4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 分层作业 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册【基础题】

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 分层作业 2026-2027学年高一物理人教版必修第一册【基础题】 【A组基础通关】 （多选）1．（2025高一上·宁波期末）在物理学的探索和发现过程中，科学家们运用了许多研究方法与思想。以下说法正确的是（　　） A．用质点来代替物体的方法应用了理想模型的思想 B．利用速度-时间图像的面积得到匀变速直线运动公式运用了微元的思想 C．伽利略在研究自由落体运动时采用了理想实验法 D．在“探究加速度与力和质量关系”时用了等效替代法 2．（2025高一上·普定月考）以下关于物理学方法的叙述，正确的是（　　） A．2024年8月6日巴黎奥运会10米台跳水决赛中，裁判员给全红婵打分时，将其看作质点，是建立了“理想化模型” B．利用光电门测算瞬时速度是用了“微小量放大法” C．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看成匀速直线运动，再用各小段的位移之和代表物体整个运动过程的位移，这里采用了“微元法” D．在探究加速度与力和质量之间的关系时，采用了“假设法” 3．（2025高一上·宁波期中）用如图甲所示装置，做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。 甲、乙两组同学在正确操作之后，以小车和砝码的总质量为横轴，加速度的倒数为纵轴，用实验数据分别得到的图像如图乙所示。由图可知，在所受外力一定的条件下，与成　 　（填“正比”或“反比”）；甲组所用的槽码质量比乙组的更　 　（填“大”或“小”）。 4．（2025高一上·温州期末）某实验小组用如图1所示的实验装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验。已知小车质量，则： （1）除了如图1所示的器材外，还需要的仪器有___________ A． B． C． D． （2）关于该实验下列说法正确的是___________ A．实验前，补偿阻力时小车需连接纸带 B．实验前，调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与轨道平行 C．实验时，也可增减钩码（50g规格）来改变小车受到的拉力 D．完成操作后，挑选两条点痕清晰的纸带进行数据处理即可 （3）某同学得到如图2所示的纸带，打点计时器电源频率为，则小车的加速度大小为　 　。（结果保留2位有效数字） 【B组拓展提升】 5．（2026高一下·濠江月考）某实验小组利用以下装置“探究加速度与力的关系”。如图，一根轻绳跨过轻薄小滑轮与质量相等的物体、相连，物块的下端与穿过打点计时器的纸带相连，已知当地重力加速度大小为，打点计时器的打点周期为。部分实验步骤如下： （1）在重物的下面挂上重物，并同时释放物块、、，得到一条如图所示的纸带，则打点计时器打下点3时系统的瞬时速度为　 　，系统的加速度大小　 　（用，，，和表示）； （2）改变重物的质量，重复步骤（1），获得多组与数据已描点于图中，用平滑的曲线，完成该图像； （3）图线不过坐标原点的原因是　 　，图线发生弯曲的原因是　 　；（从下列选项中各选一条，用字母表示） A.电源电压过高，频率波动 B.存在空气阻力与摩擦 C.不满足重物C的质量远小于物体A、B的质量 D.计数点距离测量出现误差 6．（2025高一下·彭山期末）某实验小组利用如图甲所示的实验装置探究加速度与力的关系。甲图中小车A的质量为M，连接在小车后的纸带穿过电火花计时器，它们均置于已平衡摩擦力的一端带有定滑轮的足够长的木板上，钩码B的质量为m，C为力传感器（与计算机连接可以直接读数）。实验时改变B的质量，记下力传感器的对应读数F，不计绳与滑轮的摩擦。 （1）在实验过程中，　 　（选填“需要”或“不需要”）满足“小车A的质量M远大于钩码B的质量m”这一条件。 （2）该同学在实验中得到如图丙所示的一条纸带（两计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为的交流电，则当纸带上打下计数点1时钩码B的速度大小为　 　，小车的加速度大小为　 　（结果均保留2位有效数字）。 （3）该同学以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的图像是一条直线，如图乙所示，图线与横坐标轴的夹角为，求得图线的斜率为k，则小车的质量为　 　。 