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

**基本信息** 高中物理“探究加速度与力、质量的关系”新授课同步练，以“基础夯实+能力提升”分层设计，通过实验操作→图像分析→误差探究→综合应用的路径，强化科学探究与科学思维素养。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础夯实|实验操作规范（电源选择、平衡摩擦力等）、图像分析（a-F关系、误差图像）、实验方法（控制变量法）|12道选择题，聚焦单一知识点辨析，如通过装置图判断操作正误，培养物理观念| |能力提升|实验装置改进、纸带数据处理（OD距离、加速度计算）、多装置误差对比|4道综合题，整合操作、数据、误差分析，如结合DIS系统分析图像偏离原因，提升科学探究能力|

· 2026-2027学年度上学期高一课时作业 · 实验：探究加速度与力、质量的关系 · 学校:___________姓名：___________班级：___________考号：___________ 基础夯实 一、基本实验操作 1．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，下列做法和理由正确的是（　　） A．实验中所用电源为低压直流电源 B．可以将装有沙子的小桶用来代替钩码，这样会使实验更加方便 C．处理数据时不用a − m图像，而用图像，是为了便于根据图像直观地作出判断 D．改变小车质量时，要重新平衡阻力 2．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示。实验中带有定滑轮的长木板放在水平桌面上，小车运动时所受的合力近似等于盘和重物的总重力，在下列操作中说法正确的是（　　） A．盘和重物的总质量远大于小车的质量 B．先释放小车后接通电源 C．将图中长木板远离定滑轮的一端适当垫高 D．图中拉小车的细绳必须与桌面平行 3．如图所示，在“探究小车的加速度与力的关系”实验中。下列说法正确的是（　　） A．需要控制槽码的质量保持不变 B．不需要平衡摩擦力 C．打点计时器接直流电源 D．先接通电源，后释放小车 4．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示，在探究加速度与力的关系时，下列说法正确的是（　　） A．电火花计时器应接低压交流电源 B．应将长木板的一侧垫高，以平衡小车受到的阻力 C．槽码质量应远大于小车质量 D．应在小车中增加砝码，多次实验 5．如图所示，在探究加速度与力、质量关系的实验中，若发现连接小车的细线与桌面接近平行而与轨道不平行，则应（　　） A．减小滑轮高度 B．增大滑轮高度 C．减小轨道倾角 D．增大轨道倾角 二、实验中的图像 6．在探究加速度与力、质量的关系实验中，当物体质量一定时，加速度a与力F关系的图像是（　　） A． B． C． D． 7．用如图所示的实验装置来验证加速度与力的关系时，为消除摩擦力的影响，实验前必须平衡摩擦力。某同学平衡摩擦力时是这样操作的：将小车静止地放在水平长木板上，把木板不带滑轮的一端慢慢垫高，直到小车由静止开始沿木板向下滑动为止。然后不断改变对小车的拉力F，他得到M（小车质量）保持不变情况下的图线是图中的（　　） A． B． C． D． 8．某同学用图示装置探究加速度与物体受力、质量的关系。完成平衡摩擦力的操作后，不慎将垫片向右移动了一段距离而未发现，其余操作均正确。他描绘出来的图像可能是（　　） A． B． C． D． 三、实验方法与误差分析 9．探究加速度与力、质量的关系实验所采用的科学方法是（　　） A．理想实验法 B．等效替代法 C．控制变量法 D．理想模型法 10．控制变量法是科学探究的方法之一。在利用打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”的实验中用到了此方法，该实验装置如图所示，槽码质量远小于小车质量，下列实验操作正确的是（　　） A．实验时，先放开小车，再接通打点计时器的电源 B．实验前无需平衡小车所受的摩擦力 C．探究加速度与质量的关系时，仅改变槽码的质量 D．探究加速度与小车所受拉力关系时，仅改变槽码的质量 11．在实验中，某同学为研究加速度和力的关系，根据测得的多组数据画出了a－F关系图线，如图所示。此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是（　　） A．