第15讲 实验4：探究加速度与物体受力、物体质量的关系-2027届高三物理一轮复习专项训练

第15讲 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 考点一遍过 考点1 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 1 考点2 创新实验 10 考点1 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 考点一遍过 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.实验原理 (1)保持质量不变，探究加速度与合外力的关系。 (2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系。 (3)作出a－F图像和a－图像，确定a与F、m的关系。 3.实验器材 小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸等。 4.实验过程 (1)测量：用天平测量槽码的质量m'和小车的质量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(即不给小车牵引力)。 (3)平衡阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，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，编上号码。 ②保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m'，重复步骤①。 ③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度a。 ④描点作图，作a－F图像。 ⑤保持槽码的质量m'不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－图像。 5.数据处理 (1)利用逐差法或v－t图像法求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。 6.注意事项 (1)开始实验前首先平衡阻力：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)实验过程中不用重复平衡阻力。 (3)实验必须保证的条件：m≫m'。 (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，且应在小车碰到滑轮前按住小车。 7.误差分析 (1)实验原理不完善：本实验用槽码的总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总重力。 (2)平衡阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。 【例1】（26-27高三上·河南南阳·阶段检测）某实验小组利用如图甲所示的装置探究“加速度与力、质量的关系”。 (1)实验前需平衡滑块受到的阻力。设长木板倾角为θ，滑块与木板间的动摩擦因数为μ，在改变滑块质量后不需要重新平衡阻力，则动摩擦因数μ=____________（用θ表示）。 (2)某次实验中打出的一条纸带如图乙所示。选取一个计数点记为0（该点速度不为零），此后每隔相同时间T依次标出计数点1、2、3、4。测得计数点2、4到0点的距离分别为x2、x4，则滑块的加速度大小a=____________（用x2、x4、T表示）。 (3)在探究加速度a与合外力F的关系时，为直接测量细线拉力，在滑块上固定一拉力传感器。保持滑块及传感器总质量M不变，改变沙桶中沙的质量m（存在m>M的情况），测得多组加速度a及对应的传感器示数F，作出的a-F图像应是图丙中的___________（填“①”或“②”）。 (4)撤去拉力传感器，用沙和沙桶的总重力作为滑块受到的合外力F。在未满足“沙和沙桶总质量远小于滑块总质量”的条件下，测得多组加速度a和合外力F的数据，以为纵轴，为横轴，作出图像，若该图线是一条斜率为k1、纵轴截距为b1的倾斜直线，则当地的重力加速度g=___________，滑块的真实质量M=____________。（均用k1、b1表示） 【答案】(1)tanθ (2) (3)① (4) k1 【详解】（1）设滑块的质量为，则平衡摩擦力时，根据共点力的平衡条件有 解得动摩擦因数为 （2）根据匀变速直线运动的逐差公式可知，滑块的加速度大小为 （3）对滑块及传感器整体，根据牛顿第二定律有 解得 由此可知，a-F图线为过原点的倾斜直线，故选①。 （4）[1][2]根据牛顿第二定律可得， 联立有 由于用沙和沙桶的总重力作为滑块受到的合外力，则有 所以有 故图像的斜率为 纵轴截距为 所以当地的重力加速度为 滑块的真实质量为 1．