A． B. C. D. 7．（2025高一上·邢台期末）某实验小组的同学用如图甲所示的实验装置来完成“探究加速度与质量的关系”实验。 （1）图甲所示的实验装置中明显安装错误的是　 　（写出一条即可）。 （2）补偿阻力时，应调节木板的倾角，使小车在　 　（填“受”或“不受”）牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动。 （3）正确调整实验装置，补偿阻力后某次实验时获得的纸带数据如图乙所示。纸带上各点为连续打出的计时点，纸带上部分计时点间的距离已标出，已知打点计时器的打点周期为T，则纸带上打出点2时小车的速度大小　 　，小车的加速度大小　 　。（均用题中给出的物理量符号表示） 8．（2025高一下·黄石期末）学校某物理实验小组用如图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．用天平测出砂和砂桶的质量 B．小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源 C．补偿阻力时，将无滑轮端适当垫高，并在小车前端连接轻绳且悬挂砂桶 D．进行实验前，需将绕过小车前端动滑轮的细绳调节至与木板平行 （2）在实验过程中，向砂桶内加砂时，　 　（填“需要”或“不需要”）保证砂和砂桶的总质量m远小于小车的总质量M。 （3）若保持小车的质量不变，改变砂桶中砂的质量，记录多组拉力传感器的示数F和对应纸带求出的加速度a的数值，并根据这些数据，绘制出如图所示的a−F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）。 【C组综合拓展】 9．（2025高一下·天心期末）电火花计时器和电磁打点计时器都是一种计时的仪器，均使用交流电源，若电源的频率为50Hz时，它们每隔　 　s打一个点｡ （1）实验开始时，应该先　 　再　 　（填“释放纸带”或“接通电源”） （2）实验时，牵动纸带的快慢不均匀，对相邻两点所表示的时间　 　（填“有”或“没有”）影响｡ （3）在做“探究加速度与力､质量的关系”实验中： a．下列仪器需要用到的是　 　（多选）； A． B． C． D． b．下列说法正确的是　 　（多选）； A．拉小车的细线应与长木板平行 B．纸带与小车相连端的点迹较疏 C．轻推小车，拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡 D．增加小车质量时，需要重新平衡摩擦力 c．如图所示为一次记录小车运动情况的纸带｡图中A､B､C､D､E为相邻的计数点，相邻计数点的时间间隔为T=0.1s｡ ①D点的瞬时速度大小为　 　m/s； ②运动小车的加速度大小为　 　m/s2｡（要求保留3位有效数字） 10．（2025高一下·衢州期中）某实验小组利用如图甲所示装置做“探究加速度与力、质量关系”的实验。 （1）除了图甲所示的器材外，完成该实验还需要的器材有________； A．弹簧测力计 B．毫米刻度尺 C．学生电源 （2）关于该实验，下列说法正确的是________；（多选） A．本实验采用的探究方法是控制变量法 B．补偿阻力时，不需要悬挂槽码 C．每次改变小车质量后都需要重新补偿阻力 D．细线下端悬挂槽码的质量应远大于小车的质量 （3）如图乙所示为正确实验后打出的一条纸带，两点间还有4个点未画出，已知交流电的频率为，则该次实验的加速度大小为　 　；（结果保留2位有效数字） （4）若已知实验中小车的质量为，该实验小组在补偿阻力后，细绳上挂了的槽码，则释放小车后小车在运动过程中受到的合力为　 　。（结果保留2位有效数字） 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 分层作业 2026-2027学年高一物理人教版必修第一册【基础题】 【A组基础通关】 （多选）1．（2025高一上·宁波期末）在物理学的探索和发现过程中，科学家们运用了许多研究方法与思想。以下说法正确的是（　　） A．用质点来代替物体的方法应用了理想模型的思想 B．利用速度-时间图像的面积得到匀变速直线运动公式运用了微元的思想 C．伽利略在研究自由落体运动时采用了理想实验法 D．在“探究加速度与力和质量关系”时用了等效替代法 【答案】A,B 【解析】A．质点是忽略物体的大小和形状，用一个有质量的点来代替物体，运用了理想模型的思想，故A正确； B．利用速度-时间图像的面积得到匀变速直线运动公式运用了微元的思想，故B正确； C．