小车与木板之间存在摩擦 B．木板保持了水平状态 C．所挂砂桶及砂的总质量太大 D．所用小车的质量太大 12．如图甲所示为“用DIS（位移传感器、数据采集器、计算机）探究加速度与物体受力的关系”的实验装置．改变所挂槽码的数量，多次重复测量，在某次实验中根据测得的多组数据可画出关系图线（如图乙所示），此图线的AB段明显偏离直线，造成此误差的主要原因是（　　） A．小车与轨道之间存在摩擦 B．导轨保持了水平状态 C．所挂槽码的总质量太大 D．所用小车的质量太大 能力提升 四、实验综合题 13．为了探究加速度与力、质量的关系，甲、乙、丙三位同学分别设计了如图甲、乙、丙所示的实验装置，小车总质量用M表示（乙图中M包括小车与力传感器，丙图中M包括小车和与小车固连的定滑轮），槽码总质量用m表示。 (1)为便于测量合外力的大小，并得到小车总质量一定时，小车的加速度与所受合外力成正比的结论，下列说法正确的是________。 A．三组实验中只有甲需要平衡阻力 B．三组实验都需要平衡阻力 C．三组实验中只有甲需要满足所挂槽码的总质量m远小于小车的总质量M的条件 D．三组实验都需要满足所挂槽码的总质量m远小于小车的总质量M的条件 (2)图丁是用图甲装置中打点计时器所打的纸带的一部分，O、A、B、C、D和E为纸带上六个计数点，加速度大小用a表示，则OD间的距离为________cm。图戊是根据实验数据绘出的x-t2图线（x为各计数点至同一起点的距离），则加速度大小a=________m/s2（保留3位有效数字）。 (3)若乙、丙两位同学发现某次测量中力传感器示数是弹簧测力计示数的2倍，通过计算得到小车加速度均为a，则乙、丙两位同学实验时所用小车总质量之比为________。 14．学校某物理实验小组用如图甲所示的实验装置来验证“当物体的质量一定时，加速度与所受合外力成正比”的实验。 (1)实验时，下列操作中正确的是________。 A．每次改变砂桶中砂的质量后，都要重新平衡摩擦力 B．使小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源 C．若打点计时器为电磁打点计时器，则所接电源应为直流电源 D．平衡摩擦力时，将无滑轮端适当垫高，并在小车后端连接纸带且穿过打点计时器，但前端不需要连接轻绳、悬挂砂桶 (2)在实验过程中，向砂桶内加砂时，________（填“需要”或“不需要”）保证砂和砂桶的总质量远小于小车的总质量； (3)如图乙是实验中选择的一条合适的纸带（纸带上相邻的两个计数点之间还有4个点没有画出），已知打点计时器的打点频率为，该小车的加速度________（结果保留3位有效数字）； (4)若保持小车质量不变，改变砂桶中砂的质量，记录多组拉力传感器示数和对应纸带求出加速度的数值，根据这些数据，绘制出如图丙的图像，此图像不过原点的原因可能是_______，实验小组仔细分析图像，得出了实验所用小车的质量为________； (5)为进行更精确的实验，对上述装置进行改进，实验装置如图丁所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电门，滑块上固定一遮光片，光电门可以记录下遮光片通过光电门时所用的时间和，以及两次开始遮光的时间间隔，用此装置得到的数据绘制图像，探究加速度与力的关系，已经满足滑块和遮光片总质量远大于钩码总质量，除了上述已测得的物理量，还需要测量或记录的数据有________。 A．滑块和遮光片的总质量 B．钩码的总质量 C．遮光片的宽度 D．滑块的初始位置到光电门的距离 15．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图所示的装置，打点计时器的打点频率为50Hz。 (1)该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个点，如图所示，相邻两点间的距离分别为10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，则打下E点时小车的速度为____m/s，小车的加速度为____。 (2)该同学要探究小车的加速度和质量M的关系，应该保持拉力不变；得到多组数据后他应描绘的图象是____（填还是） (3)该同学通过数据的处理作出了图象，如图所示，则此图中直线发生弯曲的原因是____，不过原点的原因是____。 16．某实验小组探究“加速度a与合外力F和物体质量的关系”。