第3章 第5讲 探究加速度与物体受力、物体质量的关系(课件PPT)-【新高考方案】2027年高考物理一轮总复习

该高中物理高考复习课件聚焦“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”重点实验，依据高考评价体系梳理了实验原理、数据处理、误差分析三大核心考点，通过近五年真题统计明确平衡阻力判断、a-F/a-1/M图像分析等高频题型，构建系统备考框架。 课件亮点在于“真题演练+关键突破+素养提升”策略，如结合2025安徽高考题解析平衡阻力操作，2025陕晋宁青高考题指导a-1/M图像转化，培养科学探究和科学思维素养。特设“易错点警示”和“归纳建模”模块，帮助学生掌握实验答题技巧，教师可据此精准突破高频考点，实现高效复习。

探究加速度与物体受力、物体质量的关系 （重点实验） 第 5 讲 一、实验知能/系统归纳 二、实验关键/重点解读 01 02 CONTENTS 目录 课时跟踪检测 03 一、实验知能/系统归纳 一、理清原理与操作 原理装置图 探究方法——控制变量法 操作要领 (1)平衡：把木板的一侧垫高，平衡小车受到的阻力(改变小车或槽码质量，无需重新平衡阻力)。 (2)质量：槽码的质量远小于小车质量(若使用力传感器，或以小车与槽码的系统为研究对象，无需满足此要求)。 (3)要测量的物理量 ①小车与其上钩码的总质量(用天平测量)。 ②小车受到的拉力(约等于槽码的重力)。 ③小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度)。 (4)其他：细绳与长木板平行；小车从靠近打点计时器的位置释放；在到达定滑轮前按住小车；实验时先接通电源，后释放小车。 续表 二、掌握数据处理方法 1.逐差法求加速度 先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。 2.作图像找关系 (1)探究加速度与力的关系 以加速度a为纵轴、F为横轴，根据测量的数据描点，然后作出a⁃F图像，看图像是否是通过原点的倾斜直线，就能判断a与F是否成正比。 (2)探究加速度与质量的关系 以a为纵轴、M为横轴，根据各组数据在坐标系中描点，将会得到如图甲所示的一条曲线，由图线只能看出M增大时a减小，不能得出a与M的具体关系。若以a为纵轴、为横轴，将会得到如图乙所示的一条过原点的倾斜直线，就能判断a与M成反比。 三、注意实验细节 1.平衡阻力的方法：在长木板无滑轮的一端垫上小木块，使其适当倾斜，利用小车重力沿斜面方向的分力与阻力平衡。 2.判断小车是否做匀速直线运动，可通过打点纸带，看上面各点间的距离是否均匀。 3.平衡阻力时要注意以下两点： (1)平衡阻力时不能在细绳的另一端挂槽码。 (2)平衡阻力时必须让小车连上纸带，且让打点计时器处于工作状态。 四、做好误差分析 1.偶然误差 (1)小车、槽码质量的测量。 (2)纸带上各计数点间距的测量。 2.系统误差 (1)平衡阻力不足或者过度。 (2)用槽码的重力替代细绳的拉力。 二、实验关键/重点解读 本实验是高考命题的常考实验，实验命题除考查利用纸带求速度、加速度的大小外，还考查小车阻力的平衡、小车所受合力等于槽码重力应满足的条件、a⁃F图像和a⁃图像的特点等，试题难度中等。 关键点(一) 是否需要平衡阻力 [题点训练] 1.(2025·安徽高考)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___。(选填正确答案标号)  c 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 解析：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)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变化的图像，以竖直向上为正方向。t=4 s时，物体处于______ (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____。(选填“b”“c”或“d”)  失重 d 解析：①根据题图丙可知t=4 s时，物体的加速度a=-10 m/s2，由题意可知，此时物体的加速度方向竖直向下，故物体处于失重状态。 ②对物体根据牛顿第二定律有FN-mg=ma，整理得a=·FN-g，可知a⁃FN图像的斜率为，故若将物体质量增大一倍，a⁃FN图像的斜率变小，纵轴截距不变，其a⁃FN图像为题图丁中的图线d。 2.图甲是利用气垫导轨探究“在外力一定的条件下，物体加速度与质量关系”的实验装置。