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

该高中物理讲义聚焦高考重点实验“探究加速度与物体受力、质量的关系”，系统梳理实验原理、操作要领、数据处理及误差分析等核心考点，通过考点归纳、方法指导（如逐差法、图像法）和真题训练（含苏州期中题等实例），帮助学生构建实验思维框架，突破平衡阻力、m≪M条件等难点，体现复习的系统性与针对性。 资料以科学思维和科学探究为导向，创新采用“原理-操作-误差-应用”四步教学法，如通过控制变量法分析a与F、M关系，结合打点计时器纸带数据用逐差法求加速度，设计a-F、a-1/M图像分析训练。设置分层题点训练与归纳建模，强化实验细节把控，有效提升学生实验设计与数据处理能力，为教师精准把控复习节奏提供实用指导。

第5讲　探究加速度与物体受力、物体质量的关系(重点实验) 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小车与其上砝码的总质量(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。 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摩擦力平衡。 2.判断小车是否做匀速直线运动,一般可目测,必要时可通过打点纸带,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·苏州期中)某实验小组用如图1所示的装置探究加速度与质量的关系: (1)实验中用的是电磁打点计时器,则其电源应选_________。  A.直流220 V B.交流220 V C.直流8 V D.交流8 V (2)为补偿阻力,正确操作应是图2中的_________ (选填“A”或“B”);轻推小车,发现打出的纸带如图3所示,则应_________ (选填“增大”或“减小”)长木板倾角。  (3)正确补偿阻力后,实验中得到一条纸带如图4所示,相邻两个计数点间还有4个点未画出,实验所用电源频率为50 Hz,则此次小车的加速度大小为_________m/s2。  (4)若盘和砝码的总质量为m,小车(含配重)的质量为M,多次改变配重,小明由实验数据作出了a⁃图像,得到一条过原点的直线;小华认为小明的数据处理过程可能有误,应该得到一条弯曲的图线。你是否同意小华的观点,请简述理由: _______________________________________________________________________。  解析:(1)电磁打点计时器需要接8 V的交流电源,故选D。 (2)为补偿阻力,小车不能与重物相连,故正确操作应是题图2中的B。 根据题图3可知,小车做减速运动,说明长木板倾角过小,故应增大长木板倾角来补偿阻力。 (3)结合纸带数据,由逐差法可知小车的加速度大小为a=×10-2 m/s2=0.88 m/s2。 (4)不同意。对整体分析,由牛顿第二定律有mg=a,整理得a=×mg,可知mg一定时,加速度a与成正比。 答案:(1)D　(2)B　 增大　(3)0.88　(4)见解析 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由导轨上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)上分别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_________。  A.应先释放滑块后接通光电门 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 (2)用测量物理量的字母表示滑块加速度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。  (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:(1)先接通光电门后释放滑块,以确保滑块经过光电门时,光电门能正常工作,故A错误;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滑块通过它们的时间,不需要每次经过时速度相等,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)根据匀变速直线运动规律有 2as=-=-, 解得a=。 (3)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==2.5 N。 (4)图像出现了纵截距,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)。 答案:(1)C　(2) (3)2.5(2.3~2.7均可) (4)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) [归纳建模] 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摩擦力。 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。 关键点(二) 是否一定满足m≪M [题点训练] 1.某研究性学习小组的同学用图(a)实验装置进行实验。 (1)已知交流电源的频率为50 Hz,某次实验得到的纸带如图(b),图中相邻两计数点之间还有4个点未画出,由该纸带可求得小车的加速度a=_________m/s2。(保留两位有效数字)  (2) 在小车已平衡阻力且小车质量远大于钩码质量的前提下,改变小车上砝码的质量m,得到图(c)所示的函数图像,设直线的斜率为k,纵轴截距为b,若牛顿第二定律成立,则小车受到的拉力大小为_________,小车的质量M为_________。(结果用k、b表示)。  解析:(1)由于图中相邻两计数点之间还有4个点未画出,则相邻计数点之间的时间间隔为T=5× s=0.1 s,则加速度为a= m/s2=0.90 m/s2。 (2)令钩码的质量为m0,由于小车已平衡阻力且小车质量远大于钩码质量,则有m0g=(m+M)a,则有=+,结合图像有=b,=k,解得T≈m0g=,M=。 答案:(1)0.90　(2)　 2.某同学设计了如下方案研究质量一定时加速度与合外力的关系,实验装置如图甲所示。 (1)实验时,需要进行的操作是_________。  A.平衡阻力时应挂上沙桶 B.用天平测出沙和沙桶的质量 C.小车靠近打点计时器,先接通电源、再释放小车 D.为减小误差,实验中一定要保证沙和沙桶的总质量m远小于小车(含滑轮)的质量M (2)保持小车(含滑轮)的质量不变,改变沙桶中沙的质量、记录多组传感器的读数F和对应纸带的加速度a的数值,绘制出如图乙所示的a⁃F图像,实验小组仔细分析图像,得出了实验所用小车(含滑轮)的质量为_________kg。  (3)该同学根据测量数据做出如图乙所示的a⁃F图线没经过原点,该同学做实验时存在的问题是_________。  解析:(1)平衡阻力时,应满足公式Mgsin θ-F阻=0,所以应不挂重物,小车受到的F合=2F=Ma,因此不需要测出沙桶和沙的质量,也不需要满足m远小于M,实验时应使小车靠近打点计时器,先接通电源、再释放小车,故选C。 (2)根据公式2F=Ma,得a= 图像的斜率k==2,则M=1 kg。 (3)根据牛顿第二定律有2F+Mgsin θ-F阻=Ma 可知图像未过原点是因为未完全平衡阻力。 答案:(1)C　(2)1　(3)未完全平衡阻力 [归纳建模] 1.平衡好摩擦力后挂上槽码。 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。如第2题第(1)问。 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。 17 / 71 $