如图甲所示，将一端带有定滑轮的长木板放在水平桌面上，小车前端可通过轻绳跨过定滑轮与砂桶连接，小车后端与穿过打点计时器限位孔的纸带相连。实验开始时首先补偿阻力，补偿阻力后，让轻绳跨过定滑轮连接砂桶，调整细线与木板平行，给砂桶中加入适量砂子，让小车加速运动，实验过程中可近似认为砂桶及桶内砂子的重力等于小车的合外力，保持小车质量不变，改变砂桶中砂子的质量，重复实验多次；每次根据纸带计算小车的加速度a，描点作图，作出的图像。 (1)下列操作过程中，正确的是______。 A．实验开始时，让小车靠近打点计时器处，先释放小车再接通电源 B．平衡摩擦时，拿走砂桶以及细线和打点计时器，小车静止时则补偿阻力结束 C．实验中每次改变砂桶中砂子的质量时，不需重新调节木板的倾斜度 (2)实验中得到一条如图乙所示的纸带（相邻两计数点间还有四个点未画出），打点计时器所用交流电的频率，根据纸带可求出点速度为______，小车的加速度大小为______（结果保留三位有效数字）。 (3)根据实验测得的数据作出的图线如图丙所示，该图线未通过坐标原点，请分析该小组做实验时存在的问题是______。 (4)按正确的步骤操作，若保持沙和沙桶的质量不变，改变小车的质量M，测出对应的加速度a，并作出图像，实验操作无误，下列图像最符合实际的是图丁中的图线______（填“1”“2”“3”或“4”）。 试卷第8页，共9页 试卷第9页，共9页 学科网（北京）股份有限公司 《2026年8月16日高中物理作业》参考答案 题号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 答案 C C D B A A C B C D 题号 11 12 答案 C C 1．C 【详解】A．打点计时器所用电源为交流电源，故A错误； B．可以将装有沙子的小桶用来代替钩码，是因为可以连续改变拉力的大小，并不是使实验更加方便，故B错误； C．处理数据时不用a − m图像，而用图像，是为了便于根据图像直观地作出判断，故C正确； D．从本实验中平衡摩擦力的方法来看，改变小车质量时，不需要重新平衡阻力，故D错误。 故选C。 2．C 【详解】A．为了使小车运动时所受的合力近似等于盘和重物的总重力，应使盘和重物的总质量远小于小车的质量，故A错误； B．为了充分利用纸带，应先接通电源后释放小车，故B错误； C．为了使小车运动时所受的合力等于细线拉力，应将图中长木板远离定滑轮的一端适当垫高，以平衡阻力，故C正确； D．由于图中长木板右端垫高，所以图中拉小车的细绳必须与木板平行，不是与桌面平行，故D错误。 故选C。 3．D 【详解】A．实验通过改变槽码的个数来改变小车所受合外力，则探究加速度与小车所受拉力关系时，需要改变槽码的质量，故A错误； B．为使绳子的拉力等于小车的合外力，实验前需平衡小车所受的摩擦力，故B错误； C．打点计时器接交流电源，故C错误； D．为打点稳定，实验时，先接通电源，后释放小车，故D正确。 故选D。 4．B 【详解】A．电火花计时器应接220V交流电源，A错误； B．探究加速度与力、质量的关系，使得拉力为小车受到的合外力，应将长木板的一侧垫高，以平衡小车受到的阻力，B正确； C．为减小实验的系统误差，槽码质量应远小于小车质量，C错误； D．在探究加速度与力的关系时，应控制小车和砝码质量，改变槽码的质量，多次实验。D错误。 故选B。 5．A 【详解】在探究加速度与力、质量关系的实验中，若发现连接小车的细线与桌面接近平行而与轨道不平行，说明滑轮高度过高，应减小滑轮高度，使细线与轨道平行。 故选A。 6．A 【详解】物体质量一定时，加速度a与力F的关系 可知a-F图像为过原点的倾斜的直线，则图像A正确。 故选A。 7．C 【详解】将小车静止地放在水平长木板上，把木板不带滑轮的一端慢慢垫高，直到小车由静止开始沿木板向下滑动为止，可知施加拉力前小车已经具有一定的加速度，则图像是一条有正纵轴截距的倾斜直线。 故选C。 8．B 【详解】ABCD．完成平衡摩擦力的操作后，不慎将垫片向右移动了一段距离，即长木板的倾角偏小，平衡摩擦力不够，只有当拉力F达到一定数值时，小车才有一定的加速度，故a-F图像的横轴截距为正。 故选B。 9．C 【详解】探究加速度与力、质量的关系时，先控制小车质量不变，探究小车加速度与小车合力之间的关系；再控制小车合力不变，探究小车加速度与小车质量之间的关系．本实验所采用的科学方法是控制变量法。 故选C。 10．D 【详解】A．为打点稳定，实验时，先接通打点计时器的电源，再放开小车，故A错误； B．为使绳子的拉力等于小车的合外力，实验前需平衡小车所受的摩擦力，故B错误； C．