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

该高中物理讲义聚焦“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”重点实验，围绕实验原理（控制变量法）、操作要领（平衡阻力、质量测量）、数据处理（逐差法、图像分析）、误差分析等高考核心考点，按实验逻辑层次系统梳理。通过实验知能归纳、关键重点解读、真题训练（含2025年高考题）等环节，帮助学生构建实验思维框架，突破难点。 资料以科学探究和科学思维为核心，如引导学生分析a-F图像弯曲原因（槽码质量未远小于小车质量），培养模型建构能力。设置基础操作、误差分析、图像应用分层练习，结合实验细节（平衡阻力判断、光电门数据处理）指导，高效提升学生实验设计与数据处理能力，为教师把控复习节奏提供清晰教学路径。

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。 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)  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”)  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)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。 答案:(1)c　(2)①失重　②d 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 (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(保留两位有效数字)。  (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)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)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=≈2.4 N。 (4)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)。 答案:(1)AC　(2) (3)2.4(2.3~2.5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。 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”)。  (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 A.a⁃图像 B.a⁃m2图像 C.am⁃m图像 D.a2⁃m图像 (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。  解析:(1)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)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)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。 答案:(1)一端垫高　(2)AC　(3)乙 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________。  (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 (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。  (4)测得⁃关系图线的斜率为3.00 s2/m,则小车质量M=__________kg。  解析:(1)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)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)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。 (4)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。 答案:(1)间距均匀　 (2)BD　(3)0.820　(4)0.234 [归纳建模] 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。 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。 11 / 74 $