第2天 实验：探究加速度与力、质量的关系-【预备新高一】2026-2027学年初升高物理预习衔接练习

的第2天 实验：探究 第1步 知识点/1实验原理、器材 ★★☆☆☆ 1.实验原理（控制变量法） (1)保持研究对象（小车）质量不变，探究 加速度与合外力的关系。 (2)保持合外力（重物的质量）不变，探究 加速度与质量的关系。 2.实验器材 打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮 的长木板、重物、夹子、细绳、交流电源、导线、 天平（带有一套砝码）、刻度尺等。 3.物理量的测量 (1)小车的质量：用天平测量。 (2)小车获得的加速度：往往根据纸带上 打出的点并借助△x=aT2求解。 (3)小车所受的合外力：平衡摩擦力并满 足重物的质量远小于小车的质量后，可以用细 绳所挂重物的重力代替小车所受的合外力。 名师点晴 细绳的拉力等于重物的重力吗？什么情况下 细绳的拉力即小车所受的合外力可以近似等于重 物的重力？ 不等于，因为重物向下加速运动，所以细绳的 拉力小于重物的重力。当重物的质量远小于小车 的质量时，细绳的拉力近似等于重物的重力，即小 车受到的合外力近似等于重物的重力。故实验中 必须满足小车的质量远大于重物的质量。 3第四周运动和力的关系 加速度与力、质量的关系 学新知 知识点/2实验探究过程 ★★☆☆☆ 1.实验装置 小车 纸带 细绳 一长木板 ☑ 打点计时器 实验台 2.实验步骤 (1)用天平测出小车和重物的质量分别 为M。、mo,并把数据记录下来。 (2)按上图将实验器材安装好（小车上不 系细绳，但安装纸带)。 (3)平衡摩擦力。在长木板无滑轮的一 端下面垫一薄木板，反复移动其位置直到打点 计时器正常工作时，不挂重物的小车在长木板 上做匀速直线运动（纸带上相邻点间距相等） 为止，固定好长木板与薄木板。 (4)将重物通过细绳系在小车上，接通电 源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取 下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物 的重力mog。 (5)保持小车的质量不变，改变所挂重物 的重力，重复步骤(4)，多做几次实验，使小车 每次从同一位置释放，并记录好重物的重力 m1g、m2g… 99 3预备新高一物理8 (6)保持所挂重物的质量不变，在小车上 加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量 M1,接通电源，放开小车，用纸带记录小车的 运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码。 (7)继续在小车上加放砝码，重复步骤 (6),多做几次实验，记录好小车和砝码的总 质量M2、M3… (8)计算出每次实验所得纸带的加速 度值。 名师点晴 1.平衡摩擦力的目的：为了让细绳拉小车的力等 于小车所受的合外力，即T=F合 T Mg 2.平衡摩擦力的方法：不挂重物时，将长木板倾斜 一定角度0，让小车所受的滑动摩擦力与重力沿长 木板方向的分力平衡，即Mgsin0=uMgcos0。 3.改变M、m不需重新平衡摩擦力：平衡摩擦力时 不挂重物，将长木板无滑轮一端下面垫高，调节长 木板倾角即可。平衡摩擦力后，因为Mgsin0= Mgcos0等式始终成立，与M、m大小无关，所以 不管之后是改变小车质量还是改变所挂重物质 量，都不需要重新平衡摩擦力。 知识点/3实验数据处理 ★★★☆☆ 1.探究加速度a和力F的关系 以加速度a为纵坐标，力F为横坐标建立 直角坐标系，根据所测数据描点，然后作出α-F 图像，如图甲所示，若图像是一条过原点的倾 斜直线，说明a与F成正比。 100 甲 丙 2.探究加速度a与质量M的关系 以加速度a为纵坐标，质量M为横坐标 建立直角坐标系，作出a-M图像如图乙所示， 因为a-M图像是曲线，难以判断a与M是否 成反比关系，若a和M成反比，则a与7必成 正比。我们采用“化曲为直”的方法，以a为 纵坐标，以M为横坐标建立直角坐标系，作出 口图像，若a图像是一条过原点的倾斜 直线，如图丙所示，说明a与7成正比，即a与 M成反比。 名师点晴 “化曲为直”的方法 若物理量的y-x图像是曲线，可根据其曲线 的特点，作y-x2图像、y-x3图像或y-二图像，作出 的图像是直线时才能更好地说明两个物理量之间 的比例关系。 