案　D 2.答案　BD解析　在补偿阻力时，应将细绳从小车上拿去，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，故A错误；若连接槽码盘和小车的细绳与长木板不保持平行，则绳子拉力的一个分力等于小车所受的外力，这样导致误差增大，故B正确；补偿阻力后长木板的位置不能移动，但每次改变小车的质量时，小车的重力沿木板的分力和小车受到的阻力仍能抵消，不需要重新补偿阻力，故C错误；实验时，若先放开小车，再接通打点计时器电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，因此要求小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源，再释放小车，故D正确． 3.答案　(1)应用220 V的交流电源　(2)应靠右端　(3)应使细绳平行于木板　(4)应靠近电火花计时器　(5)应垫高右端以补偿阻力 解析　探究加速度与力、质量的关系时，电火花计时器应使用220 V的交流电源，且要固定在长木板无滑轮的一端(靠近右端)；释放小车时，小车应靠近电火花计时器；连接小车的细绳应平行于木板，应调节滑轮高度使细绳平行于木板；实验时应垫高长木板右端以补偿阻力． 4.答案　(1)0.16　(2)见解析图 (3)计算F时忘记加入槽码盘的重力 解析　(1)由题意可知计数点间的时间间隔T＝5T0＝0.1 s. 由题图乙可知Δx＝0.16 cm＝1.6×10－3 m， 由Δx＝aT2可得a＝0.16 m/s2. (2)a－F图线如图所示． (3)补偿小车与长木板之间的阻力后，a－F图像仍不通过原点，是由于在计算F时忘记加入槽码盘的重力，使作出的图像向左平移．5.答案　(1)加速度　(2)小车　(3)远小于 解析　(1)根据初速度为零的匀变速直线运动公式x＝at2可知，用刻度尺测量两小车通过的位移，两小车的位移之比等于它们的加速度之比． (2)为了探究加速度大小和力大小之间的关系，应该控制小车的质量不变，即应保持两个小车的质量相等． (3)为减小误差，应使小盘和砝码的总质量尽可能远小于小车质量，这样才能满足细绳拉力近似等于小盘和砝码的总重力． 6.答案　(1)补偿阻力　B　(2)D　6 V电压的蓄电池 8 V的交流电源　(3)G　a－m图像　a－图像 解析　(1)实验中把小桶及桶内沙子的重力之和看成与小车所受拉力大小相等，没有考虑摩擦力，故必须补偿阻力且应排在步骤B之后．(2)电磁打点计时器接在6 V电压的蓄电池上将无法工作，必须接在8 V的交流电源上．(3)作a－m图像，得到的是曲线，很难进行正确的判断，必须“化曲为直”，改作a－图像． 7.答案　(1)3.2　(2)见解析图　a＝　(3)实验前没有补偿阻力或者补偿阻力不足 解析　(1)在连续相等的时间间隔内，从纸带上可得到四段位移，因此可以用逐差法计算加速度． 已知x1＝6.19 cm，x2＝6.70 cm，x3＝7.21 cm，x4＝7.72 cm，电火花打点计时器的计时周期T＝＝0.02 s 由逐差法可得x3－x1＝2a1·(2T)2，x4－x2＝2a2·(2T)2 则a＝＝≈3.2 m/s2. (2)在a－坐标系中描点连线，得a－图线如图所示，得a＝. (3)由a－F图线可知，F增大到某一值时小车开始有加速度，说明实验前没有补偿阻力或者补偿阻力不足． 8.答案　(1)一端垫高　(2)AC　(3)乙 解析　(1)探究加速度与力、质量关系的实验时，将绳子拉力作为小车所受合力，则需平衡阻力，实验中应将木板一端垫高。 (2)该实验采取控制变量法，探究加速度a与质量m的关系时，小车受到的力F保持不变，利用图像法处理数据时，需使图线拟合为直线更直观，即图像斜率为定值，由牛顿第二定律F=ma可知a-图像的斜率不变，A正确;无论m怎么变化，am为定值，am-m图线为平行于横轴的直线，图线也可判断a、m成反比关系，C正确;a-m2与a2-m图线均为曲线，无法直观判断a与m成反比关系，B、D错误。 (3)甲同学的实验中，增大了槽码和槽码盘的总质量m'，可能无法满足m'远小于小车的质量m，故实验误差较大;乙同学的实验中，m'+m不变，系统加速度a=，可得a与m'g成正比，故误差较小。 9.答案　(1)D　(2)B　增大　(3)0.88 (4)不同意，理由见解析 解析　(1)电磁打点计时器需要8 V的交流电源，故D正确。 (2)为平衡阻力，小车不能与托盘和砝码相连，故正确操作应是题图乙中的B;根据题图丙中的纸带可知，小车做减速运动，说明长木板倾角过小，故应增大长木板倾角来平衡阻力。 (3)结合纸带数据，由逐差法得小车加速度大小为 a= m/s2=0.88 m/s2。 (4)不同意。对整体由牛顿第二定律得mg=(m+M)a 整理得a=·mg 可知，mg一定时加速度a正比于。 10.答案　(1)槽码　(2)需要　(3)　(4)偏小 (5)气垫导轨没有调节水平，左端低右端高 解析　(1)根据“探究加速度与力的关系”的实验原理可知，本实验需要保持滑块质量不变，改变绳子拉力的大小，即改变槽码的质量。 (2)实验中需要用槽码的总重力代替绳子的拉力，因此需要槽码的质量m远小于滑块和遮光条的总质量M。 (3)滑块通过光电门的速度v= 根据速度与位移的关系式有v2=2aL 解得滑块的加速度大小a=。 (4)由于遮光条通过光电门的时间很短，所以滑块通过光电门的速度是用遮光条通过光电门的平均速度表示的，根据匀变速直线运动规律可知，该速度等于遮光条通过光电门中间时刻的瞬时速度，小于遮光条中间位置通过光电门的速度，即<，因此实验中测得的加速度大小与真实值相比偏小。 (5)由题图乙可知，拉力F为零时加速度不为零，其原因可能是气垫导轨没有调节水平，左端低右端高。 学科网（北京）股份有限公司 $