第4章 2 实验探究加速度与力、质量的关系（分层评价）（Word版）-【未来密码】2026-2027学年高中物理必修第一册关键能力提升同步学案（人教版）

**基本信息** 本同步练习通过基础巩固、综合运用、拓广探索三层设计，以控制变量法实验为核心，从原理理解到方案创新递进，强化科学探究与科学思维。 **分层设计** |层次|知识覆盖|设计特色| |----|----------|----------| |基础巩固|实验原理（控制变量法）、操作规范（平衡摩擦力）、误差分析|选择题为主，如第1题考查控制变量法应用，夯实物理观念| |综合运用|实验装置改进（气垫导轨）、多方案比较、数据处理|填空与计算结合，第5题气垫导轨调节与加速度计算，体现科学探究| |拓广探索|实验方案创新、图像分析、结论推导|综合问答，第7题图像绘制与结论总结，培养质疑创新能力|

2. 实验:探究加速度与力、质量的关系 基础巩固 1. (教材改编题)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中, 采用如图所示的装置. 本实验采用的实验方法是控制变量法, 下列说法正确的是 ( ) 第 1 题 A. 在探究加速度与质量的关系时, 应改变小车所受拉力的大小 B. 在探究加速度与外力的关系时, 应改变小车的质量 C. 在探究加速度 与质量 的关系时,作出 图像容易更直观地判断出二者间的关系 D. 无论在什么条件下, 细线对小车的拉力大小总等于砝码盘和砝码的总重力大小 2. 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中, 为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响, 应采取的做法是 ( ) A. 将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动 B. 将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动 C. 将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动 D. 将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动 3. 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中, 用改变沙的质量的办法来改变对小车的作用力 . 用打点计时器测出小车的加速度 ,得出若干组 和 的数据,然后根据测得的数据作出如图所示的 图线,发现图线既不过原点, 又不是直线, 原因是 ( ) 第 3 题 A. 没有补偿阻力，且小车质量较大 B. 补偿阻力时，所垫木板太高， 且沙和小桶的质量较大 C. 补偿阻力时，所垫木板太低，且沙和小桶的质量较大 D. 补偿阻力时，所垫木板太高，且小车质量较大 题号 1 2 3 答案 4. 某班学习小组用如图甲所示实验装置“探究加速度与力、质量的关系”. 甲 第 4 题 (1)下图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是_____. A. B. C. (2)利用测量数据可得到小车质量 一定时,小车运动的加速度 和所受拉力 ( 为沙和小桶的总质量, 为当地重力加速度)的关系图像如图乙所示.拉力 较大时， 图线明显弯曲， 若不断增加小桶中沙的质量， 图像中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度 的趋向值为_____(用题中出现的物理量表示),为避免 图线出现弯曲，可采取的措施是_____. 乙 第 4 题 A. 测小车的加速度时， 利用速度传感器代替纸带和打点计时器 B. 在增加桶内沙子质量的同时, 在小车上增加砝码, 确保沙和小桶的总质量始终远小于小车和砝码的总质量 C. 