（26-27高三上·天津滨海新区·阶段检测）某同学利用图甲所示装置“探究加速度与力、质量的关系”。 (1)关于该实验，下列说法正确的有（     ） A．平衡小车受到的阻力时，应通过细线挂上槽码，小车后面的纸带需穿过限位孔 B．每次改变小车的质量后，需重新平衡小车受到的阻力 C．选用器材时，槽码的质量应远小于小车的质量 D．连接小车和槽码的细线要与长木板保持平行 (2)实验中得到的一条纸带如图乙所示，图中相邻两计数点间的时间间隔为0.1 s，则打B点时小车的速度大小为__________m/s，小车运动的加速度大小为__________（结果均保留2位有效数字）。 (3)若在某一组实验过程中，保持M（小车质量）不变，通过改变槽码质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度。实验中作出如图丙所示的图像，在F较大时，出现图线明显弯曲的现象，造成这一现象的原因是：（     ） A．没有平衡小车与木板之间的摩擦 B．木板倾斜角度过大 C．所用小车的质量过大 D．所加槽码的总质量过大 【答案】(1)CD (2) 0.84 2.8 (3)D 【详解】（1）A．平衡小车受到的阻力时，应不挂砝码，但要使纸带穿过打点计时器的限位孔，让小车带着纸带沿木板匀速运动，使小车重力沿木板的分力补偿运动阻力，故A错误； B．木板倾角和摩擦条件不变时，小车重力沿木板的分力与滑动摩擦力都随小车质量同比例变化，因此改变小车质量后不需要重新平衡阻力，故B错误； C．设砝码总质量为，小车质量为，细线拉力为。平衡阻力后，取小车沿牵引方向、砝码竖直向下为各自的正方向，由牛顿第二定律，小车满足 砝码满足 联立可得 砝码质量远小于小车质量时，可以用砝码重力近似代替小车受到的拉力，即，故C正确； D．细线应与长木板平行，使拉力沿小车运动方向，避免拉力的垂直分量改变小车受到的支持力及摩擦力，故D正确。 故选CD。 （2）[1]段的位移为 则小车经过点时的速度大小为 [2]由逐差法得小车运动的加速度大小为 （3）A．若没有平衡摩擦力，图线会出现“时”（截距在轴正方向），不符合本题弯曲的特征，故A错误； B．若木板倾斜角度过大（平衡摩擦力过度），图线会出现“时”（截距在轴正方向），不符合，故B错误； CD．设槽码质量为，小车质量为，对整体得 小车实际拉力 当槽码总质量过大，不再满足时，拉力会明显小于槽码重力，加速度随的增长速率变慢，图线向下弯曲，故C错误，D正确. 故选D。 2．（26-27高三上·江苏无锡·阶段检测）为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置（如图甲所示）。实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力。 (1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车_____________（选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。 (2)打点计时器电源的频率为50Hz，从纸带上选取若干计数点进行测量，计算得出各计数点的时间与速度的数据如下表，表格中0.50 s时对应的计数点以及附近的计时点分布情况如图乙所示，则对应的位置读数为_____________cm，表格内应填入的数据是_____________（此空保留2位有效数字）。 时间 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 速度 0.12 0.23 0.26 0.28 0.29 (3)请根据实验数据作出小车的图像。 (4)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据图像简要阐述理由。________________________________________。 【答案】(1)之前 (2) 2.10 0.19 (3) (4)同意。理由：图像的斜率表示加速度，由图像可见，速度增大时，图像斜率减小，小车加速度减小。小车合力拉力不变，加速度a减小，说明空气阻力变大。 【详解】（1）打点计时器规范操作为：在释放小车之前，应先接通电源，待打点稳定后，再释放小车，保证纸带开头部分也能打出点迹。 （2）[1]刻度尺分度值1mm，根据刻度尺的读数规则可知对应的位置读数为2.10cm。 [2]用相邻两点平均速度代表A点瞬时速度。电源频率50Hz，打点计时器每隔0.02s打一个点，A是中间时刻，由图乙可得相邻两点距离 可得 （3）根据表格提供的数据，用平滑曲线连接各点如图所示。 （4）同意。理由：图像的斜率表示加速度，由图像可见，速度增大时，图像斜率减小，小车加速度减小。小车合力 拉力不变，加速度a减小，说明空气阻力变大。 3．