第3章 实验四 探究加速度与物体受力、物体质量的关系-【优化探究】2027年高考物理一轮复习高考总复习配套课件（广东专版）

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”实验专题，依据高考评价体系梳理了实验目的、原理、数据处理及误差分析等核心考查要求，通过近五年高考真题统计明确控制变量法、图像法（如a-F、a-1/M图像）等高频考点分布，归纳教材原型与创新设计两类常考题型，体现备考针对性。 课件亮点在于“真题解析+素养提升”的复习策略，如结合2024广东卷纸带数据计算加速度，运用“化曲为直”方法处理a-M关系培养科学思维，通过系统误差（如小桶质量影响）分析强化科学探究素养。特设“实验操作规范”和“易错点警示”，助力学生掌握实验答题技巧，教师可据此高效规划复习，提升备考效率。

第三章　运动和力的关系 实验四　探究加速度与物体受力、 物体质量的关系 实验技能　梳理必备知识 实验要点　强化关键能力 内容索引 实验技能　梳理必备知识 一 4 基本实验要求 1.实验目的 (1)学会用控制变量法研究物理量之间的关系。 (2)探究加速度与力、质量的关系。 (3)掌握利用图像处理数据的方法。 2.实验器材 气垫导轨(一端带有定滑轮)、滑块(带有遮光条)、光电门(两个)、数字计时器、细绳、小桶、砝码、橡皮泥、刻度尺、天平、气源。 3.实验原理 (1)滑块质量的测量:利用天平测出,在滑块上增加或减少砝码可改变滑块的质量。 (2)拉力的测量:用装有橡皮泥的小桶的总重力mg当作滑块受到的拉力F。同时满足装有橡皮泥的小桶的总质量远小于滑块的质量。 (3)加速度的测量:用刻度尺测出两光电门间的距离s,用刻度尺测出固定在滑块上的遮光条宽度Δs,用数字计时器测出遮光条分别通过前后两个光电门的时间Δt1、Δt2,则滑块经过两个光电门的速度v1=,v2=,再由-=2as求出滑块的加速度a。 4.实验步骤 (1)用天平测出滑块的质量M,并把数据记录下来。 (2)把实验器材按如图所示安装好。(滑块上不系细绳) (3)调整气垫导轨底部螺丝,使滑块能做匀速直线运动。 (4)在小桶内放入橡皮泥,用天平称出小桶和橡皮泥的总质量m,用细绳绕过定滑轮系在滑块上,滑块上放上适量的砝码,并记录下砝码质量。 (5)保持滑块上砝码质量不变,增加小桶内橡皮泥的质量,按步骤(4)做6次实验,求出相应的加速度,将相应数据填入表格。 次数 1 2 3 4 5 6 滑块加速度a/(m·)             小桶和橡皮泥的质量m/kg             拉力F/N             (6)保持小桶和橡皮泥的质量不变,在滑块上加上砝码,重复上面实验,求出相应的加速度,将相应数据填入表格。 (7)整理实验器材,结束实验。 次数 1 2 3 4 5 6 滑块加速度a/(m·)             滑块(含遮光条及 砝码)质量M/kg             /k             基本实验方法 1.数据处理 (1)研究加速度a和力F的关系 以加速度a为纵坐标,力F为横坐标,根据测量数据描点,然后作出图像,如图甲所示。若图像是一条通过原点的倾斜直线,则说明a与F成正比。 (2)研究加速度a与质量M的关系 如图乙所示,因为a-M图像是曲线,检查a-M图像是否是双曲线,就能判断它们之间是否存在反比例关系,但检查这条曲线是否是双曲线,直接判断有困难。若a和M成反比,则a与必成正比。我们采取“化曲为直”的方法,以a为纵坐标,以为横坐标,作出a- 图像,若a- 图像是一条过原点的倾斜直线,如图丙所示,说明a与成正比,即a与M成反比。 2.误差分析 (1)系统误差 本实验用小桶和橡皮泥的总重力mg代替滑块受到的拉力,而实际上滑块所受的拉力要小于小桶和橡皮泥的总重力,而且小桶和橡皮泥的质量越大,误差越大。 (2)偶然误差 气垫导轨底座调整不准确,滑块、小桶和橡皮泥的质量测量不准确,两光电门之间的距离、遮光条的宽度测量不准确,细绳与导轨不平行都会引起误差。 (3)作图时应使所作的直线通过尽可能多的点,不在直线上的点也要尽可能地对称分布在直线的两侧,但若遇到个别偏离较远的点应舍去。 (4)为了减小实验误差,使利用v=求得的平均速度接近瞬时速度,要求遮光条的宽度应窄一点。 二 实验要点　强化关键能力 14 命题点一　教材原型实验 角度1　实验原理与操作 [典例1]　(2026 ·广东深圳模拟)用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。 (1)除了图中所给器材以及交流电源和导线外,在下列器材中,还必须使用的两种器材是　　　　。  A.秒表　　　　　　　　 B.天平(含砝码) C.