第3章 第16课时 实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 (Word练习)-【状元桥】2027高考物理一轮总复习

**基本信息** 聚焦加速度与力、质量关系实验，通过传统与数字化实验结合，系统提炼实验操作、数据处理及误差分析方法，培养科学探究与科学思维。 **专项设计** |模块|题量/典例|方法提炼|知识逻辑| |----|-----------|----------|----------| |实验操作|2题|平衡阻力：调整轨道倾斜度使小车无牵引时匀速运动；细线需与轨道平行|以牛顿第二定律为核心，从实验原理（F=ma）到操作规范，形成“原理-操作”逻辑链| |数据处理|3题|纸带法：Δx=aT²、中间时刻速度；传感器法：a-Fₙ图像斜率=1/m|结合运动学公式与牛顿定律，构建“数据-公式-结论”推导过程| |误差分析|2题|钩码质量需远小于小车质量；滑轮位置影响拉力方向|通过图像截距（阻力补偿）、斜率（质量倒数）分析误差来源，体现科学论证|

第16课时　实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 1．(2025安徽卷) 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．平衡阻力的方法是：调整轨道的倾斜度，使小车c(选填正确答案标号)． a．能在轨道上保持静止 b．受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速运动 c．不受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速运动 (2)利用图乙装置进行实验，箱体的水平底板上安装有力传感器和加速度传感器，将物体置于力传感器上，箱体沿竖直方向运动．利用传感器测得物体受到的支持力FN和物体的加速度a，并将数据实时传送到计算机． ①图丙是根据某次实验采集的数据生成的FN和a随时间t变化的散点图，以竖直向上为正方向．t＝4 s时，物体处于失重(选填“超重”或“失重”)状态；以FN为横轴、a为纵轴，根据实验数据拟合得到的a－FN图像为图丁中的图线A． ②若将物体质量增大一倍，重新进行实验，其a－FN图像为图丁中的图线d(选填“b”“c”或“d”)． 解析　(1)平衡阻力的方法是：调整轨道的倾斜度，使小车不受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速运动．故选C． (2)根据图像可知t＝4 s时，加速度方向竖直向下，故处于失重状态；对物体根据牛顿第二定律FN－mg＝ma，整理得a＝·FN－g，可知图像的斜率为，故将物体质量增大一倍，图像斜率变小，纵轴截距不变，其a－FN图像为图丁中的图线D． 2．某实验小组用如图1所示的装置探究加速度与力、质量的关系．用托盘和砝码的总重力充当滑块的合力，图中打点计时器的频率为50 Hz. 图1 (1)关于该实验，下列说法正确的是C(填选项前的字母)． A．在如图1所示的装置中，调整垫块的位置，在挂托盘(及砝码)的情况下使滑块恰好做匀速直线运动，以补偿滑块所受的阻力 B．每次改变滑块的质量时，都需要重新补偿滑块所受的阻力 C．本实验中托盘和砝码的总质量m应远远小于滑块的质量M D．实验时，应先释放滑块，再接通打点计时器的电源 (2)某次实验过程中，打出的一条清晰的纸带如图2所示，图中A、B、C、D、E、F是计数点，相邻两个计数点之间还有4个计时点没有画出，甲同学只测量了AB、DF之间的距离，请根据纸带上的数据推测，滑块的加速度大小a＝2.0 m/s2，打下点C时滑块运动的瞬时速度大小vC＝1.3 m/s(结果均保留2位有效数字)． (3)乙、丙两位同学把所挂托盘和砝码的总重力记为F，通过多次改变F的大小，得到多条打点的纸带，利用纸带求出不同F下对应的滑块的加速度大小a，并根据实验数据作出a－F关系图像如图3中的①、②所示，下列说法正确的是D(填选项前的字母)． A．图线①不过原点可能是没有补偿滑块所受的阻力 B．图线②不过原点可能是在补偿滑块所受的阻力时长木板的倾角过大 C．两条图线的斜率均表示在实验中所用滑块的质量 D．