将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替沙和小桶的重力 D. 实验次数不变，每次增加桶内沙子的质量时, 增幅小一点 综合运用 5. 为了探究加速度与力的关系, 使用如图所示的气垫导轨装置进行实验,其中 为两个光电门,它们与数字计时器相连,当滑块通过 光电门时,光束被遮挡的时间 、 都可以被测量并记录，滑块连同上面固定的一条形挡光片的总质量为 ,挡光片宽度为 ,两光电门间的距离为 ,牵引槽码的质量为 ,回答下列问题: 第 5 题 (1)实验开始前应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？ __________ (2)若取 ，改变 的值，进行多次实验，以下 的取值不合适的一个是_____. A. B. C. D. (3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度 的表达式为_____ (用 表示). 6. 某中学的学生准备选用以下四种方案来完成探究加速度与合外力的关系的实验, 绳子和滑轮均为轻质，请回答下列问题: 甲 乙 丙 第 6 题 (1)四种方案中，需要平衡阻力的方案有_____. (2)四种方案中，需要满足重物或钩码质量远小于小车的质量的方案是_____. (3)某一小组同学用图乙的装置进行实验，得到如图戊所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出), 已知打点计时器使用的是频率为 的交流电源. 根据纸带可求出小车在 点的瞬时速度为 ,加速度为_____ . (计算结果均保留 3 位有效数字) 单位:cm 戊 第 6 题 (4)另一小组学生用图乙的装置测量小车的质量 及小车与木板间的动摩擦因数 ,通过增减悬挂钩码的数目进行多次实验, 通过分析纸带求出相应实验时小车的加速度，得到多组拉力传感器示数 和小车加速度 的数据，作出如图已所示的 图像. 由图像可求得小车的质量 _____ ，小车与长木板间的动摩擦因数 _____. (计算结果均保留 2 位有效数字, 取 ) 第 6 题 拓广探索 7. 小明和小红同学分别通过实验探究“加速度与质量的关系”和“加速度与力的关系”. (1)小明同学在探究小车加速度与质量的关系时, 采用了如图甲所示方案. 第 7 题 ① 保持砝码盘中砝码质量不变，通过增减小车中的砝码个数改变小车中砝码和小车的总质量 ,与此相对应, 利用纸带上打出的点来测量小车的加速度. 对此实验方案，下列做法合理的是_____. A. 在补偿阻力时，需要把木板的一侧垫高，并将砝码盘及盘中砝码用细线通过定滑轮系在小车上 B. 实验时, 先接通打点计时器电源, 待打点计时器工作稳定后再释放小车 C. 调节滑轮, 使细线与木板平行 ② 实验中打出的一条纸带的部分实验数据如图乙所示，相邻两个计数点间还有四个点未画出. 所用交流电源的频率为 ,由该纸带可求得小车的加速度 (结果保留 2 位有效数字). 第 7 题 ③ 小明记录的 6 组实验数据如下表所示，其中 5 组数据的对应点已经标在如图丙所示的坐标纸上,请用“ ”标出余下的一组数据的对应点，并作出 图像. 由 图像可得出的实验结论为_____. 0.29 1.16 0.25 0.29 0.86 0.34 0.29 0.61 0.48 0.29 0.41 0.71 0.29 0.36 0.81 0.29 0.31 0.93 丙 第 7 题 (2)小红同学在探究小车加速度 与所受合外力 的关系时,设计并采用了如图丁所示的方案.其实验操作步骤如下: 第 7 题 a. 挂上砝码盘和砝码，调节木板的倾角， 使质量为 的小车拖着纸带沿木板匀速下滑; b. 取下砝码盘和砝码, 测出其总质量为 ,并让小车沿木板下滑,测出加速度 ; c. 