实验步骤如下： ①气垫导轨放在水平桌面上，并调至水平； ②用游标卡尺测出挡光条的宽度为L； ③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离为s； ④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动后释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2； ⑤从数字计时器(图中未画出)上读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间分别为Δt1和Δt2； ⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量为M； ⑦改变滑块的质量，重复步骤④⑤⑥进行多次实验。 根据上述实验回答下列问题： (1)关于实验操作，下列说法正确的是_____。(多选)  A.应先接通光电门电源后释放滑块 B.调节气垫导轨水平时，应挂上砝码 C.应调节定滑轮使细线和气垫导轨平行 D.每次都应将滑块从同一位置由静止释放 AC 解析：实验时应先接通光电门电源后释放滑块，以确保滑块经过光电门时，光电门能正常工作，故A正确；挂上砝码后，滑块受拉力作用，因此在调节气垫导轨水平时应不挂砝码，故B错误；调节定滑轮使细线和气垫导轨平行的目的是使滑块所受拉力与运动方向相同，故C正确；由于两光电门记录的是挡光片通过它们的时间，不需要每次经过时速度都相等，因此不需要每次都将滑块从同一位置由静止释放，故D错误。 (2)用测量物理量的字母表示滑块加速度a=_____________。  解析：根据匀变速直线运动规律有2as=-=-，解得a=。 (3)由图乙画出的 ⁃M的图线(实线)，可得到砝码和砝码盘的总重力G=________________N(保留两位有效数字)。  2.4(2.3~2.5均可) 解析：在 ⁃M图像中，图线的斜率表示滑块所受作用力的倒数，即为，因此有G=≈2.4 N。 (4)在探究滑块加速度a和质量M间的关系时，根据实验数据画出如图乙所示的 ⁃M图线，发现图线与理论值(虚线)有一定的差距，可能原因是___________________________________________________ _________________________。  解析：图像出现了纵截距，可能原因是没有选取滑块和砝码、砝码盘一起作为研究对象(或M没有加上砝码和砝码盘的质量)。 没有选取滑块和砝码、砝码盘一起作为研究对象(或M没有 加上砝码和砝码盘的质量) 1.在探究放在长木板上的小车的加速度与所受的合外力、质量的关系时，为了使细绳的拉力作为小车所受的合外力，必须平衡小车所受的阻力，如第1题。 2.在利用气垫导轨探究滑块加速度与合外力、质量的关系时，只要气垫导轨处于水平状态，细绳的拉力即为滑块所受的合外力，此时不必使导轨适当倾斜，如第2题。 归纳建模 关键点(二) 是否需要满足m≪M [题点训练] 1.(2025·陕晋宁青高考)图1为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。 (1)实验中应将木板__________(选填“保持水平”或“一端垫高”)。  一端垫高 解析：本实验需平衡阻力，应将木板一端垫高，使小车在无拉力时能做匀速运动。 (2)为探究加速度a与质量m的关系，某小组依据实验数据绘制的a⁃m图像如图2所示，很难直观看出图线是否为双曲线。如果采用作图法判断a与m是否成反比关系，以下选项可以直观判断的有______。(多选，填正确答案标号)  m/kg a/(m·s-2) 0.25 0.618 0.33 0.482 0.40 0.403 0.50 0.317 1.00 0.152 AC A.a⁃图像 B.a⁃m2图像 C.am⁃m图像 D.a2⁃m图像 解析：作出a⁃图像，可以将a⁃m图像“化曲为直”，便于判断a与m是否成反比关系，故A正确；作出a⁃m2图像，无法判断a与m是否成反比关系，故B错误；作出am⁃m图像，若a与m成反比关系，则有am为定值，am⁃m图像是一条平行于横轴的直线，可判断a与m是否成反比关系，故C正确；作出a2⁃m图像，无法判断a与m是否成反比关系，故D错误。 (3)为探究加速度与力的关系，在改变作用力时，甲同学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘上，乙同学将事先放置在小车上的槽码依次移到槽码盘上，在其他实验操作相同的情况下， ____ (填“甲”或“乙”)同学的方法可以更好地减小误差。  