弹簧测力计 D.刻度尺 BD [解析]　利用天平测量质量,利用打点计时器可以计时,打出的纸带需测量长度求加速度,所以需要天平和刻度尺,A、C错误,B、D正确。 (2)实验前平衡摩擦力的做法是:把实验器材安装好,先不挂沙桶,将小车放在木板上,后面固定一条纸带,纸带穿过打点计时器。用垫块把木板不带滑轮一端垫高,接通打点计时器,让小车以一定初速度沿木板向下运动,并不断调节木板的倾斜度,直到小车拖动纸带沿木板做 　 　　　运动。   匀速直线 [解析]　平衡摩擦力时应使小车拖动纸带在木板上做匀速直线运动。 (3)为使沙桶和沙的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力,需满足的条件是沙桶及沙的总质量　　　　(选填“远大于”“远小于”或“近似等于”) 小车的总质量。  远小于 [解析]　为了使沙桶及沙的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力,需要使沙桶及沙的总质量远小于小车的总质量。 (4)实验中打出的一条纸带的一部分如图乙所示。纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C,相邻计数点之间还有4个点没有标出。打点计时器接在频率为50 Hz的交流电源上。则打点计时器打B点时,小车的速度vB=　　　　m/s。多测几个点的速度作出v-t图像,就可以算出小车的加速度。   0.44 [解析]　由匀变速直线运动中某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间运动过程的平均速度,可得vB== m/s=0.44 m/s。 (5)为探究加速度和力的关系,要保证　　　　的总质量不变,改变沙桶内沙的质量,重复做几次实验,通过实验数据来研究加速度和力的关系。   小车 [解析]　探究加速度与力的关系时,需要保证小车的总质量不变。 (6)在探究加速度与力的关系时,该同学根据实验数据作出的a-F图像如图丙所示,发现该图线不通过坐标原点且BC段明显偏离直线,分析其产生的原因,下列说法正确的是　　　　。   A.不通过坐标原点可能是因为平衡摩擦力不足 B.不通过坐标原点可能是因为平衡摩擦力过度 C.图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满足远小于小车总质量的条件 D.图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满足远大于小车总质量的条件 AC [解析]　从题图丙可以看出,图像不过坐标原点,即当F为某一值时加速度却为零,所以是因为未平衡摩擦力或平衡摩擦力不足,故A正确,B错误;随着拉力F增大(即沙桶及沙的总重力增大),已经不满足沙桶及沙的总质量远小于小车总质量的条件,造成BC段弯曲,故C正确,D错误。 (7)在探究加速度与质量的关系时,要保证沙和沙桶的质量不变。若沙和沙桶的质量m与小车的总质量M间的关系不满足第(3)问中的条件,且已正确平衡摩擦力,由实验数据作出a-图线,则图线应如图中的 　　　　所示。  C [解析]　在探究加速度与质量的关系时, 由于平衡了摩擦力,所以图像过原点,且分别对小车和沙桶及沙受力分析,由牛顿第二定律可得T=Ma,mg-T=ma,联立解得mg=(M+m)a,整理得a=,因为保证了沙和沙桶的质量不变,所以由实验数据作出a-图线,不会发生弯曲,故选C。 角度2　数据处理与分析 [典例2]　(2024·广东卷)图甲是“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验装置示意图。图中木板右端垫高的目的是 　　 　　　。图乙是实验得到纸带的一部分,每相邻两计数点间有四个点未画出。相邻计数点的间距已在图中给出。打点计时器电源频率为50 Hz,则小车的加速度大小为 　　　　　m/s2(结果保留三位有效数字)。  平衡阻力 2.86 [解析]　木板右端抬高的目的是平衡阻力;小车的加速度大小a=m/s2≈2.86 m/s2。 命题点二　实验创新设计 角度1　实验器材创新 [典例3]　(2026 ·广东深圳检测)学校某物理实验小组用如图甲所示的实验装置来验证“当物体的质量一定时,加速度与所受合外力成正比”的实验。 (1)实验时,下列操作中正确的是　　　　。   A.用天平测出沙和沙桶的质量 B.小车靠近打点计时器,先释放小车,再接通电源 C.平衡摩擦力时,将无滑轮端适当垫高,并在小车前端连接轻绳且悬挂沙桶 D.