改变砝码盘中砝码的个数，重复步骤 a 和 b，多次测量，作出 图像. ① 该实验方案_____(选填“需要”或 “不需要”) 满足条件 . ② 若小红同学实验操作规范，随砝码盘中砝码个数的增加，作出的 图像最接近_____. A. B. C. 学科网（北京）股份有限公司 $ 2. 实验:探究加速度与力、质量的关系 基础巩固 1. (教材改编题)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中, 采用如图所示的装置. 本实验采用的实验方法是控制变量法, 下列说法正确的是 ( ) 第 1 题 A. 在探究加速度与质量的关系时, 应改变小车所受拉力的大小 B. 在探究加速度与外力的关系时, 应改变小车的质量 C. 在探究加速度 与质量 的关系时,作出 图像容易更直观地判断出二者间的关系 D. 无论在什么条件下, 细线对小车的拉力大小总等于砝码盘和砝码的总重力大小 【答案】 C 【解析】在探究加速度与质量的关系时, 应保持小车所受拉力的大小不变, A 错误; 在探究加速度与外力的关系时, 应保持小车的质量不变, B 错误; 在探究加速度 与质量 的关系时,由牛顿第二定律 ,可得 ,为了直观判断二者间的关系,可作出 图像,而 图像是双曲线, 在绘制图像后并不能保证一定是双曲线, 也有可能是其他的曲线, 无法严谨验证实验, C 正确; 当小车的质量远大于砝码盘和砝码的总质量时, 才能近似认为细线对小车的拉力大小等于砝码盘和砝码的总重力大小，在小车的加速度较大的情况下重力大于细线的拉力, D 错误. 故选 C. 2. 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中, 为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响, 应采取的做法是 ( ) A. 将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀速运动 B. 将不带滑轮的木板一端适当垫高，使小车在钩码拉动下恰好做匀加速运动 C. 将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速运动 D. 将不带滑轮的木板一端适当垫高，在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀加速运动 【答案】C 【解析】为了消除小车与水平木板之间摩擦力的影响, 应采取的做法是将不带滑轮的木板一端适当垫高, 在不挂钩码的情况下使小车恰好做匀速直线运动, C 正确. 故选 C. 3. 在“探究加速度与力、质量的关系”实验中, 用改变沙的质量的办法来改变对小车的作用力 . 用打点计时器测出小车的加速度 ,得出若干组 和 的数据,然后根据测得的数据作出如图所示的 图线,发现图线既不过原点, 又不是直线, 原因是 ( ) 第 3 题 A. 没有补偿阻力，且小车质量较大 B. 补偿阻力时，所垫木板太高， 且沙和小桶的质量较大 C. 补偿阻力时，所垫木板太低，且沙和小桶的质量较大 D. 补偿阻力时，所垫木板太高，且小车质量较大 【答案】C 【解析】由题图可知,增大 的大小,一开始 始终为 0, 说明没有补偿阻力或补偿阻力时,所垫木板太低,没完全平衡掉摩擦力; 对沙和小桶 (设质量为 ),由牛顿第二定律有 ,对小车 (设质量为 ) 有 ,可得 ,当满足 时,随着 的增大,分母不变,小车加速度与 成正比,当不满足这个条件时,随着 的增大, 与 不成正比关系,斜率减小,图线出现弯曲, 说明不能满足小车及砝码的质量远远大于沙和小桶的质量, 正确. 故选 . 题号 1 2 3 答案 4. 某班学习小组用如图甲所示实验装置“探究加速度与力、质量的关系”. 甲 第 4 题 (1)下图是实验时平衡阻力的情形，其中正确的是_____. A. B. C. (2)利用测量数据可得到小车质量 一定时,小车运动的加速度 和所受拉力 ( 为沙和小桶的总质量, 为当地重力加速度)的关系图像如图乙所示.