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

**基本信息** 练习围绕“探究加速度与力、质量的关系”实验，通过基础单选与进阶实验题分层设计，覆盖实验原理、操作、数据处理及误差分析，强化科学探究与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层|实验原理与基本操作|单选题1-2直接考查控制变量法、平衡摩擦力等核心概念，夯实物理观念| |进阶层|数据处理与实验规范|单选题3-4及实验题5-6结合图像分析、纸带计算，强化科学推理能力| |提升层|误差分析与方案改进|实验题7-8通过传感器应用、多方案对比，培养质疑创新与科学论证能力|

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 同步练习 学校:___________姓名：___________班级：___________ 一、单选题 1．“探究加速度与力、质量的关系”实验装置如图所示，为研究加速度a与力F之间的关系，下列说法正确的是（　　） A．需保持拉力不变 B．需保持小车质量不变 C．盘和砝码的重力一定与小车受到的拉力大小相等 D．处理数据时，作出a－图像能直观判断a与F之间的关系 2．两位同学分别利用图甲和图乙的实验装置探究质量一定时加速度与力的关系。下列关于实验操作的说法中正确的是（　　） A．图甲实验中，小车运动时所受拉力大小等于所挂槽码的重力 B．图乙实验中，木板水平时，力传感器上的读数等于小车所受合力的大小 C．两组实验中，为得到质量一定时，与成正比，都需要平衡摩擦力 D．两组实验中，所挂槽码的质量都应远小于小车的质量 3．某同学在做探究加速度与力和质量的关系的实验，设计了如图所示的实验装置。实验时用拉力传感器直接测得的拉力F，则物体运动加速度a与拉力F的关系图像最符合本实验实际情况的是（ ） A． B． C． D． 4．在探究牛顿第二定律的实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2，小车及所放砝码的总质量分别为m1、m2，松开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2，则在实验误差允许范围内，有（　　） A．当m1m2、F12F2时，x12x2 B．当m1m2、F12F2时，x22x1 C．当m12m2、F1F2时，x12x2 D．当m12m2、F1F2时，x2x1 二、实验题 5．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。方法是调整轨道的倾斜度，使小车（　　）（填选项前字母）。 A．能在轨道上保持静止 B．受牵引时，能拖动纸带沿轨道做直线匀速运动 C．不受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速直线运动 (2)某次实验得到一条纸带，部分计数点如图乙所示（每相邻两个计数点间还有4个点未画出），测量时刻度尺零刻度对齐A点，测得B点的读数即s1＝______cm。已知s2＝5.85 cm，s3＝6.53 cm，s4＝7.18 cm，打点计时器所接交流电源频率为50 Hz，则小车的加速度a＝______m/s2（结果保留两位有效数字）。 6．如图所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。 (1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是_______。 A．放大法 B．控制变量法 C．补偿法 (2)该实验过程中操作正确的是_______。 A．平衡阻力时小车未连接纸带 B．先接通打点计时器电源，后释放小车 C．调节滑轮高度使细绳与木板平行 D．释放前，小车应尽量靠近滑轮 (3)在小车质量_______（选填“远大于”或“远小于”）槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。为减小上述做法引起的系统误差，下列方案可行的是_______。 A．用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车 B．在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器 C．