知识点/4其他实验方案 ★★★☆☆ 1.用气垫导轨替代长木板 利用气垫导轨替代长木板做此实验时，不 需要平衡摩擦力，其他实验步骤不变。 2.利用光电门测加速度 遮光片 777777777777 777777777777 利用光电门测出滑块通过G1、G2的速度 v1、2,根据v2-v=2ax求出加速度。 第四周 运动和力的关系 8 3.利用位移传感器测位移 两种实验方案中，加速度可由纸带上的点 位移传感器（发射器）位移传感器（接收器） 计算得出，合外力由弹簧测力计测出，可直接 小车 判断两者的关系。 轨道 只钩码 思维延伸 ,如果测出两个初速度为零的 2x 实验方案改进优势 由于a= (1)气垫导轨替代长木板：无须平衡摩擦力，气垫 匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x1、 导轨内部中空，空气进入导轨，从导轨面上的小孔 x,则位移之比等于加速度之比，即_ 中喷出，喷出的气流在滑块和导轨之间形成气垫， a2 X2 使滑块运动时受到的摩擦力达到可以忽略的 4.利用弹簧测力计直接测量合外力大小 程度。 打点计时器 小车 细绳 弹簧测力计 (2)光电门利用平均速度测瞬时速度：v= : 纸带 滑轮 d(挡光片的宽度) 长木板水平实验台 钩码 t(挡光时间) 。挡光片越窄，平均速度越接近 打点计 滑块通过光电门的瞬时速度，故可用该平均速度 纸带时器小车 定滑轮 俞弹簧测 代替滑块的瞬时速度。 越力计 (3)力传感器测量细绳的拉力：不必保证悬挂物的 0轻质动滑轮 △砝码和砝码盘 质量远小于小车的质量。 第2步 过典例 题型 实验误差分析 即学即练 [答案见P29] 典例某实验小组利用如图甲所示的装置探究加速度与力、质 图甲为“探究加速度与力、质量 量的关系。 的关系”装置示意图，连接在小 接电源纸带 小车 车后面的纸带穿过电火花计时 器，小车和挂在竖直面内的拉 力传感器用一条柔软的轻绳通 细绳 过光滑的定滑轮和动滑轮连接 带滑轮的长木板 砝码桶 打点计时器 起来，拉力传感器是一种将物 甲 理信号转变为可测量的电信号 输出的装置，用于测量小车受 (1)如图甲所示的实验装置中，若选用电火花计时器，其所用的 到拉力的大小。 电源是 101 3预备新高一物到 电火花 计时器 拉 小军纸带 不 钩码 甲 纸带运动方向 单位：cm B D E 9.5211.0012.5013.98 (1)在安装器材时，要调整定 滑轮的高度，使连接小车的细 绳与木板平行。这样做的目的 是 (填字母代号)。 A.防止打点计时器在纸带上 打出的点痕不清晰 B.在平衡摩擦力后使细绳拉力 等于小车受到的合力 C.防止小车在木板上运动过程 中发生抖动 D.为保证小车最终能够实现 匀速直线运动 (2)实验中 (选填“需 要”或“不需要”)满足所挂钩 码质量远小于小车质量。 (3)某实验小组在小车加速运 动过程中得到如图乙所示的一 条纸带，用毫米刻度尺测量并在 纸带上标出了各段的长度，相邻 两计数点间的距离如图乙所示， 已知打点计时器使用的交流电 源的频率为50Hz,相邻两计数 点间还有4个计数点未标出， 在A、B、C、D、E五个点中，打点 计时器最先打出的是 点。在打出C点时小车的速度 大小为 m/s;小车的加 速度大小为 m/s2。(计 算结果均保留三位有效数字) 102 A.交流220V B.直流220V C.直流8V D.交流8V (2)下列做法正确的是 (填字母代号)。 A.调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行 B.在调节木板倾斜度补偿小车的阻力时，将装有砝码的砝码 桶通过定滑轮拴在小车上 C.实验时，先放开小车再接通打点计时器的电源 D.通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木 板倾斜度 (3)已知打点计时器频率为50Hz,如图乙所示的是某次记录小车 运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E、F、G为相邻的计数点，相 邻计数点间还有四个点未画出。根据纸带可求出小车的加速 度大小a= m/s2。