乙 解析：设小车质量为M，槽码与槽码盘总质量为m0，甲同学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘上，根据牛顿第二定律有a甲=，随着槽码和槽码盘总质量m0的不断增大，当不再满足m0≪M时，系统误差增大；乙同学将小车上的槽码依次移到槽码盘上，小车、槽码和槽码盘的总质量M总不变，根据牛顿第二定律有a乙=，a乙与槽码和槽码盘的总质量成正比，系统误差更小，故乙同学的方法可以更好地减小误差。 2.小明和小华同学准备用图甲所示器材测量小车质量M，所用交流电频率为50 Hz，共6个槽码，每个槽码的质量m均为10 g。 实验步骤如下： a.安装好实验器材，跨过定滑轮的细线一端连接在小车上，另一端悬挂着6个槽码。调整轨道的倾角，用手轻拨小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列________的点，表明小车沿倾斜轨道匀速下滑；  b.保持轨道倾角不变，取走1个槽码，让小车拖着纸带沿轨道下滑，根据纸带上打的点迹测出加速度a； c.逐个减少细线下端悬挂的槽码数量，重复步骤b； d.以取走槽码的总个数n的倒数为横坐标，以为纵坐标，在坐标纸上作出⁃关系图线。 已知重力加速度大小g=9.80 m/s2，计算结果均保留三位有效数字，请完成下列填空： (1)步骤a中，横线部分应为__________。  间距均匀 解析：小车沿倾斜轨道匀速下滑时，打点计时器在纸带上打出一系列间距均匀的点。 (2)下列说法正确的是_____。  A.先将小车从靠近打点计时器处释放，再接通电源 B.小车下滑时，位于定滑轮和小车之间的细线应始终跟倾斜轨道保持平行 C.实验中必须保证细线下端悬挂槽码的质量远小于小车的质量 D.若细线下端悬挂着2个槽码，则小车在下滑过程中受到的合外力小于4mg BD 解析：先接通电源，后释放小车，小车应从靠近打点计时器处释放，故A错误；小车下滑时，为保证实验的准确性，应使细线始终与轨道平行，故B正确；由于该实验每个槽码的质量已知，故以小车和悬挂槽码整体为研究对象，则不需要使槽码质量远小于小车质量，故C错误；若细线下端悬挂着2个槽码，小车加速下滑，槽码加速上升，槽码处于超重状态，故细线对小车的拉力大于2个槽码的重力，所以小车下滑过程中受到的合外力小于4mg，故D正确。 (3)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，则小车的加速度大小为_______m/s2。  解析：相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s，由逐差法可得小车的加速度大小为a==×10-3 m/s2=0.820 m/s2。 0.820 (4)测得⁃关系图线的斜率为3.00 s2/m，则小车质量M=______kg。  解析：由平衡条件得Mgsin θ-f-6mg=0，减少n个槽码后，对小车和槽码分别有Mgsin θ-f-T=Ma，T-(6-n)mg=(6-n)ma，则a=，即=·-，可得斜率k==3.00 s2/m，解得M=0.234 kg。 0.234 1.平衡好阻力后挂上槽码。 对小车，有FT=Ma；对槽码，有mg-FT=ma。所以FT==。 当m≪M时，可近似认为FT=mg，即小车受到的拉力近似等于槽码的重力。 因此本实验的实验条件为m≪M。 2.通过实验过程和实验器材的改变，细绳的拉力可以直接或间接测出，此时小车的质量与所挂重物的质量间就不需要满足m≪M的关系。 归纳建模 3.若应该满足m≪M而得不到满足时，a⁃F图像和a⁃ 图像都将发生弯曲现象，如图所示。 课时跟踪检测 1 2 3 4 5 1.(7分)(2025·浙江1月选考)“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图1所示。 1 2 3 4 5 (1)图2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_______ __________________m/s(保留三位有效数字)。(2分)  (0.380~0.400均可) 0.390 1 2 3 4 5 解析：由题可知，相邻计数点间的时间间隔T=0.1 s，打下计数点3时小车的速度v3== m/s=0.390 m/s。 1 2 3 4 5 (2)下列说法正确的是______ (多选)。(2分)  A.改变小车总质量，需要重新平衡阻力 B.将电火花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.