平衡摩擦力时,将无滑轮端适当垫高,并在小车后端连纸带且穿过打点计时器,但前端不需要连接轻绳、悬挂沙桶 D [解析]　因有拉力传感器,则不需要用天平测出沙和沙桶的质量,故A错误;小车靠近打点计时器,先接通电源,再释放小车,故B错误;平衡摩擦力时,将无滑轮端适当垫高,并在小车后端连纸带且穿过打点计时器,但前端不需要连接轻绳、悬挂沙桶,故C错误,D正确。 (2)在实验过程中,向沙桶内加沙时,　　　　(选填“需要”或“不需要”)保证沙和沙桶的总质量m远小于小车的总质量M。  不需要 [解析]　因有拉力传感器可测出拉力,则在实验过程中,向沙桶内加沙时,不需要保证沙和沙桶的总质量m远小于小车的总质量M。 (3)如图乙是实验中选择的一条合适的纸带(纸带上相邻的两个计数点之间还有4个点没有画出),已知打点计时器的打点频率为50 Hz,该小车的加速度a=　　　　m/s2(结果保留两位有效数字)。   0.20 [解析]　纸带上相邻的两个计数点之间还有4个点没有画出,则T=0.1 s,该小车的加速度a== m/s2=0.20 m/s2。 (4)若保持小车质量不变,改变沙桶中沙的质量,记录多组拉力传感器示数F和对应纸带求出加速度a的数值,根据这些数据,绘制出如图丙的图像,分析此图像不过原点的原因可能是　　　 　　　　,实验小组仔细分析图像,得出了实验所用小车的质量为　　　　　kg(结果保留两位有效数字)。   平衡摩擦力过度 1.0 [解析]　由题图丙可知,当拉力为零时小车就已经有了加速度,可知原因是木板抬得过高,平衡摩擦力过度;由2F=Ma,可得a=F,则= kg-1 =2 kg-1,解得M=1.0 kg。 (5)为进行更精确的实验,对上述装置进行改进,实验装置如图丁。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电门,滑块上固定一遮光片,光电门可以记录下遮光片通过光电门A、B时所用的时间Δt1和Δt2,以及两次开始遮光的时间间隔Δt,用此装置得到的数据绘制图像,探究加速度与力的关系,已经满足滑块和遮光片总质量远大于钩码质量,除了上述已测得的物理量,还需要测量或记录的数据有　　　　。   A.遮光片的宽度d B.钩码的质量m C.滑块和遮光片的总质量M D.滑块的初始位置到光电门A的距离L1 AB [解析]　滑块经过光电门A、B的速度分别为v1=,v2=,所以滑块运动的加速度为a==,滑块所受合力为绳的拉力,当钩码的质量远小于滑块和遮光片总质量时,绳的拉力近似等于钩码的重力,即F=mg=Ma,所以还需要测量或记录的数据为遮光片宽度、钩码的质量。故选A、B。 角度2　实验设计创新 [典例4]　(2026·广东茂名模拟)某实验小组的同学利用如图所示的实验装置探究小车匀加速运动速度和位移的关系并测量小车(含遮光条)的质量M。以下是该实验的主要步骤: ①实验小组的同学用刻度尺测量出遮光条的宽度d; ②挂上托盘和砝码,改变木板的倾角,使小车(含遮光条)沿木板匀速下滑; ③取下托盘和砝码,测出其总质量为m,让小车从起点由静止出发沿木板下滑通过光电门并通过计算机记录了挡光时间Δt; ④改变砝码质量和木板倾角,重复步骤②③,每次释放小车位置相同且光电门在木板上位置不变,用刻度尺测出小车在起点时遮光条的中点到光电门的距离L,已知重力加速度为g。 根据实验步骤回答以下问题(结果均用m、k、g、d、L表示): (1)根据步骤③可知,小车受到的合外力为　　　　。  [解析]　由题意可得,取下托盘和砝码后,小车在斜面上做匀加速直线运动,小车受到的合外力为F=mg。 mg (2)某小组成员通过实验记录的数据作出m-图像,如图所示,若已知该图像斜率为k,则小车的质量M=　　　　　。  [解析]　由牛顿第二定律和速度位移公式可得 ()2=2L, 化简可得m=·, 则k=,则M=。 角度3　实验目的创新 [典例5]　某同学受太空中测量质量方法的启示,设计了如图甲的实验装置,利用动力学方法测量沙桶中沙的质量。 主要实验步骤如下: ①平衡好摩擦力后,在沙桶中加入质量为m0的沙; ②接通传感器电源,释放小车,利用传感器测出对应的位移与时间(s-t)图像; ③在沙桶和沙质量不变的情况下,改变小车的质量,测量出不同的加速度。 (1)图乙是当小车质量为M=0.2 kg时,运动过程中传感器记录下的s-t图像,由图可知,小车的加速度a=　　　　m/s2。  2 [解析]　小车做匀加速直线运动,根据运动学公式有s=at2,解得 a= 2 m/s2。 (2)图丙为加速度a的倒数和小车质量M的关系图像(-M图像),利用题中信息求出沙的质量m0=　　　　kg(已知沙桶的质量m=0.01 kg,重力加速度g取10 m/s2)。  [解析]　根据牛顿第二定律有T=Ma,(m+m0)g-T=(m+m0)a,解得m0= 0.04 kg。 0.04 $