(结果保留两位有效数字) 1.401.902.38t2.88中3.39T 3.87 单位：cm 乙 丙 (4)如图丙为某同学在探究加速度α与力F的关系时，根据测量 数据作出的a-F图像，由图丙可知实验可能存在的问题是 【解析】(1)电火花计时器使用的是交流220V电源。A正确。(2)平 衡好摩擦力后，调节滑轮高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行， 使得细绳的拉力就等于小车所受的合外力，A正确；在调节木板倾斜度 补偿小车的阻力时，小车挂上纸带，不能将装有砝码的砝码桶通过定滑 轮拴在小车上，B错误；实验时，应先接通打点计时器的电源，待打点稳 定后再放开小车，否则小车运动一段时间后再打点，纸带上点迹很少也 不便于研究，C错误；平衡摩擦后即mgsin0=umgcos0,即与质量无关， 通过增减小车上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度，D正 确。(3)根据题意可知，纸带上相邻计数点间时间间隔T=5×0.02s= 0.1s,采用逐差法计算平均加速度a-(,+,+,)-(x,+t) (3T)2 (2.88+3.39+3.87)-(1.40+1.90+2.38) cm/s2=0.50m/s2。(4)由图 0.09 丙图像可以看出，当F增大到一定值（图线与横轴截距）时，小车才有 加速度，说明平衡摩擦力不足或未平衡摩擦力。 【答案】(1)A(2)AD(3)0.50(4)平衡摩擦力不足（或未平衡摩 擦力) 第四周 运动和力的关系 第3步 练新题 已答案见P30 ⑨建议用时：10分钟 羽实际用时： 分钟 1.图甲为“探究加速度与力、质量的关系”实 C.调节后木板的倾角合适 验时的实验方案，图乙是实验测量得到的纸 (2)某次实验结束后，打出的纸带如图乙中 带，其实验操作步骤如下： 纸带2所示，已知打点计时器使用的交 打点计时器 小车 流电源频率为50Hz,每相邻计数点之 ▣ 间还有4个点未画出，则在打下D点时 纸带 小车的速度大小为 m/s;小车 下滑的加速度大小为 m/s2。 m (结果均保留两位有效数字) 甲 纸带1· ①挂上托盘和砝码，调节木板的倾角，使质 纸带2 量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑； D E ②取下托盘和砝码，测出其总质量m,让小 乙 车沿木板下滑，测出加速度a; (3)下列有关该实验的说法正确的是 ③改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通 过作图可得到小车加速度a与合外力F的 A.实验中需要满足小车质量M远大于 关系。 托盘和砝码的总质量m (1)图乙中纸带1是步骤①中打出的纸带， B.实验中在作a-F图像时，把mg作为 由此可以判断 F值 A.调节后木板的倾角过小 C.改变砝码质量再次实验时，斜面倾 B.调节后木板的倾角过大 角需要重新进行调整 第4步 查效果 必会知识点 对点题号 错题题号 纠错时间 1.实验原理、器材 1 2.实验探究过程 1 3.实验数据处理 4.其他实验方案 1 今天的我： 超级棒！ 还不错！ 需要继续努力。 103越小，其运动状态改变得越困难，C正确；牛 顿第一定律是在实验的基础上进一步推理 概括出来的科学理论，而不是直接通过实验 证实的，D错误。 【练新题】 1.C【解析】惯性是物体本身的固有属性，惯 性大小只与物体的质量有关，与运动的状态 无关，球由静止释放后加速下落是由于受到 重力，惯性没有变化，A错误；物体随着飞船 进入太空，物体的质量没有变化，则物体的 惯性没有变化，B错误；物体的速度增大时 惯性不变，D错误；投掷出去的标枪是靠惯 性向远处运动的，C正确。 2.D【解析】题图甲中，完全没有摩擦阻力的 斜面实际不存在，因此该实验不可能实际完 成，A错误；题图甲实验中，通过逻辑推理得 出物体的运动状态不需要力来维持，B错 误；题图乙实验是斜面实验，最后合理外推 到竖直状态，间接验证了自由落体运动的速 度是均匀变化的，C错误；题图乙实验中，运 用斜面“冲淡”了重力的作用，使物体运动的 加速度减小，从而使运动时间变长，便于测 量，D正确。 3.D【解析】油罐车向前启动时，由于惯性， 油要保持原来的运动状态将向后涌动，A错 误；惯性取决于物体的质量，质量不变惯性 不变，与其他因素无关，B、C错误；油罐车在 平直道路上匀速前进时，由牛顿第一定律可 知，即使没有挡板，油也几乎不会涌动，D 正确。 