小车应尽量靠近电火花打点计时器，并应先接通电源，后释放小车 CD 1 2 3 4 5 解析：平衡阻力时满足mgsin θ=μmgcos θ，两边质量可消掉，改变小车质量时不需要重新平衡阻力，A错误；电火花打点计时器需要接220 V交流电源，B错误；调节滑轮高度，使牵引小车的细线跟长木板保持平行，C正确；小车应尽量接近电火花打点计时器，并应先接通电源后释放小车，以充分利用纸带，D正确。 1 2 3 4 5 (3)改用如图3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4所示，其读数d=_______mm，则滑块加速度a=_____________(用题中所给物理量符号表示)。(3分)  　（-） 10.00 1 2 3 4 5 解析：遮光条宽度d=10 mm+0×0.05 mm=10.00 mm； 经过两光电门时的速度分别为v1=，v2=，根据-=2ax，解得a=（-）。 1 5 2 3 4 2.(7分)(2025·山东高考)某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律，部分实验步骤如下： 1 5 2 3 4 (1)将两光电门安装在长直轨道上，选择宽度为d的遮光片固定在小车上，调整轨道倾角，用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连。选用d=_______cm(填“5.00”或“1.00”)的遮光片，可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度。(1分)  1.00 解析：实验用遮光片通过光电门的平均速度代替运动到光电门时的瞬时速度，遮光片宽度越小，两速度越接近，误差越小，故为了较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度，应选用d=1.00 cm的遮光片。 1 5 2 3 4 (2)将小车自轨道右端由静止释放，从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度v1=0.40 m/s、v2=0.81 m/s，以及从遮光片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间t=1.00 s，计算小车的加速度a=_______m/s2(结果保留2位有效数字)。(2分)  解析：根据加速度的定义式可得 a== m/s2=0.41 m/s2。 0.41 1 5 2 3 4 (3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F，改变砝码质量，重复上述步骤，根据数据拟合出a⁃F图像，如图乙所示。若要得到一条过原点的直线，实验中应_______(填“增大”或“减小”)轨道的倾角。(2分)  解析：根据题图乙可知当有一定大小的外力F时，小车的加速度仍为零，可知平衡阻力不足，若要得到一条过原点的直线，应增大轨道的倾角。 增大 1 5 2 3 4 (4)图乙中直线斜率的单位为______(填“kg”或“kg-1”)。(2分)  kg-1 1 5 2 3 4 解析：题图乙中图线斜率为k=，Δa的单位为m/s2，ΔF的单位为kg·m/s2，则k的单位为kg-1。 1 5 2 3 4 3.(8分)某同学利用图甲装置做“探究加速度与力和质量的关系”的实验，打点计时器所接交流电源的频率为50 Hz，重力加速度大小为g。 1 5 2 3 4 (1)实验时，用垫木将长木板没有定滑轮的一端适当垫高，这样做的目的是__________；如果牵引小车的细线与长木板不平行，需要调节_______的高度。(2分)  平衡阻力 定滑轮 解析：用垫木将长木板没有定滑轮的一端适当垫高，这样做的目的是平衡阻力； 如果牵引小车的细线与长木板不平行，需要调节定滑轮的高度。 1 5 2 3 4 (2)在探究加速度与力的关系时，在保证钩码的质量远小于小车的质量前提下，多次改变钩码的质量m进行实验，某次打出的一段纸带如图乙所示，0、1、2为三个计数点，相邻两个计数点间还有9个计时点未标出，图中x1=12.87 cm，x2=16.39 cm，则本次实验中小车加速度大小为_______m/s2(结果保留2位有效数字)；实验得到的小车加速度a与钩码质量m的关系图像是一条过原点的倾斜直线，图像的斜率为k，由此得到小车质量M=_____(用g、k表示)。(4分)  0.88 1 5 2 3 4 解析：由题知，相邻两个计数点间还有9个计时点未标出，则相邻两计数点间的时间间隔为T=10× s=0.2 s，根据逐差法，可得小车加速度大小为a==0.88 m/s2。 根据牛顿第二定律有mg=Ma，整理得a=m，故a⁃m图像的斜率为k=，解得M=。 