在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小 7．某同学设计了如图所示的实验装置来探究小车运动的加速度与合力的关系，小车质量一定，前端固定一根轻杆连接一质量为的光滑定滑轮，并通过细线与装有细砂的砂桶相连，细砂和砂桶总质量为，小车尾端与穿过打点计时器的纸带连接（不计纸带和打点计时器的摩擦） (1)下列说法正确的是_________ A．实验时要保证砂和砂桶总质量远小于小车质量 B．应先释放小车后接通电源 C．实验需要调整细线与长木板平行 (2)实验时保持长木板水平，改变砂和砂桶质量，记录实验过程中传感器示数和对应的小车加速度，描绘出的图像如图所示，则小车的质量为____________（用、、、表示）。 (3)该同学将实验步骤进行改进，重新操作。实验时，将小车静置长木板上，缓慢向小桶中添加细砂，直至小车恰好由静止开始运动，记录此时传感器示数为；随后，将小车放回初始位置并按住不动，继续向小桶中添加一定量细砂，记录此时传感器示数，再释放小车使其加速，待运动稳定后，记录传感器示数，可判断出此操作下____________（选填“”、“”或“”）；多次改变小桶中添加的细砂质量，重复实验，描绘小车加速度和外力的关系图像，下列图像中正确的是____________。 A．   B． C．    D． 8．某兴趣小组分别用两种不同的方案探究了加速度与力、质量的关系。 方案一：如图甲所示，小组同学利用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系。 (1)有关本实验方案的操作和判断，下列说法正确的有（　　） A．本实验方案中需要用到刻度尺、交流电源，还需要天平和秒表 B．本实验中如果把槽码的重量作为小车受的合力，需满足小车的质量远大于槽码的质量 C．在槽码质量一定时，探究小车加速度与小车的总质量（含车内砝码）关系时，不断改变车内砝码数量，重复实验，测定多组相关数据，只要作出的图像，就可得到与的反比关系 D．平衡阻力时需要挂上槽码，先打开电源，后释放小车，观察点迹是否均匀 (2)该小组在某次实验中，平衡摩擦力，保持小车和砝码总质量不变，以槽码的重力为合力，通过改变槽码的个数，一同学得到了如图中的曲线图像，另一位同学利用最初的几组数据拟合了一条直线图像。如图所示，作一条与纵轴平行的虚直线，与这两条图线及横轴的交点分别为、、，若小车和砝码总质量为，悬挂槽码的质量为，则__________（用、表示）。 方案二：小组同学用如图乙所示的实验装置来验证牛顿第二定律。在已调至水平的气垫导轨左端固定一光电门B，右端放置一质量为的滑块（包含遮光条），滑块上竖直固定一宽度为的遮光条A，滑块用一不可伸长的细线绕过气垫导轨左端的定滑轮与力传感器相连，传感器下方悬挂适量钩码。打开气源，将滑块由静止释放，测得力传感器示数为。在不改变钩码质量的情况下，仅多次改变遮光条A与光电门B中心的水平距离，测出相应遮光条通过光电门B的遮光时间为，作出图示的图像，该图线的斜率为。 根据实验方案二，回答以下问题。 (3)下列措施有利于减小本实验误差的是（　　） A．实验中必须保证钩码质量远小于滑块质量 B．遮光条适当窄些 C．细线在导轨上的部分应与导轨平行 (4)滑块在这一实验条件下的加速度__________（用和表示）。 试卷第1页，共3页 试卷第1页，共3页 学科网（北京）股份有限公司 参考答案 1．B 【详解】AB．根据，则研究加速度a与力F之间的关系，应保持小车的质量不变，A错误，B正确； C．盘和砝码向下加速度运动，则有牛顿第二定律mg-F=ma 对小车F=Ma 可得 则盘和砝码的重力大于小车受到的拉力大小，C错误； D．根据，处理数据时，作出图像能直观判断a与F之间的关系，D错误。 故选B。 2．C 【详解】A．图甲实验中，以槽码为对象，根据牛顿第二定律可得 可知小车运动时所受拉力大小小于所挂槽码的重力，故A错误； B．图乙实验中，木板水平时，小车受到细线拉力和摩擦力作用，则力传感器上的读数大于小车所受合力的大小，故B错误； C．两组实验中，为得到质量一定时，与成正比，需要使小车受到的合力等于细线拉力，所以都需要平衡摩擦力，故C正确； D．图乙实验中，由于细线拉力可以通过力传感器测得，所挂槽码的质量不需要远小于小车的质量，故D错误。 故选C。 3．C 【详解】传感器的读数直接得出了拉力F，滑块在气垫导轨上运动不受摩擦力作用，F就是滑块所受的合外力，没有系统误差，所以图像应该是一条通过原点的倾斜的直线。 