4.D【解析】木板停止前，甲、乙和木板一起 参考答案8 做匀速直线运动，即两物块和木板具有共同 的速度，当木板突然停止时，两物块在光滑 接触面上，由于惯性，两物块还要保持原来 大小不变的速度做匀速直线运动，因此两个 物块间的距离不变，一定不会相碰，D正确。 5.(1)④①③②(2)D 【解析】(1)伽利略设计的理想实验的步骤 是：先在两个对接的斜面上，让静止的小球 沿左边的斜面滚下，小球将滚上右边的斜 面；如果没有摩擦，小球将上升到原来的高 度；接着减小右边斜面的倾角，小球在这个 斜面上仍然要达到原来的高度；继续减小右 边斜面的倾角，最后使它成为水平面，小球 要沿水平面做匀速直线运动。正确的逻辑 顺序是④①③②。(2)关于理想实验的描述 中，有的属于可靠的事实，有的是理想化的 推论。①中不可能没有摩擦；③有摩擦是不 可能达到原来高度的；②即使水平，因为有 摩擦，小球也不可能匀速运动。D正确。 第2天实验：探究加速度与力、 质量的关系 【即学即练】 (1)B(2)不需要(3)A1.181.49 【解析】(1)实验中调节定滑轮高度，使细绳与 木板平行，可在平衡摩擦力后使细绳的拉力等 于小车所受的合力，如果不平行，细绳的拉力 在垂直于木板的方向上就有分力，改变了摩擦 力就不能使细绳拉力等于小车所受的合力。B 正确。(2)拉力传感器可记录绳子拉力大小， 所以不需要满足所挂钩码质量远小于小车质 量。(3)AB间距较小，所以打点计时器最先打 29 3预备新高一物理8 出的是A点。打出C点时小车的速度大小 c-27≈1.18m/s。根据逐差法可知加速度 XBD AC=1.49m/s2。 Q=- 472 【练新题】 1.(1)C(2)0.310.75(3)BC 【解析】(1)纸带1的点是均匀的，说明此时 小车受力平衡，所以此时调节后木板的倾角 合适，这样使得，取下托盘和砝码后，小车下 滑过程中的合外力就等于托盘和砝码的重 力，故C正确。(2)由纸带2可得xc= 3.15cm,xg=9.30cm,所以xcs=6.15cm,故 _xcE_615cm=0.3075m/s≈0.31m/s。 n=2T2×0.1s XCEXAC 由逐差法可得小车下滑的加速度a= 472 0.0615-0.0315m/g=0.75m/g。(3)由 4×0.12 于小车下滑过程中的合外力就等于托盘和 砝码的重力，所以不需要满足小车质量M 远大于托盘和砝码的总质量m,A错误。此 时合外力就等于托盘和砝码的重力，实验中 在作a-F图像时，把mg作为F值，B正确。 改变砝码质量，需要重新进行步骤①，这样 才能保证小车下滑过程中的合外力就等于 托盘和砝码的重力，所以斜面倾角需要重新 进行调整，C正确。 第3天牛顿第二定律 【即学即练】 1.C【解析】物理公式在确定物理量数量关 系的同时，也确定了物理量的单位，在F= 30 ma中，只有“m”的单位取kg,“a”的单位取 m/s2,“F”的单位取N时k=1。C正确。 2.C【解析】当斜劈做匀速直线运动时，小球 做匀速直线运动，所受合力为零，直杆对小 球的弹力竖直向上，A错误；当斜劈做匀加 速直线运动时，小球做匀加速直线运动，直 杆对小球有水平向左和竖直向上的力，合力 方向不一定沿杆方向，B错误，C正确；当斜 劈做匀减速直线运动时，小球做匀减速直线 运动，直杆对小球有水平向右和竖直向上的 力，合力不可能向下，D错误。 3.B【解析】设轻绳拉力为T,对小球根据平 衡条件有Tcos45°=mg,解得T=20√2N,A 错误；剪断轻绳前，设弹簧的弹力为F,对小 球根据平衡条件有F=Tsin45°，解得F= 20N,剪断轻绳后，弹簧弹力不变，故剪断的 瞬间轻弹簧的弹力大小为20N,B正确；剪 断轻绳的瞬间轻弹簧的弹力不变，则重力与 弹簧弹力的合力为20√2N,根据牛顿第二 定律可得a金=102m/,方向与竖直方 m 向成45°角指向左下方，C错误；剪断弹簧的 瞬间，弹簧弹力瞬间消失，小球受到重力和 轻绳的拉力作用，合力不可能为零，加速度 不可能为零，D错误。 4.B【解析】物块在A点合力水平向右，在O 点合力水平向左，因此从A到0存在一个加 速度为零的位置，物块从A到0的过程中加 速度先变小后变大，A错误；物块从O到B 的过程中，滑动摩擦力方向向左，弹簧弹力 也向左且逐渐增大，所以加速度逐渐变大，B 正确；当物块加速度为零时速度最大，物块