1 5 2 3 4 (3)在探究加速度与质量的关系时，在保证钩码的质量不变且远小于小车的质量的前提下，改变放在小车上砝码的质量m0，得到小车加速度与砝码质量的关系图像，应是____。(2分)  解析：根据mg=a，整理得=+m0，故选D。 D 1 5 2 3 4 4.(8分)(2025·辽宁沈阳模拟)某实验小组探究小车加速度与其所受合外力的关系，实验装置如图(a)所示。将小车A置于长木板上靠近打点计时器一侧，细线一端与小车连接，另一端跨过定滑轮挂上钩码。 1 5 2 3 4 (1)关于实验操作，下列说法正确的是____。(2分)  A.平衡阻力时，应将钩码挂在与小车相连的细线上 B.实验前，需调节定滑轮的高度使细线与木板平行 C.实验时，应先释放小车再接通打点计时器的电源 B 解析：本实验中平衡阻力时，不需要将钩码挂在与小车相连的细线上，故A错误；为了保证小车运动过程中细线拉力等于小车所受合外力，实验前，需调节定滑轮的高度使细线与木板平行，故B正确；实验时，应先接通电源，待打点计时器打点稳定后再释放小车，故C错误。 1 5 2 3 4 (2)实验中，将钩码挂在与小车相连的细线上，打出一条纸带，选取计数点1、2、3、4，相邻两计数点时间间隔均为T，如图(b)所示，由这条纸带测量的小车加速度大小为_______(用x1、x2、T表示)。改变所挂钩码个数，分别做实验测出小车的加速度a，将所挂钩码总重力记为F，作出a⁃F图像，如图(c)中图线A所示。(2分)  解析：相邻两计数点时间间隔均为T，根据逐差法，可得Δx=x2-x1=2aT2，可得小车加速度大小为a=。 1 5 2 3 4 (3)为了进一步探究，分别用B、C两辆小车重做上述实验。在同一坐标系中作出a⁃F图像，如图(c)中图线B、C所示。经分析三个小车中，质量最大的是小车_____(选填“A”“B”或“C”)。(2分)  解析：以小车为研究对象，根据牛顿第二定律有F=Ma，以钩码为研究对象，根据牛顿第二定律有mg-F=ma，联立可得F=，可知当钩码质量远小于小车质量时，细线拉力近似等于钩码重力，a⁃F图像中图线发生弯曲的原因可能是不满足钩码的质量远小于小车质量。结合题图(c)可知，当所挂钩码总重力较大时，图线C满足钩码的质量远小于小车质量，故三个小车中，质量最大的是小车C。 C　 1 5 2 3 4 (4)根据图(c)分析，若要使小车加速度a与F近似成正比，应使小车质量_______钩码质量(选填“远大于”“远小于”或“等于”)。(2分)  解析：结合上述分析可知，若要使小车加速度a与F近似成正比，应使小车质量远大于钩码质量。 远大于 1 5 2 3 4 5.(8分)(2025·广西高考)在用如图甲所示的装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验中： 1 5 2 3 4 (1)探究小车加速度与小车所受拉力的关系时，需保持小车(含加速度传感器，下同)质量不变，这种实验方法是_____________。(1分)  控制变量法 解析：在探究小车加速度与小车所受拉力的关系时，需保持小车(含加速度传感器)质量不变，这种实验方法是控制变量法。 1 5 2 3 4 (2)实验时，调节定滑轮高度，使连接小车的细绳与轨道平面保持______。(1分)  解析：实验时，为使小车受到的合外力等于细绳的拉力，要调节定滑轮高度，使连接小车的细绳与轨道平面保持平行，保证细绳对小车的拉力方向与小车运动方向一致，减小实验误差。 平行 1 5 2 3 4 (3)由该装置分别探究M、N两车加速度a和所受拉力F的关系，获得a⁃F图像如图乙所示，通过图乙分析实验是否需要补偿阻力(即平衡阻力)。如果需要，说明如何操作；如果不需要，说明理由。 ______________________________________________________________________________________________(4分)  解析：由题图乙可知，当拉力F为某一值时才产生加速度，说明小车受到摩擦力，需要补偿阻力。补偿方法：撤出细绳连接的力传感器和重物，将木板左端用垫块垫起适当高度，使小车能沿木板匀速下滑。 需要，撤出细绳连接的力传感器和重物，将木板左端用垫块垫起适当高度，使小车能沿木板匀速下滑。 1 5 2 3 4 (4)悬挂重物让M、N两车从静止释放经过相同位移的时间之比为n，两车均未到达轨道末端，则两车加速度之比aM∶aN=_______。(2分)  解析：两车均从静止释放，均做初速度为零的匀加速直线运动，根据匀变速直线运动的位移公式x=at2，可知a=，又tM∶tN=n∶1，联立解得aM∶aN=∶=1∶n2。 1∶n2 本课结束 更多精彩内容请登录：www.zghkt.cn $