探究加速度与质量的关系时，仅改变小车的质量，故C错误； D．实验通过改变槽码的个数来改变小车所受合外力，则探究加速度与小车所受拉力关系时，仅改变槽码的质量，故D正确。 故选D。 11．C 【详解】C．由题图可知OA段a－F关系为一倾斜直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比。由实验原理知mg＝Ma 可得小车加速度 而实际上对小车有 对所挂砂桶及砂有 可得 当m≪M时，有 可见AB段明显偏离直线是由于没有满足m≪M，即砂桶及砂的总质量太大，绳子拉力已经不能看成是所挂砂桶及砂的重力了，故C正确； ABD．根据上述分析可知，小车与木板之间存在摩擦、木板保持了水平状态、所用小车的质量太大等于实验结果无关，故ABD错误。 故选C。 12．C 【详解】由于OA段关系图线为一倾斜的直线，所以在质量不变的条件下，加速度与外力成正比，由实验原理，得，而实际上，可见AB段明显偏离直线是没有满足造成的，C正确． 13．(1)BC (2) 1.20 0.933 (3)1∶1 【详解】（1）为便于测量合外力的大小，认为甲中槽码的重力即为合外力，而乙中力传感器的示数等于合外力，丙中的合外力则是弹簧测力计示数的2倍。因此它们都必须平衡阻力，三组实验中只有甲需要满足所挂槽码的总质量m远小于小车的总质量M的条件。 故选BC。 （2）[1]由题图丁可知，OD间的距离为 [2]小车做初速度为零的匀加速直线运动，则，由题图戊可知，，则 （3）若力传感器示数是弹簧测力计示数的2倍，则题图乙、丙中两小车所受拉力大小相等，加速度与质量成反比，则两车总质量之比为1∶1。 14．(1)D (2)不需要 (3)1.86 (4) 平衡摩擦力过度 0.8 (5)BC 【详解】（1）A．设小车质量为M，木板倾角为，平衡摩擦力时有 解得 可知平衡摩擦力过程与小车质量无关，与砂桶质量无关，故只需平衡一次，不需要重新平衡，故A错误； B．实验操作应为先接通电源，待打点稳定后再释放小车，故B错误； C．电磁打点计时器需接低压交流电源，而非直流电源，故C错误； D．平衡摩擦力时，将无滑轮端垫高，让小车拖着纸带运动，前端不连接轻绳、砂桶，以平衡小车和纸带所受摩擦力，故D正确。 故选D。 （2）本实验使用了拉力传感器，可以直接测出绳子的拉力，因此不需要保证砂和砂桶的总质量m远小于小车的总质量M。 （3）相邻两个计数点间还有4个点未画出，故相邻两个计数点时间间隔 根据逐差法可知加速度 （4）[1]由图像可知，当拉力为零时小车就已经有了加速度，可知原因是木板夹角过大，平衡摩擦力过度。 [2]对M有 整理得 可知图像斜率表示，根据图丙有 解得 （5）AB．题意可知已经满足滑块和遮光片总质量远大于钩码总质量，故钩码总重力近似为滑块的合力，故需要测量钩码的总质量，故A错误，B正确； CD．本实验中，滑块通过两个光电门的速度分别为 根据可知，要测加速度还需要测量遮光片的宽度d。故C正确，D错误。 故选BC。 15．(1) 0.85 5 (2) (3) 未满足砝码及砝码盘的总质量远远小于小车质量 平衡摩擦力过度 【详解】（1）[1] 根据匀变速直线运动中，中间时刻速度等于全程平均速度可知 [2]小车的加速度 （2）根据牛顿第二定律 得 若控制外力F不变，则，以a为纵坐标，为横坐标，建立的图像，理论上应为一条过原点的倾斜的直线 （3）[1]图像弯曲是因为未满足砝码及砝码盘的总质量远远小于小车质量M。因为根据牛顿第二定律，以砝码和砝码盘为对象得 以小车为研究对象得 联立解得 且 所以，若，则，，图像就不会弯曲。 [2]根据图像可知，拉力为零，加速度不是零，说明平衡摩擦力过度。 16．(1)C (2) 0.182 1.20 (3)补偿阻力不够，或平衡摩擦力不足，或木板左侧垫得太低 (4)1 【详解】（1）A．实验开始时，让小车靠近打点计时器处，先接通电源再释放小车，A错误； B．平衡摩擦力时，拿走砂桶以及细线，小车拉着纸带做匀速直线运动时则补偿阻力结束，B错误； C．平衡摩擦力后，实验中每次改变砂桶中砂子的质量时，不需重新调节木板的倾斜度，C正确。 故选C。 （2）[1]相邻两计数点间的时间间隔为 B点的速度 [2]根据 解得 （3）根据图像可以看出，当小车的加速度为0时，拉力 则说明补偿阻力不够，或平衡摩擦力不足，或木板左侧垫得太低。 （4）设沙和沙桶的质量为，根据题意，由牛顿第二定律有 整理得 图像1正确。 答案第2页，共6页 答案第1页，共6页 学科网（北京）股份有限公司 $