（26-27高三上·北京海淀·阶段检测）某组同学利用如图甲所示的装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。 (1)除小车、重物、天平（含砝码）、打点计时器（含纸带与复写纸）、导线、开关等器材外，在下面的仪器和器材中，还应使用的有______（填选项代号）。 A．电压可调的直流电源 B．电压合适的50Hz交流电源 C．秒表 D．刻度尺 (2)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来，还需要进行的一项操作是______。 A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节重物质量m的大小，使小车在重物的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 B．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，撤去重物，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带和重物，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动 (3)如图乙所示是某同学通过实验得到的一条纸带，他在纸带上取A、B、C、D、E、F、G等7个计数点（每相邻两个计数点之间还有4个点没有画出），用毫米刻度尺测出各个相邻计数点间的间隔大小。 由图可知，打下E点时小车的速度为________m/s，小车的加速度为________。（计算结果保留三位有效数字） (4)该同学根据测得的数据作出的a-F图像如图丙所示，原因可能是______。 A．木板右端所垫物体较低，使得木板的倾角偏小 B．木板右端所垫物体较高，使得木板的倾角偏大 C．小车质量远大于重物的质量 D．重物的质量不满足远小于小车质量 (5)因实验前通过将长木板的一端垫起适当的高度，平衡了小车所受的阻力，该同学认为：平衡阻力后，小车和重物组成的系统机械能是守恒的。你是否同意他的结论？并说明理由。 【答案】(1)BD (2)B (3) 0.314 0.496 (4)AD (5)不同意。 理由：平衡阻力的本质是让小车重力的分力抵消了小车受到的摩擦力、纸带与打点计时器的阻力等，运动过程中这些阻力仍然会做负功，让系统的一部分机械能转化为内能，因此小车和重物组成的系统机械能不守恒。 【详解】（1）AB．打点计时器需要使用电压合适的50Hz交流电源，不需要直流电源，故A错误，B正确； C．打点计时器本身可通过打点间隔计时，无需额外秒表，故C错误； D．实验需要用刻度尺测量纸带上点的间距来计算速度和加速度，故D正确。 故选BD。 （2）要让细线拉力等于小车合外力，需要垫高长木板一端平衡摩擦力：操作时需保留纸带（纸带与打点计时器间也存在阻力）、撤去重物，轻推小车后若打出的纸带点迹均匀，说明小车做匀速直线运动，此时重力的分力刚好平衡了所有阻力。 故选B。 （3）[1]相邻计数点间有4个点未画出，因此相邻计数点的时间间隔 根据匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度，打下E点的速度等于DF段的平均速度 [2]用逐差法计算加速度 代入数据可得 （4）图丙的a-F图像起点不在原点，当F不为零时加速度仍为零，说明平衡摩擦力不足，也就是长木板右端垫得太低、倾角偏小，阻力没有被完全抵消；同时图像末端逐渐偏离直线向下弯曲，是因为随着F增大，重物质量不再远小于小车质量，细线拉力和重物重力的偏差显著变大。 故选AD。 （5）不同意。 理由：平衡阻力的本质是让小车重力的分力抵消了小车受到的摩擦力、纸带与打点计时器的阻力等，运动过程中这些阻力仍然会做负功，让系统的一部分机械能转化为内能，因此小车和重物组成的系统机械能不守恒。 考点2 创新实验 考点一遍过 一、创新实验 创新角度 实验举例 实验器材创新 位移传感器，速度传感器，拉力传感器，气垫导轨，光电门 实验原理创新 挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑，取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，可知小车所受合力为mg。改变砝码质量，多次重复实验探究加速度与物体受力关系。 实验目的创新 (1)先求出物块的加速度a； (2)结合牛顿第二定律，由mg－μMg＝(M＋m)a得出物块与水平桌面间的动摩擦因数。 【重点突破】 1．实验器材的改进 (1)气垫导轨：不用平衡阻力。 (2)力传感器或弹簧测力计：可直接测绳的拉力，不必保证小车质量远大于钩码的总质量。 (3)速度传感器、位移传感器、光电门：可以更加精确测出小车的位移和瞬时速度。 【例2】（福建百校2026-2027学年高三上学期10月阶段检测物理试题）某实验小组利用如图甲所示的装置探究“加速度与力、质量的关系”。 （1）实验前需平衡滑块受到的阻力。 （2）某次实验中打出的一条纸带如图乙所示。选取一个计数点记为0（该点速度不为零），此后每隔相同时间T依次标出计数点1、2、3、4。测得计数点2、4到0点的距离分别为、，则滑块的加速度大小________（用、、T表示）。 （3）在探究加速度a与合外力F的关系时，为直接测量细线拉力，在滑块上固定一拉力传感器。保持滑块及传感器总质量M不变，改变沙桶中沙的质量m（存在的情况），测得多组加速度a及对应的传感器示数F，作出的图像应是图丙中的________（填“①”或“②”）。 （4）撤去拉力传感器，用沙和沙桶的总重力作为滑块受到的合外力F。在未满足“沙和沙桶总质量远小于滑块总质量”的条件下，测得多组加速度a和合外力F的数据，以为纵轴，为横轴，作出图像，若该图线是一条斜率为、纵轴截距为的倾斜直线，则当地的重力加速度________，滑块的真实质量________。（均用、表示） 【答案】 ① 【详解】[1]由逐差法可得 解得。 [2]实验中在滑块上安装了拉力传感器，传感器测量的是细线对滑块的真实拉力。对滑块进行受力分析，由牛顿第二定律有 即有 可知加速度与拉力始终成正比，因此作出的图像是一条过原点的倾斜直线，即图线①。 [3]撤去拉力传感器后，用沙和沙桶的总重力作为拉力，即 对滑块和沙桶组成的系统，根据牛顿第二定律有 可得 整理为 则有， 解得当地的重力加速度 [4]由可得滑块的真实质量 1．（26-27高三上·天津河西·阶段检测）实验小组探究“加速度与力、质量的关系”的装置如图所示。小钢球置于一小车内，车内后壁装有压力传感器，车顶安装有遮光条。细绳一端系于小车上，另一端跨过固定在长木板上的定滑轮，挂上钩码。 (1)若将压力传感器的示数视为小球所受合力的大小，则在实验过程中，___________（选填“需要”或“不需要”）满足钩码质量远小于小车质量，细线需要调节至与长木板平行，长木板要调节至下列选项中的___________（填选项字母）状态。 A、保持水平 B、倾斜一特定角度 C、倾斜任意一小角度 D、倾斜任意一大角度 (2)光电门安装在长木板的位置A，在长木板上标记另一位置B。改变钩码个数，让小车每次都从位置B开始运动，记录多组压力传感器示数F和光电门测量的遮光时间t。某同学猜想小球的加速度与F成正比，若用图像法验证他的猜想，则最直观、合理的关系图像是下列选项中的___________（填选项符号）。 A． B． C． D． 【答案】(1) 不需要 A (2)D 【详解】（1）[1]压力传感器直接测得后壁对小球的水平推力，不必用钩码的重力近似表示拉力，因此不需要满足钩码质量远小于小车质量。 [2]木板保持水平时，小球所受重力与支持力在竖直方向平衡，传感器示数才等于小球所受合力的大小。 故选A。 （2）设遮光条宽度为，图中两标记之间距离为，小球质量为。遮光条通过光电门时，小车的速度近似为 小车从处由静止做匀加速直线运动，到处有。 小球相对小车静止且木板水平，其水平合力为传感器测得的推力，由牛顿第二定律得。 联立可得 由于两标记间距离、小球质量和遮光条宽度均不变，与成正比，应作图像。 故选D。 2．（26-27高三上·山东临沂·阶段检测）为探究加速度与力、质量的关系，某研究小组设计了甲、乙两种实验方案。已用天平测量出小车的质量为M，重物的质量可调，并且在实验前都进行了补偿阻力的操作。 (1)如图是某次实验时打点计时器打出的一条纸带（部分），其中相邻两个计数点之间还有4个点未画出。则C点的读数为_________ cm，求得小车的加速度大小为_________ m/s2。（结果保留两位有效数字） (2)当甲、乙两种方案弹簧测力计的示数相同时，分别对应的小车的加速度大小为a1、a2，则a1、a2满足的关系式是___________ 。 (3)需要重物质量远小于小车质量的方案是（     ） A．甲 B．乙 C．甲和乙 D．都不需要 【答案】(1) 4.40 0.80 (2) (3)D 【详解】（1）[1]刻度尺的最小分度值为0.1cm，则C点的读数为4.40cm； [2]由题意可知相邻计数点间的时间间隔为 根据逐差法可得小车的加速度为 （2）由题意，甲、乙两种方案弹簧测力计的示数相同，设为T，根据牛顿第二定律，对甲图小车有 对乙图小车有 联立解得 （3）甲、乙两个实验中，小车受到的合外力均可以直接由弹簧测力计得到，都不需要满足重物质量远小于小车质量。 故选D。 3．（26-27高三上·河南平顶山·阶段检测）某同学利用如图甲所示的装置完成了“探究加速度与外力的关系”实验。 (1)实验得到如图乙所示的纸带，相邻计数点间有4个点未画出，打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则打第4个计数点时小车的速度_________m/s；小车的加速度大小为_________m/s2。（结果均保留3位有效数字）。 (2)若滑轮的质量可以忽略，则在实验过程砂和砂桶的加速度与小车的加速度之比为_________。 (3)若小车动滑轮的质量不能忽略，保持小车质量不变，改变拉力多次测量可得小车运动的加速度和力传感器示数的图线如图丙所示，已知小车的质量。由图可知滑轮的质量_________。 (4)若该同学忘记了平衡摩擦，多次改变砂桶内细砂的质量绘出图像如图丁所示。已知该图线斜率为，重力加速度为。则小车与长木板间的动摩擦因数_________（用、、表示）。 【答案】(1) 1.21 2.02 (2)2∶1 (3)0.2 (4) 【详解】（1）[1][2] 相邻计数点间有4个点未画出，打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，易知计数点间对应时间间隔为 打点4的速度为 由逐差法得加速度为 （2）设砂和砂桶加速度为，小车加速度为，由空间位置关系得 解得 （3）由牛顿第二定律得 结合图丙知斜率 而 代入，可得 （4）未平衡摩擦力时，由牛顿第二定律得加速度 整理得 图像斜率为，结合图像丁有 解得 第 1 页 共 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $ 第15讲 实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 考点一遍过 考点1 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 1 考点2 创新实验 10 考点1 探究加速度与物体受力、物体质量的关系 考点一遍过 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.实验原理 (1)保持质量不变，探究加速度与合外力的关系。 (2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系。 (3)作出a－F图像和a－图像，确定a与F、m的关系。 3.实验器材 小车、槽码、细绳、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、学生电源、导线、纸带、天平、刻度尺、坐标纸等。 4.实验过程 (1)测量：用天平测量槽码的质量m'和小车的质量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(即不给小车牵引力)。 (3)平衡阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，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，编上号码。 ②保持小车的质量m不变，改变槽码的质量m'，重复步骤①。 ③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，计算加速度a。 ④描点作图，作a－F图像。 ⑤保持槽码的质量m'不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－图像。 5.数据处理 (1)利用逐差法或v－t图像法求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。 6.注意事项 (1)开始实验前首先平衡阻力：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)实验过程中不用重复平衡阻力。 (3)实验必须保证的条件：m≫m'。 (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，且应在小车碰到滑轮前按住小车。 7.误差分析 (1)实验原理不完善：本实验用槽码的总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总重力。 (2)平衡阻力不准确、质量测量不准确、计数点间距离测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。 【例1】（26-27高三上·河南南阳·阶段检测）某实验小组利用如图甲所示的装置探究“加速度与力、质量的关系”。 (1)实验前需平衡滑块受到的阻力。设长木板倾角为θ，滑块与木板间的动摩擦因数为μ，在改变滑块质量后不需要重新平衡阻力，则动摩擦因数μ=____________（用θ表示）。 (2)某次实验中打出的一条纸带如图乙所示。选取一个计数点记为0（该点速度不为零），此后每隔相同时间T依次标出计数点1、2、3、4。测得计数点2、4到0点的距离分别为x2、x4，则滑块的加速度大小a=____________（用x2、x4、T表示）。 (3)在探究加速度a与合外力F的关系时，为直接测量细线拉力，在滑块上固定一拉力传感器。