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** 本练习围绕“探究加速度与力、质量的关系”实验，分层设计合理，覆盖从实验方法到综合应用的知识路径，强化科学思维与探究能力。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础|实验方法与操作规范|单选题1考查控制变量法，夯实科学思维基础| |中档|数据处理与误差分析|实验题11通过纸带计算速度和加速度，提升科学探究能力| |综合|实验设计与综合应用|实验题12分析a-F图像误差，培养质疑创新素养|

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系（同步练）解析版 姓名：___________班级：高一（ ）班 一、单选题 1．小白同学根据生活经验和“树大招风”等成语的提示，猜测在低风速的情况下，空气阻力的大小可能与物体在空气中运动的速率、物体的大小和物体的形状有关，他想设计实验研究物体所受空气阻力的大小跟速率的定量关系。实验思路如下：由于空气阻力的大小还可能与物体的大小和形状有关，因此在研究此问题时必须对其他的条件做出限定，即保持物体的大小和形状等其他条件相同，这种常用的物理方法叫（     ） A．理想实验法 B．控制变量法 C．等效替代法 D．转换法 【参考答案】B 【解析】A．理想实验法是在实验事实基础上通过合理逻辑推理得出规律的研究方法，本题未涉及推理过程，故A错误； B．控制变量法是研究多因素相关问题时，控制其余因素不变，仅改变某一待研究因素，探究该因素对研究对象影响的方法。本题研究空气阻力与速率的关系时，保持物体大小、形状等其余条件不变，完全符合控制变量法的特征，故B正确； C．等效替代法是在作用效果相同的前提下，用一个物理量（物理过程）替代另一个物理量（物理过程）的研究方法，本题没有等效替代的操作，故C错误； D．转换法是将不易直接测量或观察的物理量转换为易测量、易观察的物理量的研究方法，本题未涉及物理量的转换，故D错误。 故选B。 2．“探究加速度与力、质量的关系”实验装置如图所示。在实验中，测得小车连同车上砝码的总质量，从下列物体中选取合适的物体取代实验装置中的槽码，应选图中的（　　） A． B． C． D． 【参考答案】D 【解析】由题知小车连同车上砝码的总质量 当槽码的质量远小于小车质量使可以近似认为小车受到的拉力等于槽码的重力，故由图所示可知，物体D可以用来取代实验装置中的槽码。 故选D。 3．在探究加速度与力、质量的关系的实验中，下列做法正确的是（     ） A．实验时，先接通打点计时器的电源，再放开小车 B．平衡摩擦力时，应将槽码用细绳通过定滑轮系在小车上 C．改变小车的质量再次进行实验时，需要重新平衡摩擦力 D．槽码所受重力就是小车做加速运动的拉力 【参考答案】A 【解析】A．实验时，应先接通打点计时器的电源，再放开小车，若先放开小车再接通电源，由于小车运动较快，可能会使打出来的点很少，不利于数据的采集和处理，同时要求开始小车要靠近打点计时器，A正确； B．平衡摩擦力时，应将绳从小车上拿去，轻轻推动小车，使小车沿木板运动，通过打点计时器打出来的纸带判断小车是否匀速运动，B错误； C．每次改变小车的质量时，小车的重力沿斜面分力和摩擦力仍能抵消，不需要重新平衡摩擦力，C错误； D．当重物的质量远小于小车的质量时我们才可以认为小车的合力等于重物的重力，D错误； 故选A。 4．如图是我们耳熟能详的一则经典故事：曹冲称象。下列选项中与故事中曹冲使用的物理方法相同的是（　　） A．瞬时速度的定义 B．伽利略理想斜面实验 C．探究加速度与质量、合外力的关系 D．探究两个互成角度的力的合成规律 【参考答案】D 【解析】A．瞬时加速度的定义用的是极限法（微元法），曹冲称象运用了等效法，故A错误； B．“伽利略理想斜面实验”运用了逻辑推理的方法，与曹冲称象的方法不同，故B错误 ； C．探究“加速度与质量、合外力的关系”应用控制变量法，曹冲称象运用了等效法，故C错误； D．探究“两个互成角度的力的合成规律”应用了等效法，与曹冲称象运用的方法相同，故D正确。 故选D。 5．如图甲所示为某同学研究物体加速度与力和质量关系的实验装置示意图，图乙是该装置的俯视图。两个相同的小车，放在水平桌面上，前端各系一条轻细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码。两个小车通过细绳用黑板擦固定，抬起黑板擦，小盘和砝码牵引小车同时开始做匀加速直线运动，按下黑板擦，两小车同时停止运动。