实验中，乙同学所用滑块的质量比丙同学的小 解析　(1)补偿摩擦力时不能挂托盘及放砝码，A错误；改变滑块质量时，不用重新平衡摩擦力，B错误；托盘及砝码的总质量远小于滑块的质量时，才可认为滑块受到的外力等于托盘及砝码的总质量，C正确；实验时应先接通电源，再释放滑块，D错误．故选C． (2)根据Δx＝aT2可知xBC＝xAB＋aT2，xCD＝xBC＋aT2＝xAB＋2aT2，依此类推xDE＝xAB＋3aT2，xEF＝xAB＋4aT2所以xDF＝xDE＋xEF＝2xAB＋7aT2，a＝＝ m/s2＝2.0 m/s2.由匀变速直线运动规律可知xBC＝xAB＋aT2＝(9.5＋2×0.12×100)cm＝11.5 cm，xCD＝xBC＋aT2＝xAB＋2aT2＝13.5 cm，故vC＝＝ m/s＝1.3 m/s. (3)图线①不过原点是补偿滑块所受的阻力过度，可能是长木板的倾角过大，图线②不过原点可能是没有补偿滑块所受的阻力，或者补偿阻力不足，AB错误；根据牛顿第二定律及图像的物理意义可知，其斜率为滑块质量的倒数，乙同学所作图线斜率大，故滑块的质量小，C错误，D正确．故选D． 3．如图所示，是某小组同学“用DIS研究加速度与力的关系”的实验装置，实验过程中可近似认为钩码受到的总重力等于小车所受的拉力．先测出钩码所受的重力G，之后改变绳端的钩码个数，小车每次从同一位置释放，测出挡光片通过光电门的时间Δt. (1)实验中B测出小车质量m车． A．必须　　　　　 B．不必 (2)为完成实验还需要测量 ①小车释放点到光电门的距离x. ②挡光片的宽度D． (3)实际小车受到的拉力小于钩码的总重力，原因是钩码有向下的加速度，拉力小于重力. (4)若导轨保持水平，滑轮偏低导致细绳与轨道不平行，则细绳平行时加速度a1，与不平行时加速度a2相比，a1大于(选填“大于”“小于”或“等于”)a2. 解析　(1)研究加速度与力的关系，只需控制小车质量不变即可，不必测出小车的质量，B正确． (2)小车经过光电门的速度为v＝，由运动学公式2ax＝v2，联立可得小车的加速度a＝，所以需要测量小车释放点到光电门的距离x和挡光片的宽度D． (3)钩码在重力和拉力作用下向下做匀加速运动，加速度方向竖直向下，根据牛顿第二定律可知绳子对钩码的拉力小于钩码的重力，而绳子对钩码的拉力大小等于绳子对小车拉力的大小，所以实际小车受到的拉力小于钩码的总重力． (4)当本实验忽略摩擦力的影响，细绳平行时T＝ma1，若滑轮偏低导致细绳与轨道不平行，受力方向如图所示，由牛顿第二定律有T cos β＝ma2，所以有a1>a2. 4．(2025浙江1月卷)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图所示． (1)如图是某次实验中得到的纸带的一部分．每5个连续打出的点为一个计数点，电源频率为50 Hz，打下计数点3时小车速度为0.390m/s(保留三位有效数字)． (2)下列说法正确的是CD(多选)． A．改变小车总质量，需要重新补偿阻力 B．将打点计时器接到输出电压为8 V的交流电源上 C．调节滑轮高度，使牵引小车的细线跟长木板保持平行 D．小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车 (3)改用如图1所示的气垫导轨进行实验．气垫导轨放在水平桌面上并调至水平，滑块在槽码的牵引下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门1、2的遮光时间分别为Δt1，Δt2，测得两个光电门间距为x，用游标卡尺测量遮光条宽度d，结果如图2所示，其读数d＝10.00mm，则滑块加速度a＝(用题中所给物理量符号表示)． 解析　(1)相邻计数点间的时间间隔T＝0.1 s打计数点3时的速度v3＝＝ m/s＝0.390 m/s. (2)平衡摩擦力时满足mgsin θ＝μmgcos θ，两边质量消掉，改变小车质量时不需要重新平衡摩擦力，选项A错误；电火花计时器需要接220 V交流电源，选项B错误；调节滑轮高度，使牵引小车的细线根长木板保持平行，选项C正确；小车应尽量接近打点计时器，并应该先接通电源后释放小车，以充分利用纸带，选项D正确．故选CD． (3)遮光条宽度d＝10 mm＋0.05 mm×0＝10.00 mm，滑块经过两光电门时的速度分别为v1＝，v2＝.根据v－v＝2ax，解得a＝. 学科网（北京）股份有限公司 $