保持滑块及传感器总质量M不变，改变沙桶中沙的质量m（存在m>M的情况），测得多组加速度a及对应的传感器示数F，作出的a-F图像应是图丙中的___________（填“①”或“②”）。 (4)撤去拉力传感器，用沙和沙桶的总重力作为滑块受到的合外力F。在未满足“沙和沙桶总质量远小于滑块总质量”的条件下，测得多组加速度a和合外力F的数据，以为纵轴，为横轴，作出图像，若该图线是一条斜率为k1、纵轴截距为b1的倾斜直线，则当地的重力加速度g=___________，滑块的真实质量M=____________。（均用k1、b1表示） 1．（26-27高三上·天津滨海新区·阶段检测）某同学利用图甲所示装置“探究加速度与力、质量的关系”。 (1)关于该实验，下列说法正确的有（     ） A．平衡小车受到的阻力时，应通过细线挂上槽码，小车后面的纸带需穿过限位孔 B．每次改变小车的质量后，需重新平衡小车受到的阻力 C．选用器材时，槽码的质量应远小于小车的质量 D．连接小车和槽码的细线要与长木板保持平行 (2)实验中得到的一条纸带如图乙所示，图中相邻两计数点间的时间间隔为0.1 s，则打B点时小车的速度大小为__________m/s，小车运动的加速度大小为__________（结果均保留2位有效数字）。 (3)若在某一组实验过程中，保持M（小车质量）不变，通过改变槽码质量，分别测量小车在不同外力作用下的加速度。实验中作出如图丙所示的图像，在F较大时，出现图线明显弯曲的现象，造成这一现象的原因是：（     ） A．没有平衡小车与木板之间的摩擦 B．木板倾斜角度过大 C．所用小车的质量过大 D．所加槽码的总质量过大 2．（26-27高三上·江苏无锡·阶段检测）为了探究受到空气阻力时，物体运动速度随时间的变化规律，某同学采用了“加速度与物体质量、物体受力关系”的实验装置（如图甲所示）。实验时，平衡小车与木板之间的摩擦力后，在小车上安装一薄板，以增大空气对小车运动的阻力。 (1)往砝码盘中加入一小砝码，在释放小车_____________（选填“之前”或“之后”）接通打点计时器的电源，在纸带上打出一系列的点。 (2)打点计时器电源的频率为50Hz，从纸带上选取若干计数点进行测量，计算得出各计数点的时间与速度的数据如下表，表格中0.50 s时对应的计数点以及附近的计时点分布情况如图乙所示，则对应的位置读数为_____________cm，表格内应填入的数据是_____________（此空保留2位有效数字）。 时间 0 0.50 1.00 1.50 2.00 2.50 速度 0.12 0.23 0.26 0.28 0.29 (3)请根据实验数据作出小车的图像。 (4)通过对实验结果的分析，该同学认为：随着运动速度的增加，小车所受的空气阻力将变大，你是否同意他的观点？请根据图像简要阐述理由。________________________________________。 3．（26-27高三上·北京海淀·阶段检测）某组同学利用如图甲所示的装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验。 (1)除小车、重物、天平（含砝码）、打点计时器（含纸带与复写纸）、导线、开关等器材外，在下面的仪器和器材中，还应使用的有______（填选项代号）。 A．电压可调的直流电源 B．电压合适的50Hz交流电源 C．秒表 D．刻度尺 (2)实验中，为了使细线对小车的拉力等于小车所受的合外力，先调节长木板一端滑轮的高度，使细线与长木板平行。接下来，还需要进行的一项操作是______。 A．将长木板水平放置，让小车连着已经穿过打点计时器的纸带，给打点计时器通电，调节重物质量m的大小，使小车在重物的牵引下运动，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 B．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，撤去重物，给打点计时器通电，轻推小车，从打出的纸带判断小车是否做匀速运动 C．将长木板的一端垫起适当的高度，撤去纸带和重物，轻推小车，观察判断小车是否做匀速运动 (3)如图乙所示是某同学通过实验得到的一条纸带，他在纸带上取A、B、C、D、E、F、G等7个计数点（每相邻两个计数点之间还有4个点没有画出），用毫米刻度尺测出各个相邻计数点间的间隔大小。 由图可知，打下E点时小车的速度为________m/s，小车的加速度为________。（计算结果保留三位有效数字） (4)该同学根据测得的数据作出的a-F图像如图丙所示，原因可能是______。 A．木板右端所垫物体较低，使得木板的倾角偏小 B．木板右端所垫物体较高，使得木板的倾角偏大 C．小车质量远大于重物的质量 D．重物的质量不满足远小于小车质量 (5)因实验前通过将长木板的一端垫起适当的高度，平衡了小车所受的阻力，该同学认为：平衡阻力后，小车和重物组成的系统机械能是守恒的。你是否同意他的结论？