实验中补偿阻力后，可以通过在小盘中增减砝码来改变小车所受的合力，也可以通过增减小车上的砝码来改变小车的总质量。该同学记录的实验数据如表所示，则下列说法中不正确的是（　　） 实验次数 小车1 总质量 m1/g 小车2 总质量 m2/g 小车1 受合力 F1/N 小车2 受合力 F2/N 小车1 位移 x1/cm 小车2 位移 x2/cm 1 500 500 0.10 0.20 20.1 39.8 2 500 500 0.10 0.30 15.2 44.5 3 500 500 0.20 0.30 19.8 30.8 4 250 500 0.10 0.10 39.7 20.0 5 300 400 0.10 0.10 20.3 15.1 6 300 500 0.10 0.10 30.0 18.0 A．研究小车的加速度与合外力的关系可以利用第1、2、3三次实验数据 B．研究小车的加速度与小车总质量的关系可以利用第2、3、6三次实验数据 C．研究小车的加速度与小车总质量的关系可以利用第4、5、6三次实验数据 D．可以通过比较两个小车的位移来比较两个小车的加速度大小 【参考答案】B 【解析】A．研究小车的加速度与合外力的关系必须使小车的质量不变，符合条件的是第1、2、3次实验，故A正确； BC．研究小车的加速度与小车总质量的关系必须使拉力相同，符合条件的是第4、5、6次实验，故B错误，C正确； D．由于两个小车运动的时间相等，根据可知，可以通过比较两个小车的位移来比较两个小车加速度大小，故D正确。 本题选择不正确的，故选B。 6．某实验小组利用如图所示的实验装置探究物体质量一定时加速度与力的关系，下列说法正确的是（     ） A．实验需要测量砂桶和砂的总质量 B．补偿阻力时将长木板的右端垫高，并挂上砂桶后让小车做匀速运动 C．每次实验时将小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车 D．实验中要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量 【参考答案】C 【解析】A．本装置带有力传感器，小车受到的拉力可以直接由传感器读出，不需要额外测量砂桶和砂的总质量，故A错误； B．补偿阻力（平衡摩擦力）时，不能挂上砂桶，需要让小车拖着纸带，将木板右端垫高，调整至小车能自行做匀速运动即可，故B错误； C．打点计时器的实验操作要求：小车需要靠近打点计时器（保证纸带上能打出更多有效点，提高纸带利用率），且必须先接通电源，待打点稳定后再释放小车，故C正确； D．本实验拉力可直接由力传感器测得，不需要用砂桶和砂的重力近似代替小车受到的拉力，因此不需要满足“砂和砂桶的质量远小于小车质量”的条件，故D错误； 故选C。 7．某同学在做探究加速度与力和质量的关系的实验，设计了如图所示的实验装置。实验时用拉力传感器直接测得的拉力F，则物体运动加速度a与拉力F的关系图像最符合本实验实际情况的是（ ） A． B． C． D． 【参考答案】C 【解析】传感器的读数直接得出了拉力F，滑块在气垫导轨上运动不受摩擦力作用，F就是滑块所受的合外力，没有系统误差，所以图像应该是一条通过原点的倾斜的直线。 故选C。 二、多选题 8．如图为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。除了天平（附砝码）、电火花计时器、小车、砝码、砝码盘、细线、附有定滑轮的长木板、垫木、导线及开关外，在下列器材中还需要选用的有（    ）（选填选项前的字母）； A．秒表 B．刻度尺 C．电压可调的直流电源 D．220V、50Hz的交流电源 【参考答案】BD 【解析】A．电火花计时器本身可以计时，不需要额外的秒表，故A错误； B．实验处理纸带时，需要测量点与点之间的距离来计算加速度，因此必须选用刻度尺，故B正确； CD．电火花计时器的工作电源是220V、50Hz的交流电源，不需要直流电源，故C错误，D正确。 故选BD。 9．如图所示，在探究加速度与力、质量的关系实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为、，车中放入重物后，车的总质量分别为、，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为、，则在实验误差允许的范围内，有（     ） A．当、时， B．当、时， C．当、时， D．当、时， 【参考答案】AD 【解析】AB．两车均由静止开始做匀加速直线运动。由匀变速直线运动的位移与时间关系，有， 因此 本实验中，保持总质量不变时，保持拉力不变时，故 当，时，，故A正确，B错误。 CD．