拉力 较大时， 图线明显弯曲， 若不断增加小桶中沙的质量， 图像中各点连成的曲线将不断延伸，那么加速度 的趋向值为_____(用题中出现的物理量表示),为避免 图线出现弯曲，可采取的措施是_____. 乙 第 4 题 A. 测小车的加速度时， 利用速度传感器代替纸带和打点计时器 B. 在增加桶内沙子质量的同时, 在小车上增加砝码, 确保沙和小桶的总质量始终远小于小车和砝码的总质量 C. 将无线力传感器捆绑在小车上，再将细线连在力传感器上，用力传感器读数代替沙和小桶的重力 D. 实验次数不变，每次增加桶内沙子的质量时, 增幅小一点 【答案】(1)B(2) C 【解析】(1)为了减小实验误差，使得细线的拉力等于合外力，需要先平衡阻力，故需要将长木板的一端垫起适当的高度，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，撤去沙和小桶，给打点计时器通电，轻推小车，由打出的纸带来判断小车是否做匀速运动. 故选 B. (2)若不断增加小桶中沙的质量， 图像中各点连成的曲线将不断延伸， 当沙和沙桶的质量无限大时, 沙和沙桶将近似做自由落体运动,所以加速度 的趋向值为 . 为避免 图线出现弯曲, 又由于本实验研究的是加速度与力的关系, 故需要保证小车的总质量不变. 可采取的简便有效方法是准确测出小车所受的拉力, 即将无线力传感器捆绑在小车上, 再将细线连在力传感器上, 用力传感器读数代替沙和小桶的重力, 继而直接测出小车所受拉力. 故选 C. 综合运用 5. 为了探究加速度与力的关系, 使用如图所示的气垫导轨装置进行实验,其中 为两个光电门,它们与数字计时器相连,当滑块通过 光电门时,光束被遮挡的时间 、 都可以被测量并记录，滑块连同上面固定的一条形挡光片的总质量为 ,挡光片宽度为 ,两光电门间的距离为 ,牵引槽码的质量为 ,回答下列问题: 第 5 题 (1)实验开始前应先调节气垫导轨下面的螺钉，使气垫导轨水平，在不增加其他仪器的情况下，如何判定调节是否到位？ __________ (2)若取 ，改变 的值，进行多次实验，以下 的取值不合适的一个是_____. A. B. C. D. (3)在此实验中，需要测得每一个牵引力对应的加速度，求得的加速度 的表达式为_____ (用 表示). 【答案】 ( 1 )见解析( 2 )D( 3 ) 【解析】(1)取下牵引槽码，滑块放在任意位置都不动；或取下牵引槽码, 轻推滑块, 数字计时器记录的两个光电门的光束被遮挡的时间相等. (2) 在探究加速度与力的关系的实验中, 当槽码的质量远小于滑块连同上面固定的挡光片的总质量时, 才能近似认为滑块受到的拉力等于槽码受到的重力, D 不合适. 故选 D. (3)当滑块通过 光电门时,光束被遮挡的时间为 ,对应的速度分别为 ,根据 ,可得加速度 . 6. 某中学的学生准备选用以下四种方案来完成探究加速度与合外力的关系的实验, 绳子和滑轮均为轻质，请回答下列问题: 甲 乙 丙 第 6 题 (1)四种方案中，需要平衡阻力的方案有_____. (2)四种方案中，需要满足重物或钩码质量远小于小车的质量的方案是_____. (3)某一小组同学用图乙的装置进行实验，得到如图戊所示的一条纸带(相邻两计数点间还有四个点没有画出), 已知打点计时器使用的是频率为 的交流电源. 根据纸带可求出小车在 点的瞬时速度为 ,加速度为_____ . (计算结果均保留 3 位有效数字) 单位:cm 戊 第 6 题 (4)另一小组学生用图乙的装置测量小车的质量 及小车与木板间的动摩擦因数 ,通过增减悬挂钩码的数目进行多次实验, 通过分析纸带求出相应实验时小车的加速度，得到多组拉力传感器示数 和小车加速度 的数据，作出如图已所示的 图像. 