4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 基础填空与分层练习 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

**基本信息** 本练习通过“基础-能力-拓展”三级分层设计，以实验操作、数据处理、误差分析为进阶路径，系统巩固“探究加速度与力、质量关系”实验的物理观念与科学探究能力。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础层（填空+训练）|实验仪器使用、基本操作规范、控制变量法|通过天平/打点计时器等仪器名称填空，选择题考查平衡摩擦力等基础操作，强化实验流程记忆| |能力层|数据处理（逐差法）、图像分析（a-F/m图像）|计算题结合光电门测速度推导加速度公式，多选题分析图像斜率与截距的物理意义，培养科学推理能力| |拓展层|创新实验设计、系统误差修正|设计“转移钩码改变拉力”实验方案，结合纸带数据计算加速度，提升科学探究与质疑创新素养|

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 基础填空与分层练习 【基础填空】 1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中 (1)物理量的测量 ①质量的测量：用_________测量。在小车中增减砝码的数量可改变小车的__________。 ②加速度的测量 a.方法1：让小车做初速度为0的___________直线运动，用_________测量小车移动的位移x，用__________测量发生这段位移所用的时间t，然后由计算出加速度a。 b.方法2：由纸带根据公式，结合___________计算出小车的加速度。 c.方法3：不直接测量加速度，求加速度之比，把加速度的测量转换成_______的测量。 ③力的测量 在阻力得到补偿的情况下，小车受到的拉力等于小车所受的_____________。 a.在槽码的质量比小车的质量小得多时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的__________。 b.使用力传感器可以直接测量拉力的大小，不需要使槽码的质量_______小车的质量。 (2)注意事项 ①打点前小车应靠近____________且应先启动打点计时器后___________小车。 ②在补偿阻力时，不要___________槽码，但小车应连着________且启动打点计时器。用手轻轻地给小车一个___________，如果在纸带上打出的点的间隔__________，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的______________平衡。 ③改变槽码的质量的过程中，要始终保证槽码的质量远__________小车的质量。 ④作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地均匀分布在直线的两侧，个别偏离较远的点应___________。 【基础训练】 2．在物理学的发展中，科学家们创造出了许多物理思想与研究方法，下列叙述不正确的是（　　） A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，可以用质点代替物体，这是采用了等效替代思想 B．根据加速度定义式，当非常小时，就可以表示物体在t时刻的瞬时加速度，该定义应用了极限思想方法 C．伽利略对自由落体运动的研究，应用了实验和逻辑推理相结合的方法 D．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，应用了控制变量法 3．某兴趣小组通过如图所示的实验装置探究加速度与力、质量的关系。下列操作正确的是（　　） A．实验时，先释放滑块，再接通打点计时器的电源 B．挂上砂桶，使长木板适当倾斜进行平衡摩擦力 C．调整滑轮使牵引滑块的细线与长木板保持平行 D．改变滑块的质量后，需要重新调节长木板倾斜度 4．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 5．某兴趣小组通过如图所示实验装置探究加速度与力、质量的关系。下列操作正确的是（　　） A．调整滑轮使牵引小车的细线与长木板保持平行 B．挂上槽码，使长木板适当倾斜进行补偿阻力 C．改变小车的质量后，需要重新调节长木板倾斜度 D．小车可以从长木板任意位置释放 6．某小组利用图示装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。正确操作后，保持小车质量不变，不断往桶里加砂，重复实验，直至砂和砂桶的质量接近小车质量。