故选C。 4．A 【详解】AB．根据牛顿第二定律 当m1m2、F12F2时，有 根据动力学公式 可得经过相同的时间两车的位移比为 故A正确，B错误； CD．当m12m2、F1F2时，根据牛顿第二定律 有 根据动力学公式 可得经过相同的时间两车的位移比为 故CD错误。 故选A。 5．(1)C (2) 5.20 0.66 【详解】（1）平衡小车阻力时，是让重力的下滑分力平衡包括纸带与打点计时器摩擦在内的所有阻力，因此不能挂槽码（不受牵引），只需让小车拖动纸带运动，若小车能沿轨道做匀速直线运动，说明阻力已经平衡。 故选C。 （2）[1]刻度尺分度值为，需估读到分度值下一位，由图可知B点读数为 [2]每相邻两个计数点间有4个点未画出，因此相邻计数点的时间间隔 利用逐差法可得 6．(1)B (2)BC (3) 远大于 C 【详解】（1）该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是先保持其中的一个物理量不变，研究另外两个物理量之间的关系，即采用控制变量法，故选B。 （2）A．平衡阻力时小车应该不挂槽码，但要连接纸带，A错误； B．先接通打点计时器电源，后释放小车，B正确； C．调节滑轮高度使细绳与木板平行，这样才能认为细线的拉力等于小车受的合力，C正确； D．释放前，小车应尽量靠近打点计时器，以充分利用纸带，D错误。 故选BC。 （3）根据牛顿第二定律，对整体mg=（M+m）a 对小车 在小车质量远大于槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。 上述做法是由于方案不完善引起的系统误差；为减小此误差，可行的方案是在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小，故C正确，AB错误。 故选C。 7．(1)C (2) (3) > B 【详解】（1）A．本实验中力传感器可以直接测量绳子拉力，不需要用砂桶重力近似代替合力，因此不需要满足砂和砂桶总质量远小于小车质量，故A错误； B．打点计时器实验操作要求先接通电源，待打点稳定后再释放小车，故B错误； C．调整细线与长木板平行，才能保证小车受到的合力方向与运动方向一致，且合力大小恒定，故C正确。 故选C。 （2）对小车和定滑轮整体，设摩擦力为，根据牛顿第二定律有 可得 由图像可知图像斜率 解得 （3）[1]按住小车时，砂桶静止，绳子的拉力 则传感器示数 释放小车后，砂桶向下加速运动，由牛顿第二定律有 可得 则传感器示数 可得 [2]小车恰好由静止开始运动时，拉力等于最大静摩擦力，即 对加速运动的小车，由牛顿第二定律有 可得 可知与成正比，因此图像过原点。 故选B。 8．(1)B (2) (3)BC (4) 【详解】（1）A．打点计时器需要交流电源，处理纸带需要刻度尺，测量质量需要天平，但加速度可由纸带数据求出，不需要秒表，故A错误； B．设小车和车内砝码总质量为，悬挂槽码质量为，若不计阻力，对整体根据牛顿第二定律有 对小车有 联立解得 只有当时，才有，即槽码重力可近似看作小车所受合力，故B正确； C．探究与的关系时，应作图像，若图像为过原点的直线，才能说明与成反比，只作图像不便直接得到反比关系，故C错误； D．平衡阻力时不应挂槽码，应让小车连着纸带，在垫高长木板后先接通电源，再释放或轻推小车，观察点迹是否均匀，故D错误。 故选B。 （2）用槽码重力作外力时，横坐标，若按初始小数据拟合直线，则近似认为小车所受合力为，根据牛顿第二定律有 解得 实际运动中，小车和槽码整体共同加速，根据牛顿第二定律有 解得 图中PN和QN分别表示同一下直线和曲线对应的加速度大小，所以 （3）A．方案二中细线拉力由力传感器直接测得，不再用钩码重力近似代替滑块所受拉力，因此不必保证钩码质量远小于滑块质量，故A错误； B．遮光条通过光电门的平均速度近似为通过光电门中心时的瞬时速度，遮光条越窄，平均速度越接近瞬时速度，有利于减小误差，故B正确； C．细线在导轨上的部分与导轨平行时，细线拉力方向与滑块运动方向一致，力传感器测得的拉力才能作为滑块水平方向的合力，有利于减小误差，故C正确。 故选BC。 （4）遮光条宽度为，遮光时间为，滑块经过光电门时的速度近似为 滑块由静止释放，做匀加速直线运动，根据速度位移关系有 联立解得 题图中图线斜率为，所以 解得 答案第1页，共2页 答案第1页，共2页 学科网（北京）股份有限公司 $