伽利略在研究自由落体运动时采用了逻辑推理法，故C错误； D．在“探究加速度与力和质量关系”时用了控制变量法，故D错误。 故答案为：AB。 2．（2025高一上·普定月考）以下关于物理学方法的叙述，正确的是（　　） A．2024年8月6日巴黎奥运会10米台跳水决赛中，裁判员给全红婵打分时，将其看作质点，是建立了“理想化模型” B．利用光电门测算瞬时速度是用了“微小量放大法” C．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看成匀速直线运动，再用各小段的位移之和代表物体整个运动过程的位移，这里采用了“微元法” D．在探究加速度与力和质量之间的关系时，采用了“假设法” 【答案】C 【解析】在高中物理学习中，我们会遇到多种不同的物理分析方法，这些方法对我们理解物理有很大的帮助；故在理解概念和规律的基础上，更要注意科学方法的积累与学习。A.裁判员给全红婵打分时，要研究全红婵的动作，不能将其看作质点的，A错误； B．利用光电门测算瞬时速度是用了“极限法”，B错误； C．在推导匀变速直线运动位移公式时，把整个运动过程划分成很多小段，每一小段近似看成匀速直线运动，再用各小段的位移之和代表物体整个运动过程的位移，这是采用“微元累积法”，C正确； D．在探究加速度与力和质量之间的关系时，采用的是“控制变量法”，D错误； 故选C。 3．（2025高一上·宁波期中）用如图甲所示装置，做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。 甲、乙两组同学在正确操作之后，以小车和砝码的总质量为横轴，加速度的倒数为纵轴，用实验数据分别得到的图像如图乙所示。由图可知，在所受外力一定的条件下，与成　 　（填“正比”或“反比”）；甲组所用的槽码质量比乙组的更　 　（填“大”或“小”）。 【答案】反比；大 【解析】掌握该实验的实验原理、实验注意事项，以及实验数据的处理方法是解题的基础。根据图像可知与M成正比，故在所受外力一定的条件下，a与M成反比。 设槽码的质量为m，则由牛顿第二定律得 整理得 可见斜率越小，槽码的质量m越大，由图可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大。 4．（2025高一上·温州期末）某实验小组用如图1所示的实验装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验。已知小车质量，则： （1）除了如图1所示的器材外，还需要的仪器有___________ A． B． C． D． （2）关于该实验下列说法正确的是___________ A．实验前，补偿阻力时小车需连接纸带 B．实验前，调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与轨道平行 C．实验时，也可增减钩码（50g规格）来改变小车受到的拉力 D．完成操作后，挑选两条点痕清晰的纸带进行数据处理即可 （3）某同学得到如图2所示的纸带，打点计时器电源频率为，则小车的加速度大小为　 　。（结果保留2位有效数字） 【答案】（1）C （2）A；B （3）0.50 【解析】理解实验原理、知道实验注意事项是解题的前提，根据题意应用匀变速直线运动的推论即可解题，计算时注意单位换算。 （1）除了如图1所示的器材外，还需要刻度尺测量点迹间距。 故选C。 （2）A．根据补偿阻力的方法可知，补偿阻力时小车需连接纸带，直至点迹间距相同，故A正确； B．使牵引小车的细绳与轨道平行，从而保证小车所受拉力不变，故B正确； C．实验应保证钩码质量远远小于小车质量，故C错误； D．完成操作后，为保证实验结论的普遍性，应挑选三条以上点痕清晰的纸带进行数据处理，故D错误； 故选AB。 （3）根据逐差法可知加速度为 【B组拓展提升】 5．（2026高一下·濠江月考）某实验小组利用以下装置“探究加速度与力的关系”。如图，一根轻绳跨过轻薄小滑轮与质量相等的物体、相连，物块的下端与穿过打点计时器的纸带相连，已知当地重力加速度大小为，打点计时器的打点周期为。部分实验步骤如下： （1）在重物的下面挂上重物，并同时释放物块、、，得到一条如图所示的纸带，则打点计时器打下点3时系统的瞬时速度为　 　，系统的加速度大小　 　（用，，，和表示）； （2）改变重物的质量，重复步骤（1），获得多组与数据已描点于图中，用平滑的曲线，完成该图像； （3）图线不过坐标原点的原因是　 　，图线发生弯曲的原因是　 　；（从下列选项中各选一条，用字母表示） A.电源电压过高，频率波动 B.存在空气阻力与摩擦 C.不满足重物C的质量远小于物体A、B的质量 D.