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（江苏专版）

该高中物理高考复习课件聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验专题，依据高考评价体系梳理了控制变量法、逐差法求加速度、图像分析（a-F、a-1/m）等核心考点，通过近五年真题统计明确实验操作判断、数据处理、误差分析等高频题型分布，构建系统备考框架。 课件亮点在于“真题解析+素养培养+应试策略”，如以2025陕晋青宁卷a-m图像转化为例，指导学生用a-1/m“化曲为直”，培养科学思维中的模型建构能力。特设易错点警示（如平衡阻力时纸带处理）和创新实验拓展（传感器应用），助力学生掌握答题技巧，教师可据此精准教学，提升复习效率。

实验四　探究加速度与物体受力、物体质量的关系 第三章　运动和力的关系 1 [学习目标]　1.理解实验的原理，明确实验过程并能进行数据处理。 2.了解实验的注意事项，会对实验进行误差分析。3.能理解创新实验的原理，并能运用相应的公式、函数处理数据。 2 实验技能　梳理必备知识 实验要点　强化关键能力 命题点一　教材原型实验 命题点二　创新拓展实验 内容索引 3 实验技能　梳理必备知识 一 4 1.实验目的 (1)学会应用控制变量法研究物理规律。 (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.实验原理 (1)控制变量法 ①保持质量不变，探究加速度与合力的关系。 ②保持合力不变，探究加速度与质量的关系。 (2)求加速度 由纸带根据公式a＝利用逐差法计算加速度。 3.实验器材 小车、砝码、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、导线两根、纸带、天平、刻度尺。 4.实验步骤 (1)质量的测量：用天平测量小车的质量m。 (2)安装：按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车施加牵引力)。 (3)平衡小车受到的阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置使小车能匀速下滑。 (4)操作：①槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源，取下纸带，编号码。 ②保持小车的质量m不变，改变槽码个数，重复步骤①。 ③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。 ④描点作图，作a－F图像。 ⑤保持槽码个数不变，在小车中增加砝码改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－ 图像。 1.数据处理 (1)利用Δx＝aT2及逐差法求a。 (2)以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明a与F成正比。 (3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与m成反比。 2.注意事项 (1)平衡小车受到的阻力：适当垫高木板不带定滑轮的一端，使小车的重力沿斜面方向的分力正好平衡小车和纸带受到的阻力。在平衡小车受到的阻力时，不要把悬挂槽码的细绳系在小车上，让小车拉着穿过打点计时器的纸带匀速运动。 (2)改变小车质量m或槽码的个数时，无须重新平衡小车受到的阻力。 (3)实验条件：槽码质量应远小于小车质量。使用力传感器或弹簧测力计可测出细绳拉力时，无须满足这个条件。 (4)一先一后一按：改变拉力或小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达定滑轮前按住小车。 3.误差分析 (1)实验原理不完善：本实验用槽码的重力代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的重力。 (2)平衡小车受到的阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。 实验要点　强化关键能力 二 12 命题点一　教材原型实验 13 [典例1]　(2026·江苏七市调研)用如图1所示的装置探究加速度与质量的关系，把右端带有滑轮的长木板放在实验桌上，小车的左端连接穿过打点计时器的纸带，右端连接细线，细线绕过定滑轮挂有槽码，通过垫块调节木板左端高度平衡阻力。 (1)下列实验操作中正确的有________。  A.先释放小车后接通电源 B.调整定滑轮使细线与长木板平行 C.平衡阻力时必须移去纸带 D.平衡阻力时必须移去槽码 [解析]　应先接通电源再释放小车，A错误；应调整定滑轮使细线与长木板平行，以保证小车在运动过程中合力不变，B正确；平衡阻力时必须连接纸带，因为纸带与打点计时器间也有阻力，C错误；平衡阻力时必须移去槽码，用小车重力沿长木板方向的分力来平衡阻力，D正确。 BD (2)某次实验打出的一条纸带如图2所示，测得计数点1、2、3、4与0计数点间的距离分别为x1＝3.60 cm、x2＝9.61 cm、x3＝18.01 cm、x4＝28.81 cm。已知打点计时器打点周期为0.02 s，相邻计数点间有四个打点未画出，则小车的加速度a＝________ m/s2。(结果保留三位有效数字)  　2.40 [解析]　小车的加速度a＝ m/s2≈2.40 m/s2。 (3)实验中保持槽码的质量不变，改变小车和车内沙子的总质量m总，进行实验打出纸带，算出相应的加速度a，数据如下表所示，请在图3中根据描出的点作出a图像；由图像可得出的结论是_______________________________________________________________________________________________________________________。 槽码总质量为20 g a/(m·s－2) 2.40 1.99 1.43 1.25 1.11 0.77 0.62 0.48 0.24 m总/kg 0.06 0.08 0.12 0.14 0.16 0.24 0.30 0.40 0.80 /kg－1 16.67 12.50 8.33 7.14 6.25 4.17 3.33 2.50 1.25 合力一定时，当槽码的总质量远小于小车和车内沙子的总质量m总时，小车和车内沙子的加速度a与质量m总成反比 [答案]　图见解析 [解析]　作出的a图像如图所示。 合力一定时，当槽码的总质量远小于小车和车内沙子的总质量m总时，小车和车内沙子的加速度a与质量m总成反比。 (4)某小组在实验中作出的m总图像如图4所示， 图像斜率的物理意义是______________________； 若图像纵截距为b，斜率为k，则槽码的总质量m＝ __________(用字母b、k表示)。  槽码的总重力的倒数 　 [解析]　根据牛顿第二定律可知mg＝(m总＋m)a，整理得m总＋，则m总图像斜率的物理意义是槽码的总重力的倒数，即k＝， 当m总＝0时，有b＝， 联立解得m＝。 [典例2]　(2025·陕晋青宁卷)图(a)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]　实验需平衡阻力，消除木板对小车的阻力的影响，故应将木板一端垫高，使小车在无拉力时能匀速运动。 (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(b)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________。  A.a图像　　　　　　 B.a－m2图像 C.am－m图像 D.a2－m图像 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 [解析]　通过作出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，A正确；作出a－m2图像， 无法体现a与m的反比关系，B错误；作出 am－m图像，若a与m成反比关系，am为 定值，则am－m图像是平行于横轴的直 线，可间接判断a与m是否成反比关系， C正确；作出a2－m图像，无法体现a与m的反比关系，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，________(选填“甲”或“乙”)同学的方法可以更好地减小误差。  乙 [解析]　甲同学的方法中，槽码依次放在槽码盘上，小车质量M不变，拉力F≈mg(m为槽码和槽码盘的总质量)，但随着m增大，不满足m≪M条件，拉力与mg偏差增大，误差变大；乙同学的方法中，将小车上的槽码移到槽码盘上，总质量M＋m不变[M为小车(含槽码)质量，m为槽码和槽码盘的总质量]，拉力F＝mg，当M≫m时F≈mg，虽然是近似关系，但实际总质量不变，拉力更接近理论值，系统误差更小，故乙同学方法更好，能减小因不满足m≪M产生的误差。 命题点二　创新拓展实验 26 [典例3]　(2025·广西卷)在用如图甲的装 置做“探究加速度与力、质量的关系”实 验中： (1)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，下同)质量不变，这种实验方法是____________________。  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。 (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 __________。  平行 [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。 (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，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。_______________________________________________________________________________________________________。  需要；撤去与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，轻推小车，使小车能沿木板匀速下滑 [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：撤去与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，轻推小车，使小车能沿木板匀速下滑。 (4)悬挂重物让M、N两车从静止释放经过相同位移的时间比为n，两车均未到达轨道末端，则两车加速度之比aM∶aN＝________。  1∶n2 [解析]　两车均从静止释放，都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＝，因为tM∶tN＝n∶1，联立解得aM∶aN＝＝1∶n2。 [典例4]　(2025·安徽卷)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________。  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 c [解析]　调整轨道倾斜度，使不受牵引时，小车能拖动纸带沿轨道做匀速运动，说明重力沿轨道方向的分力与阻力平衡，c正确。 (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变化的散点图，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。  失重 [解析]　以竖直向上为正方向，t＝4 s时，由题图丙中的a－t图像可知加速度为负值，即加速度竖直向下，则物体处于失重状态； 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]　由题意可知，图线a表示质量改变前的图像，对物体受力分析，由牛顿第二定律有FN－mg＝ma，整理有a＝FN－g，当质量m增大一倍时，纵轴截距不变，仍为－g，斜率变为原来的，故其a－FN图像为题图丁中的图线d。 d 在天宫课堂中，我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发，某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示。主要步骤如下： 教参独具 a.将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，将无线加速度传感器固定在滑块上； b.接通气源，放上滑块，调节气泵，调平气垫导轨并使滑块悬浮在导轨上； c.将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00 cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放； d.计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像，部分图像如图乙所示。 回答以下问题： (1)弹簧的劲度系数为________N/m。  12.2 [解析]　由题知，弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00 cm。拉动滑块使其左端处于A点，结合题图乙的F－t图像可知Δx＝5.00 cm时F＝0.610 N，根据胡克定律可得k＝ N/m＝ 12.2 N/m。 (2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据，画出的a－F图像如图丙中Ⅰ所示，图线的斜率为5 kg－1，由此可知滑块与加速度传感器的总质量为________kg。  0.2 [解析]　根据牛顿第二定律有F＝ma，则a－F图像的斜率为滑块与加速度传感器的总质量的倒数，根据题图丙中Ⅰ，则有 kg－1＝5 kg－1，则滑块与加速度传感器的总质量为m＝0.2 kg。 (3)该同学在滑块上增加待测物体，重 复上述实验步骤，在图丙中画出新的 a－F图像Ⅱ，图线的斜率为3 kg－1， 则待测物体的质量为________kg(结 果保留三位有效数字)。  0.133 [解析]　滑块上增加待测物体，同理，根据题图丙中Ⅱ，则有 kg－1＝3 kg－1，则滑块、待测物体与加速度传感器的总质量为m'≈0.333 kg，则待测物体的质量为Δm＝m'－m＝0.133 kg。 $