由前述比例式，当，时， 所以，故C错误，D正确。 故选AD。 三、填空题 10．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中：测得不同质量的物体在相同力作用下的加速度后，以加速度为纵坐标，质量为横坐标建立坐标系，描绘图像，所得的图像是一条_________（选填“直线”或“曲线”）；以为纵坐标，为横坐标建立坐标系，描绘图像，若图像是一条过原点的倾斜直线，则说明与成_________（选填“正比”或“反比”）。 【参考答案】曲线 正比 【解析】在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，测得不同质量的物体在相同力作用下的加速度后，以加速度为纵坐标，质量为横坐标建立坐标系，描绘图像，根据可知，所得的图像是一条曲线。当F不变时，图像是一条过原点的直线，加速度与成正比。 四、实验题 11．如图甲所示，探究小车加速度与拉力的关系。通过打点计时器测加速度，认为细绳拉力等于槽码的总重力。已知交流电源频率是50Hz，重力加速度g取。完成实验，并回答问题： (1)除图甲中给出的器材之外，完成实验还需要的器材有__________。（填序号） A．天平 B．刻度尺 C．秒表 (2)安装好装置，垫块放在某位置，不挂槽码，接通电源，给小车一个初速度，打出纸带如图乙所示。已知纸带左端和小车相连。接下来的操作应该是__________。（填序号） A．向小车中添加适当砝码，再打出纸带并分析纸带 B．从小车中移除适当砝码，再打出纸带并分析纸带 C．将垫块适当左移，再打出纸带并分析纸带 D．将垫块适当右移，再打出纸带并分析纸带 (3)调整好装置，规范操作，得到一条如图丙所示的纸带（每相邻两点之间还有4个点未标出）。则打计数点3时小车的瞬时速度大小为__________m/s，根据纸带求得小车的加速度为__________m/s2。（计算结果均保留2位有效数字） (4)若多次增大槽码的质量进行实验，得到细绳拉力F及对应的小车运动的加速度a，建立a-F坐标系，得到如图丁所示的图线。图线的末端明显偏离了直线，其主要原因是____________。 【参考答案】(1)AB (2)D (3)0.61 2.0 (4)槽码总质量不满足远小于小车质量 【解析】（1）本题需要用天平测出槽码的质量，需要用刻度尺测量相邻点迹之间的距离，打点计时器本身具有计时功能，不需要秒表，故选AB。 （2）接通电源后，给小车一个初速度，打出如图乙的纸带，小车做加速运动，说明平衡摩擦力过度，应将垫块适当右移，再打出纸带并分析纸带，反复调节垫块位置，直到纸带上打出点迹均匀为止。故选D。 （3）[1]相邻计数点之间的时间间隔T=5×0.02s=0.1s 根据匀变速直线运动中间时刻瞬时速度等于这段时间的平均速度，打下计数点3时小车的瞬时速度 [2]根据逐差法，加速度 （4）本实验用槽码的重力代替绳子的拉力，需要满足的条件是槽码总质量远小于小车质量，随槽码质量的增加，当槽码总质量不满足远小于小车质量，图线出现弯曲。 12．在“探究加速度与合外力、质量之间的关系”的实验中，某研究性学习小组设计了如图所示的实验装置。 (1)关于本实验，下列说法中正确的有（　　） A．本实验采用的研究方法是等效替代法 B．连接钩码和小车的细绳可以不与长木板保持平行 C．小车应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车 D．平衡摩擦力时，应把钩码用细绳通过定滑轮拴在小车上 (2)实验前需平衡小车所受的摩擦力：取下钩码，调整木板左端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_________的点； (3)如图是某次实验中得到的一条纸带，相邻两个计数点间还有四个点未画出，实验中交变电源的频率是50Hz，小车的加速度大小为_________（结果保留两位有效数字）； (4)甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图像为图所示中的直线Ⅰ，乙同学画出的图像为图中的直线Ⅱ。直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的有（　　） A．实验前甲同学没有平衡摩擦力 B．实验前乙同学没有平衡摩擦力 C．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的打点计时器一端抬得过高了 D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的打点计时器一端抬得过高了 【参考答案】(1)C (2)间距均匀 (3)1.4 (4)BC 【解析】（1）A．