以砂和砂桶的质量为横轴，小车加速度为纵轴，根据实验结果作出的图像可能是（　　） A．B．C．D． 【能力提升】 7．图a是“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验装置图。甲、乙两名同学用该装置得到加速度a与拉力F的关系如图b所示。下列分析正确的是（    ） A．每次改变小车质量时，不用重新平衡摩擦力 B．实验时应先释放小车后接通电源 C．乙同学平衡了摩擦力 D．乙同学实验中长木板倾角过大 8．物理探究小组借助光电门探究小车的加速度与力的定量关系，实验装置如图所示，实验步骤如下： （1）分别测量小车上遮光条的宽度d、光电门1、2之间的距离L，用天平测得单个钩码的质量为m。 （2）将长木板一端适当垫高，平衡小车运动过程中的阻力。实验初始时，将（）个相同钩码全部放置在小车内部，细线绕过定滑轮且末端不悬挂钩码，轻推小车，调节木板倾斜角度，直至小车通过两个光电门时的遮光时间__________，即完成平衡阻力。 （3）保持木板的倾角不变，将小车内部的1个钩码转移至细线末端悬挂，保证细线与木板板面平行。让小车从木板上端由静止下滑，记录小车先后通过光电门1、光电门2时的遮光时间分别为、。则小车通过两光电门1、2的瞬时速度分别为__________、__________；小车的加速度大小__________。（均用题中所给物理量的符号表示） （4）依次将小车内部2个、3个……n个钩码转移至细线末端悬挂（），重复上述实验操作，分别测出对应状态下小车的加速度。 （5）以悬挂钩码个数为横坐标、加速度为纵坐标，在坐标纸上描点拟合得到线性的图像。 （6）若所得图像的斜率为，当地重力加速度为，则可求得小车（含遮光条）的质量__________（用、、、表示）。 9．（多选）某同学在利用斜面研究加速度与力的关系，得到拉力与小车加速度的的关系如图所示，若当地的重力加速度为，不计斜面的摩擦阻力，则根据图像可以求出（　　） A．小车的质量 B．小车运动的时间 C．斜面倾斜角 D．小车运动的位移 10．（多选）如图所示是某同学根据实验数据画出的图像，下列说法中正确的是（　　） A．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 B．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 C．形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 D．形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 【拓展拔高】 11．某物理兴趣小组利用如图甲所示实验装置来研究加速度和物体受力、物体质量的关系。 (1)主要实验步骤如下： ①按图甲安装好实验器材，将小车和砝码盘分别与跨过定滑轮的轻绳连接，绳与木板平行； ②在砝码盘中放入n个砝码，改变木板的倾角，用手轻推小车，直到打点计时器在纸带上打出一列________的点，表明小车沿木板匀速下滑； ③保持木板倾角不变，取下砝码盘，让小车拖着纸带沿木板下滑，由纸带上打出的点可得小车运动的加速度a； ④改变砝码盘中砝码的个数n，重复②③步骤进行实验。 (2)某次实验获得如图乙所示的纸带，相邻计数点间均有4个点未画出，打点计时器电源频率为50Hz，则小车加速度大小为________（计算结果保留三位有效数字）。 (3)实验过程中________保证细线下端悬挂砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量（选填“需要”或“不需要”）。 (4)根据实验数据作出图像，如图丙中图像所示。每个砝码质量均为m，重力加速度为g，图像斜率为k，纵轴截距绝对值的大小为b。由此可得小车质量________，砝码盘质量________（用所给物理量符号表示）。 (5)换用质量更大的小车重新进行实验，最终得到的图像可能是图丙中的图________（填代表图像的字母）。 12．（多选）某同学按照下图装置用对比的方法完成此实验。两小车放在水平板上，前端通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把细线按在桌上，使小车静止。抬起板擦，小车运动，一段时间后按下板擦，小车停下。对比两小车的位移，可知加速度与力大致成正比。使用这种方法完成此实验需要满足的条件是两小车（　　） A．质量相等 B．运动时间相同 C．所挂钩码质量相等 D．速度时刻相同 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．(1) 天平 质量 匀加速 刻度尺 秒表 逐差法 位移 合力 重力 远小于 (2) 打点计时器 释放 挂 纸带 初速度 均匀 分力 远小于 舍去 2．A 【详解】A．