由图像可求得小车的质量 _____ ，小车与长木板间的动摩擦因数 _____. (计算结果均保留 2 位有效数字, 取 ) 第 6 题 【答案】 (1) 甲、乙、丙 (2)丙 (3)1.01 2.00 (4)0.29 0.14 【解析】(1) 四种方案中, 甲、乙、丙三个方案中小车均受到比较大的阻力作用，都需要进行平衡阻力，丁方案中由于滑块与气垫导轨间的摩擦力可以忽略不计，则不需要进行平衡阻力. ((2)四种方案中，甲方案可以通过弹簧测力计测得绳子拉力，乙、丁方案都可以通过力传感器测得绳子拉力，而丙方案需要用重物的重力近似等于绳子拉力，为了减小误差，丙方案需要满足重物质量远小于小车的质量. (3) 相邻两计数点间还有四个点没有画出, 可知相邻计数点间时间间隔 ,根据匀变速直线运动中间时刻速度等于该段过程的平均速度,可得小车在 点的瞬时速度 ; 根据逐差法可得,小车的加速度 . (4) 以小车为研究对象,根据牛顿第二定律有 ,整理可得 ,可知 图像的斜率 ,解得小车的质量 图像的纵轴截距 ，解得小车与长木板间的动摩擦因数 . 拓广探索 7. 小明和小红同学分别通过实验探究“加速度与质量的关系”和“加速度与力的关系”. (1)小明同学在探究小车加速度与质量的关系时, 采用了如图甲所示方案. 第 7 题 ① 保持砝码盘中砝码质量不变，通过增减小车中的砝码个数改变小车中砝码和小车的总质量 ,与此相对应, 利用纸带上打出的点来测量小车的加速度. 对此实验方案，下列做法合理的是_____. A. 在补偿阻力时，需要把木板的一侧垫高，并将砝码盘及盘中砝码用细线通过定滑轮系在小车上 B. 实验时, 先接通打点计时器电源, 待打点计时器工作稳定后再释放小车 C. 调节滑轮, 使细线与木板平行 ② 实验中打出的一条纸带的部分实验数据如图乙所示，相邻两个计数点间还有四个点未画出. 所用交流电源的频率为 ,由该纸带可求得小车的加速度 (结果保留 2 位有效数字). 第 7 题 ③ 小明记录的 6 组实验数据如下表所示，其中 5 组数据的对应点已经标在如图丙所示的坐标纸上,请用“ ”标出余下的一组数据的对应点，并作出 图像. 由 图像可得出的实验结论为_____. 0.29 1.16 0.25 0.29 0.86 0.34 0.29 0.61 0.48 0.29 0.41 0.71 0.29 0.36 0.81 0.29 0.31 0.93 丙 第 7 题 (2)小红同学在探究小车加速度 与所受合外力 的关系时,设计并采用了如图丁所示的方案.其实验操作步骤如下: 第 7 题 a. 挂上砝码盘和砝码，调节木板的倾角， 使质量为 的小车拖着纸带沿木板匀速下滑; b. 取下砝码盘和砝码, 测出其总质量为 ,并让小车沿木板下滑,测出加速度 ; c. 改变砝码盘中砝码的个数，重复步骤 a 和 b，多次测量，作出 图像. ① 该实验方案_____(选填“需要”或 “不需要”) 满足条件 . ② 若小红同学实验操作规范，随砝码盘中砝码个数的增加，作出的 图像最接近_____. A. B. C. 【答案】(1) ①BC ② 0.48 ③ 见解析 在合外力一定的前提下， 在误差允许范围内，小车的加速度 与小车质量 成反比 (2) ① 不需要 ② A 【解析】(1) ① 在该实验中, 我们认为绳子的拉力就等于小车所受的合外力，故在补偿阻力时，细绳的另一端不能悬挂装砝码的砝码盘, A 错误; 实验时, 先接通打点计时器电源, 待打点计时器工作稳定后再释放小车, B 正确; 调节滑轮, 使细线与木板平行, 此时绳的拉力才是小车水平方向受到的力，C 正确. 故选 BC. ② 有 . 根据逐差法可得 . ③ 通过描点可得 图像如图所示. 第 7 题答图 由 图像可得出的实验结论: 在合外力一定的前提下,在误差允许范围内,小车的加速度 与小车质量 成反比. (2)① 开始挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为 的小车拖着纸带沿木板匀速下滑, 然后去掉托盘和砝码, 则小车在下滑过程中的合外力就等于托盘和砝码的重力，不需要满足 . ② 随砝码盘中砝码个数的增加，小车受到的合力始终等于砝码和砝码盘的重力,即 ,故 ,解得 与 成正比, 正确. 学科网（北京）股份有限公司 $