计数点距离测量出现误差 【答案】；；B；C 【解析】（1）当A做匀加速直线运动时，根据匀变速直线运动的规律可知打点计时器打下点3时系统的瞬时速度为2、4两点之间的平均速度 由于A和B做匀加速直线运动，根据逐差法可知加速度为 （3）图线不过坐标原点，根据图像初始坐标可知当增大到一定程度时才有加速度，是由于系统受到阻力的原因。（空气阻力、纸带与打点计时器限位孔有摩擦等，均可以），故选B。 对三者组成的整体，设质量为M，由于C的重力产生整体的加速度，根据牛顿第二定律有，解得，只有时， 图像是线性关系；反过来，图线弯曲，是因为不满足重物C的质量远小于物体A、B的质量，当C的质量增大时，会导致图像斜率不断减小，故选C。 6．（2025高一下·彭山期末）某实验小组利用如图甲所示的实验装置探究加速度与力的关系。甲图中小车A的质量为M，连接在小车后的纸带穿过电火花计时器，它们均置于已平衡摩擦力的一端带有定滑轮的足够长的木板上，钩码B的质量为m，C为力传感器（与计算机连接可以直接读数）。实验时改变B的质量，记下力传感器的对应读数F，不计绳与滑轮的摩擦。 （1）在实验过程中，　 　（选填“需要”或“不需要”）满足“小车A的质量M远大于钩码B的质量m”这一条件。 （2）该同学在实验中得到如图丙所示的一条纸带（两计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为的交流电，则当纸带上打下计数点1时钩码B的速度大小为　 　，小车的加速度大小为　 　（结果均保留2位有效数字）。 （3）该同学以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的图像是一条直线，如图乙所示，图线与横坐标轴的夹角为，求得图线的斜率为k，则小车的质量为　 　。 A． B. C. D. 【答案】不需要；0.32；0.51；C 【解析】（1）该实验可以用力传感器测量绳子的拉力，不需要利用重力等于拉力所以不需要满足小车的质量远大于钩码的质量这一条件。 （2）已知时间间隔，根据平均速度公式可以求出纸带上打出计数点1时小车的速度大小为 根据动滑轮特点，可知钩码B的速度大小为 由于小车做匀加速直线运动，根据邻差公式有 运用逐差法可得小车加速度为 （3）对于小车，根据牛顿第二定律得 则 根据表达式可知中图线的斜率 根据图线斜率可知小车的质量为 故选C。 7．（2025高一上·邢台期末）某实验小组的同学用如图甲所示的实验装置来完成“探究加速度与质量的关系”实验。 （1）图甲所示的实验装置中明显安装错误的是　 　（写出一条即可）。 （2）补偿阻力时，应调节木板的倾角，使小车在　 　（填“受”或“不受”）牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动。 （3）正确调整实验装置，补偿阻力后某次实验时获得的纸带数据如图乙所示。纸带上各点为连续打出的计时点，纸带上部分计时点间的距离已标出，已知打点计时器的打点周期为T，则纸带上打出点2时小车的速度大小　 　，小车的加速度大小　 　。（均用题中给出的物理量符号表示） 【答案】（1）见解析 （2）不受 （3）；​​​​​​​ 【解析】（1）题图甲所示的实验装置中明显安装错误的是连接小车的细线未与木板表面平行，细线与木板平行可以保证加速度恒定。 （2）补偿阻力时，应调节木板的倾角，使小车在不受牵引时能拖动纸带匀速运动。 （3）匀变速直线运动的中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度可得，纸带上打出点2时小车的速度大小 根据逐差法可得小车的加速度大小 8．（2025高一下·黄石期末）学校某物理实验小组用如图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．用天平测出砂和砂桶的质量 B．小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源 C．补偿阻力时，将无滑轮端适当垫高，并在小车前端连接轻绳且悬挂砂桶 D．进行实验前，需将绕过小车前端动滑轮的细绳调节至与木板平行 （2）在实验过程中，向砂桶内加砂时，　 　（填“需要”或“不需要”）保证砂和砂桶的总质量m远小于小车的总质量M。 （3）若保持小车的质量不变，改变砂桶中砂的质量，记录多组拉力传感器的示数F和对应纸带求出的加速度a的数值，并根据这些数据，绘制出如图所示的a−F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）。 【答案】（1）D （2）不需要 （3）补偿阻力过度；1.0 【解析】B．