在不需要考虑物体本身的大小和形状时，用质点代替物体的方法是建立理想模型法，故A错误； B．根据加速度定义式，当非常小时，近似等于t时刻的瞬时加速度，该定义应用了极限思想方法，故B正确； C．伽利略对自由落体运动的研究，通过斜面实验结合逻辑推理外推得到自由落体的运动规律，应用了实验和逻辑推理相结合的方法，故C正确； D．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，先控制质量不变探究加速度与力的关系，再控制力不变探究加速度与质量的关系，应用了控制变量法，故D正确。 本题选不正确的，故选A。 3．C 【详解】A．实验时，先接通打点计时器的电源，再释放滑块，A错误； B．不挂砂桶，使长木板适当倾斜，让小车拖着纸带在木板上匀速运动，进行平衡摩擦力，B错误； C．调整滑轮使牵引滑块的细线与长木板保持平行，C正确； D．平衡摩擦力时满足，两边消掉了M，则改变滑块的质量后，不需要重新调节长木板倾斜度，D错误。 故选C。 4．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。 5．A 【详解】A．调整滑轮使牵引小车的细线与长木板保持平行，避免形成垂直于木板的分力，A正确； B．槽码是用来产生拉力的，平衡摩擦力时不能挂上槽码，B错误； C．改变小车的质量后，不需要重新调节长木板倾斜度，C错误； D．小车应从靠近打点计时器位置释放，D错误。 故选A。 6．C 【详解】正确操作后，保持小车质量不变，根据牛顿第二定律可得， 联立可得 当满足时，图像的斜率可认为等于，保持不变；当不满足时，图像的斜率随的增大而减小，图线向下弯曲。 故选C。 7．A 【详解】A．每次改变小车质量时，小车重力沿木板向下的分力与摩擦力同比例变化，仍然保持相等，故不用重新平衡摩擦力，故A正确； B．实验时应先接通电源后释放小车，故B错误； CD．由图b可知，F增大到一定值时小车乙才开始有沿木板向下的加速度，这是由于未平衡摩擦力或木板倾角偏小造成的，故CD错误。 故选A。 8． 相等 【详解】（2）[1] 平衡阻力成功时，小车做匀速直线运动，速度处处相等，遮光条宽度d相同，因此通过两个光电门的遮光时间相等； （3）[2][3]光电门测瞬时速度用平均速度近似代替瞬时速度，因此小车通过光电门1、2的速度分别为， [4] 根据匀变速直线运动公式有 解得 （6）[5] 平衡阻力后，对系统根据牛顿第二定律有 整理得 因此a−n图像的斜率 整理得小车质量 9．AC 【详解】C．由图像可知，当力F等于零时，加速度为4m/s2，根据牛顿第二定律得 解得 所以可以求出斜面倾角，故C正确； A．当F=-30N时，加速度为零，则有 解得 m=7.5kg 故A正确； BD．不知道小车运动的距离，也不知道小车运动的速度，无法求出小车运动的时间和小车运动的位移，故BD错误。 故选AC。 10．AD 【详解】A．甲图中小车的质量确定不变，F＝0时小车就有了加速度，说明平衡摩擦力过度，长木板倾角过大，故A正确； B．乙图中施加在小车的拉力确定不变，→0时，小车质量很大，小车的质量无穷大时还有加速度，说明平衡摩擦力过度，即补偿阻力过度，木板倾角过大，故B错误； C．丙图中小车的质量确定不变，拉力较小时没有加速度，说明平衡摩擦力不足，长木板倾角过小，故C错误； D．丁图中施加在小车的拉力确定不变，小车的质量大到一定值时加速度就会为零，说明平衡摩擦力不足，长木板倾角过小，故D正确。 故选AD。 11．(1)间距均匀 (2)0.820 (3)不需要 (4) (5)A 【详解】（1）小车匀速下滑时，速度不变，相邻打点时间间隔相等，因此打点计时器在纸带上打出一列间距均匀的点，表明小车沿木板匀速下滑。 （2）相邻计数点间均有4个点未画出，打点计时器电源频率为50Hz，则相邻计数点间的时间间隔为 根据逐差法可得小车的加速度大小为 （3）小车匀速下滑时，根据平衡条件可知，小车受到的合力恰好等于砝码盘和砝码的总重力；不需要将拉力近似为砝码和砝码盘的重力，所以实验过程中不需要保证细线下端悬挂砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量。 （4）[1][2]取下砝码盘后，小车下滑过程中的合力大小为 根据牛顿第二定律可得 联立可得 则有， 解得， （5）换用质量更大的小车重新进行实验，根据 可知图像的斜率变大，纵轴截距不变，则横轴截距应变小，故最终得到的图像可能是图丙中的图A。 12．AB 【详解】AB．加速度与力大致成正比，需保证小车质量相等，又由匀变速直线运动的规律可知 故完成该实验需要满足运动时间相同，故AB正确； CD．所挂钩码质量是用来改变力的，不需要相等，速度时刻相同不是必要条件，故CD错误。 故选AB。 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 $