并说明理由。 考点2 创新实验 考点一遍过 一、创新实验 创新角度 实验举例 实验器材创新 位移传感器，速度传感器，拉力传感器，气垫导轨，光电门 实验原理创新 挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M的小车拖着纸带沿木板匀速下滑，取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，可知小车所受合力为mg。改变砝码质量，多次重复实验探究加速度与物体受力关系。 实验目的创新 (1)先求出物块的加速度a； (2)结合牛顿第二定律，由mg－μMg＝(M＋m)a得出物块与水平桌面间的动摩擦因数。 【重点突破】 1．实验器材的改进 (1)气垫导轨：不用平衡阻力。 (2)力传感器或弹簧测力计：可直接测绳的拉力，不必保证小车质量远大于钩码的总质量。 (3)速度传感器、位移传感器、光电门：可以更加精确测出小车的位移和瞬时速度。 【例2】（福建百校2026-2027学年高三上学期10月阶段检测物理试题）某实验小组利用如图甲所示的装置探究“加速度与力、质量的关系”。 （1）实验前需平衡滑块受到的阻力。 （2）某次实验中打出的一条纸带如图乙所示。选取一个计数点记为0（该点速度不为零），此后每隔相同时间T依次标出计数点1、2、3、4。测得计数点2、4到0点的距离分别为、，则滑块的加速度大小________（用、、T表示）。 （3）在探究加速度a与合外力F的关系时，为直接测量细线拉力，在滑块上固定一拉力传感器。保持滑块及传感器总质量M不变，改变沙桶中沙的质量m（存在的情况），测得多组加速度a及对应的传感器示数F，作出的图像应是图丙中的________（填“①”或“②”）。 （4）撤去拉力传感器，用沙和沙桶的总重力作为滑块受到的合外力F。在未满足“沙和沙桶总质量远小于滑块总质量”的条件下，测得多组加速度a和合外力F的数据，以为纵轴，为横轴，作出图像，若该图线是一条斜率为、纵轴截距为的倾斜直线，则当地的重力加速度________，滑块的真实质量________。（均用、表示） 1．（26-27高三上·天津河西·阶段检测）实验小组探究“加速度与力、质量的关系”的装置如图所示。小钢球置于一小车内，车内后壁装有压力传感器，车顶安装有遮光条。细绳一端系于小车上，另一端跨过固定在长木板上的定滑轮，挂上钩码。 (1)若将压力传感器的示数视为小球所受合力的大小，则在实验过程中，___________（选填“需要”或“不需要”）满足钩码质量远小于小车质量，细线需要调节至与长木板平行，长木板要调节至下列选项中的___________（填选项字母）状态。 A、保持水平 B、倾斜一特定角度 C、倾斜任意一小角度 D、倾斜任意一大角度 (2)光电门安装在长木板的位置A，在长木板上标记另一位置B。改变钩码个数，让小车每次都从位置B开始运动，记录多组压力传感器示数F和光电门测量的遮光时间t。某同学猜想小球的加速度与F成正比，若用图像法验证他的猜想，则最直观、合理的关系图像是下列选项中的___________（填选项符号）。 A． B． C． D． 2．（26-27高三上·山东临沂·阶段检测）为探究加速度与力、质量的关系，某研究小组设计了甲、乙两种实验方案。已用天平测量出小车的质量为M，重物的质量可调，并且在实验前都进行了补偿阻力的操作。 (1)如图是某次实验时打点计时器打出的一条纸带（部分），其中相邻两个计数点之间还有4个点未画出。则C点的读数为_________ cm，求得小车的加速度大小为_________ m/s2。（结果保留两位有效数字） (2)当甲、乙两种方案弹簧测力计的示数相同时，分别对应的小车的加速度大小为a1、a2，则a1、a2满足的关系式是___________ 。 (3)需要重物质量远小于小车质量的方案是（     ） A．甲 B．乙 C．甲和乙 D．都不需要 3．（26-27高三上·河南平顶山·阶段检测）某同学利用如图甲所示的装置完成了“探究加速度与外力的关系”实验。 (1)实验得到如图乙所示的纸带，相邻计数点间有4个点未画出，打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则打第4个计数点时小车的速度_________m/s；小车的加速度大小为_________m/s2。（结果均保留3位有效数字）。 (2)若滑轮的质量可以忽略，则在实验过程砂和砂桶的加速度与小车的加速度之比为_________。 (3)若小车动滑轮的质量不能忽略，保持小车质量不变，改变拉力多次测量可得小车运动的加速度和力传感器示数的图线如图丙所示，已知小车的质量。由图可知滑轮的质量_________。 (4)若该同学忘记了平衡摩擦，多次改变砂桶内细砂的质量绘出图像如图丁所示。已知该图线斜率为，重力加速度为。则小车与长木板间的动摩擦因数_________（用、、表示）。 第 1 页 共 5 页 学科网（北京）股份有限公司 $