小车靠近打点计时器，为了充分利用纸带，实验应该先接通电源，再释放小车，故B错误； CD．平衡摩擦力时，是利用小车的重力分力与小车受到的阻力平衡，让小车做匀速直线运动，需将绕过小车前端动滑轮的细绳调节至与木板平行，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、悬挂砂桶，故C错误，D正确。 故选D。 （2）因有拉力传感器可测出拉力，在实验过程中，没有利用重力近似为小车的拉力，所以不需要控制砂子的质量，向砂桶内加砂时，不需要保证砂和砂桶的总质量m远小于小车的总质量M。 （3）当拉力为零时小车就已经有了加速度，可知原因是小车受到的合力向下，重力的分力大于摩擦力，木板抬得过高，平衡摩擦力过度；对小车由牛顿第二定律2F=Ma，可得 根据图像斜率可知k=，解得实验所用小车的质量为M=1.0kg 【C组综合拓展】 9．（2025高一下·天心期末）电火花计时器和电磁打点计时器都是一种计时的仪器，均使用交流电源，若电源的频率为50Hz时，它们每隔　 　s打一个点｡ （1）实验开始时，应该先　 　再　 　（填“释放纸带”或“接通电源”） （2）实验时，牵动纸带的快慢不均匀，对相邻两点所表示的时间　 　（填“有”或“没有”）影响｡ （3）在做“探究加速度与力､质量的关系”实验中： a．下列仪器需要用到的是　 　（多选）； A． B． C． D． b．下列说法正确的是　 　（多选）； A．拉小车的细线应与长木板平行 B．纸带与小车相连端的点迹较疏 C．轻推小车，拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡 D．增加小车质量时，需要重新平衡摩擦力 c．如图所示为一次记录小车运动情况的纸带｡图中A､B､C､D､E为相邻的计数点，相邻计数点的时间间隔为T=0.1s｡ ①D点的瞬时速度大小为　 　m/s； ②运动小车的加速度大小为　 　m/s2｡（要求保留3位有效数字） 【答案】0.02；接通电源；释放纸带；没有；AD；AC；1.58；3.53 【解析】若电源的频率为50Hz时，其周期为，则它们每隔打一个点。 故答案为：0.02 （1）打点计时器的操作步骤是先接通电源再释放纸带。 故答案为：接通电源；释放纸带 （2）实验时，牵动纸带的快慢不均匀，对相邻两点所表示的时间没有影响。 故答案为：没有 （3）a．做“探究加速度与力､质量的关系”实验中，需要测加速度与质量，所以需要打点计时器及天平，则AD正确；BC错误； 故答案为：AD。 b．A．拉小车的细线应与长木板平行，才能保证细线的拉力为小车的合外力，所以A正确； B．纸带与小车相连端的点迹分布较密，因为小车开始速度较小，所以B错误； C．轻推小车，拖着纸带的小车能够匀速下滑说明摩擦力已被平衡，所以C正确； D．增加小车质量时，不需要重新平衡摩擦力，所以D错误； 故答案为：AC。 c．①D点的瞬时速度大小为 故答案为：1.58 ②运动小车的加速度大小为 故答案为：3.53 10．（2025高一下·衢州期中）某实验小组利用如图甲所示装置做“探究加速度与力、质量关系”的实验。 （1）除了图甲所示的器材外，完成该实验还需要的器材有________； A．弹簧测力计 B．毫米刻度尺 C．学生电源 （2）关于该实验，下列说法正确的是________；（多选） A．本实验采用的探究方法是控制变量法 B．补偿阻力时，不需要悬挂槽码 C．每次改变小车质量后都需要重新补偿阻力 D．细线下端悬挂槽码的质量应远大于小车的质量 （3）如图乙所示为正确实验后打出的一条纸带，两点间还有4个点未画出，已知交流电的频率为，则该次实验的加速度大小为　 　；（结果保留2位有效数字） （4）若已知实验中小车的质量为，该实验小组在补偿阻力后，细绳上挂了的槽码，则释放小车后小车在运动过程中受到的合力为　 　。（结果保留2位有效数字） 【答案】（1）B （2）A；B （3）0.30（0.27~0.33均可） （4）0.40 【解析】（1）除了图甲所示的器材外，完成该实验还需要的器材有毫米刻度尺。 故答案为：B。 （2）A．本实验采用的探究方法是控制变量法，A正确； B．补偿阻力时，不需要悬挂槽码，只让小车拖着纸带在木板上匀速运动，B正确； C．根据平衡摩擦力时满足 两边消掉m，可知每次改变小车质量后不需要重新补偿阻力，C错误； D．细线下端悬挂槽码的质量应远小于小车的质量，这样才能认为小车的牵引力近似等于槽码的重力，D错误。 故答案为：AB。 （3）两点间还有4个点未画出可知T=0.1s，则加速度 故答案为：0.30（0.27~0.33均可） （4）加速度 小车在运动过程中受到的合力为F=Ma=0.4N 故答案为：0.40 学科网（北京）股份有限公司 $