“探究加速度与合外力、质量之间的关系”的实验，采用的研究方法是控制变量法，故A错误； B．为了保持小车运动过程中，绳子拉力恒定不变，连接钩码和小车的细绳应和长木板保持平行，故B错误； C．为了充分利用纸带，小车应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车，故C正确； D．平衡摩擦力时，取下钩码，调整木板左端的高度，用手轻拨小车，使小车做匀速直线运动，故D错误。 故选C。 （2）平衡摩擦力时，取下钩码，调整木板左端的高度，用手轻拨小车，使小车做匀速直线运动，打点计时器打出一系列间距均匀的点。 （3）相邻两个计数点间还有四个点未画出，则相邻计数点的时间间隔为 根据逐差法 可得小车的加速度大小 （4）AC．由直线Ⅰ可知，当F=0时，小车已经具有一定的加速度，则甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的打点计时器一端抬得过高了，故A错误，C正确； BD．由直线Ⅱ可知，只有当F达到一定数值时，小车才开始有加速度，则可能是实验前乙同学没有平衡摩擦力，或者平衡摩擦力不够，不是把长木板的打点计时器一端抬得过高了，故B正确，D错误。 故选BC。 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 $ 4.2实验：探究加速度与力、质量的关系（同步练）原卷版 姓名：___________班级：高一（ ）班 一、单选题 1．小白同学根据生活经验和“树大招风”等成语的提示，猜测在低风速的情况下，空气阻力的大小可能与物体在空气中运动的速率、物体的大小和物体的形状有关，他想设计实验研究物体所受空气阻力的大小跟速率的定量关系。实验思路如下：由于空气阻力的大小还可能与物体的大小和形状有关，因此在研究此问题时必须对其他的条件做出限定，即保持物体的大小和形状等其他条件相同，这种常用的物理方法叫（     ） A．理想实验法 B．控制变量法 C．等效替代法 D．转换法 2．“探究加速度与力、质量的关系”实验装置如图所示。在实验中，测得小车连同车上砝码的总质量，从下列物体中选取合适的物体取代实验装置中的槽码，应选图中的（　　） A． B． C． D． 3．在探究加速度与力、质量的关系的实验中，下列做法正确的是（     ） A．实验时，先接通打点计时器的电源，再放开小车 B．平衡摩擦力时，应将槽码用细绳通过定滑轮系在小车上 C．改变小车的质量再次进行实验时，需要重新平衡摩擦力 D．槽码所受重力就是小车做加速运动的拉力 4．如图是我们耳熟能详的一则经典故事：曹冲称象。下列选项中与故事中曹冲使用的物理方法相同的是（　　） A．瞬时速度的定义 B．伽利略理想斜面实验 C．探究加速度与质量、合外力的关系 D．探究两个互成角度的力的合成规律 5．如图甲所示为某同学研究物体加速度与力和质量关系的实验装置示意图，图乙是该装置的俯视图。两个相同的小车，放在水平桌面上，前端各系一条轻细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘里可放砝码。两个小车通过细绳用黑板擦固定，抬起黑板擦，小盘和砝码牵引小车同时开始做匀加速直线运动，按下黑板擦，两小车同时停止运动。实验中补偿阻力后，可以通过在小盘中增减砝码来改变小车所受的合力，也可以通过增减小车上的砝码来改变小车的总质量。该同学记录的实验数据如表所示，则下列说法中不正确的是（　　） 实验次数 小车1 总质量 m1/g 小车2 总质量 m2/g 小车1 受合力 F1/N 小车2 受合力 F2/N 小车1 位移 x1/cm 小车2 位移 x2/cm 1 500 500 0.10 0.20 20.1 39.8 2 500 500 0.10 0.30 15.2 44.5 3 500 500 0.20 0.30 19.8 30.8 4 250 500 0.10 0.10 39.7 20.0 5 300 400 0.10 0.10 20.3 15.1 6 300 500 0.10 0.10 30.0 18.0 A．研究小车的加速度与合外力的关系可以利用第1、2、3三次实验数据 B．研究小车的加速度与小车总质量的关系可以利用第2、3、6三次实验数据 C．研究小车的加速度与小车总质量的关系可以利用第4、5、6三次实验数据 D．可以通过比较两个小车的位移来比较两个小车的加速度大小 6．某实验小组利用如图所示的实验装置探究物体质量一定时加速度与力的关系，下列说法正确的是（     ） A．实验需要测量砂桶和砂的总质量 B．补偿阻力时将长木板的右端垫高，并挂上砂桶后让小车做匀速运动 C．每次实验时将小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车 D．实验中要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量 7．某同学在做探究加速度与力和质量的关系的实验，设计了如图所示的实验装置。实验时用拉力传感器直接测得的拉力F，则物体运动加速度a与拉力F的关系图像最符合本实验实际情况的是（ ） A． B． C． D． 二、多选题 8．如图为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。除了天平（附砝码）、电火花计时器、小车、砝码、砝码盘、细线、附有定滑轮的长木板、垫木、导线及开关外，在下列器材中还需要选用的有（    ）（选填选项前的字母）； A．秒表 B．刻度尺 C．电压可调的直流电源 D．220V、50Hz的交流电源 9．如图所示，在探究加速度与力、质量的关系实验中，若1、2两个相同的小车所受拉力分别为、，车中放入重物后，车的总质量分别为、，打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为、，则在实验误差允许的范围内，有（     ） A．当、时， B．当、时， C．当、时， D．当、时， 三、填空题 10．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中：测得不同质量的物体在相同力作用下的加速度后，以加速度为纵坐标，质量为横坐标建立坐标系，描绘图像，所得的图像是一条_________（选填“直线”或“曲线”）；以为纵坐标，为横坐标建立坐标系，描绘图像，若图像是一条过原点的倾斜直线，则说明与成_________（选填“正比”或“反比”）。 四、实验题 11．如图甲所示，探究小车加速度与拉力的关系。通过打点计时器测加速度，认为细绳拉力等于槽码的总重力。已知交流电源频率是50Hz，重力加速度g取。完成实验，并回答问题： (1)除图甲中给出的器材之外，完成实验还需要的器材有__________。（填序号） A．天平 B．刻度尺 C．秒表 (2)安装好装置，垫块放在某位置，不挂槽码，接通电源，给小车一个初速度，打出纸带如图乙所示。已知纸带左端和小车相连。接下来的操作应该是__________。（填序号） A．向小车中添加适当砝码，再打出纸带并分析纸带 B．从小车中移除适当砝码，再打出纸带并分析纸带 C．将垫块适当左移，再打出纸带并分析纸带 D．将垫块适当右移，再打出纸带并分析纸带 (3)调整好装置，规范操作，得到一条如图丙所示的纸带（每相邻两点之间还有4个点未标出）。则打计数点3时小车的瞬时速度大小为__________m/s，根据纸带求得小车的加速度为__________m/s2。（计算结果均保留2位有效数字） (4)若多次增大槽码的质量进行实验，得到细绳拉力F及对应的小车运动的加速度a，建立a-F坐标系，得到如图丁所示的图线。图线的末端明显偏离了直线，其主要原因是____________。 12．在“探究加速度与合外力、质量之间的关系”的实验中，某研究性学习小组设计了如图所示的实验装置。 (1)关于本实验，下列说法中正确的有（　　） A．本实验采用的研究方法是等效替代法 B．连接钩码和小车的细绳可以不与长木板保持平行 C．小车应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车 D．平衡摩擦力时，应把钩码用细绳通过定滑轮拴在小车上 (2)实验前需平衡小车所受的摩擦力：取下钩码，调整木板左端的高度，用手轻拨小车，直到打点计时器打出一系列_________的点； (3)如图是某次实验中得到的一条纸带，相邻两个计数点间还有四个点未画出，实验中交变电源的频率是50Hz，小车的加速度大小为_________（结果保留两位有效数字）； (4)甲同学根据实验数据画出的小车的加速度a和小车所受拉力F的图像为图所示中的直线Ⅰ，乙同学画出的图像为图中的直线Ⅱ。直线Ⅰ、Ⅱ在纵轴或横轴上的截距较大，明显超出了误差范围，下面给出了关于形成这种情况原因的四种解释，其中可能正确的有（　　） A．实验前甲同学没有平衡摩擦力 B．实验前乙同学没有平衡摩擦力 C．甲同学在平衡摩擦力时，把长木板的打点计时器一端抬得过高了 D．乙同学在平衡摩擦力时，把长木板的打点计时器一端抬得过高了 试卷第1页（共3页） 试卷第1页（共3页） 学科网（北京）股份有限公司 $