2027届高三物理一轮复习-牛顿第二定律实验探究高考真题题型专练

2026-2027学年高三一轮复习牛顿第二定律实验探究高考真题题型专练 1．（2024·甘肃卷·第11题）用图1所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系。 （1）以下操作正确的是______（单选，填正确答案标号）。 A．使小车质量远小于槽码质量　　B．调整垫块位置以补偿阻力　　C．补偿阻力时移去打点计时器和纸带　　D．释放小车后立即打开打点计时器 （2）保持槽码质量不变，改变小车上砝码的质量，得到一系列打点纸带。其中一条纸带的计数点如图2所示，相邻两点之间的距离分别为S₁、S₂、…、S₈，时间间隔均为T。下列加速度算式中，最优的是______（单选）。 A．a=1/7[(S₈−S₇)/T²+(S₇−S₆)/T²+…+(S₂−S₁)/T²] B．a=1/6[(S₈−S₆)/(2T²)+(S₇−S₅)/(2T²)+…+(S₃−S₁)/(2T²)] C．a=1/5[(S₈−S₅)/(3T²)+(S₇−S₄)/(3T²)+(S₆−S₃)/(3T²)+(S₅−S₂)/(3T²)+(S₄−S₁)/(3T²)] D．a=1/4[(S₈−S₄)/(4T²)+(S₇−S₃)/(4T²)+(S₆−S₂)/(4T²)+(S₅−S₁)/(4T²)] （3）以小车和砝码的总质量M为横坐标，加速度的倒数1/a为纵坐标，甲、乙两组同学分别得到的1/a–M图像如图3所示。由图可知，在所受外力一定的条件下，a与M成______（填“正比”或“反比”）；甲组所用的______（填“小车”“砝码”或“槽码”）质量比乙组的更大。 2．（2024·江西卷·第11题，8分）某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图(a)所示，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定一遮光片，细线一端与小车连接，另一端跨过定滑轮挂上钩码。 （1）实验前调节轨道右端滑轮高度，使细线与轨道平行，再适当垫高轨道左端以平衡小车所受摩擦力。 （2）小车的质量为M₁=320 g。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度a。钩码所受重力记为F，作出a–F图像，如图(b)中图线甲所示。 （3）由图线甲可知，F较小时，a与F成正比；F较大时，a与F不成正比。为了进一步探究，将小车的质量增加至M₂=470 g，重复步骤（2）的测量过程，作出a–F图像，如图(b)中图线乙所示。 （4）与图线甲相比，图线乙的线性区间______，非线性区间______。再将小车的质量增加至M₃=720 g，重复步骤（2）的测量过程，记录钩码所受重力F与小车加速度a，如表所示（表中第9~14组数据未列出）。 序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9~14 15 钩码所受重力F/(9.8 N) 0.020 0.040 0.060 0.080 0.100 0.120 0.140 0.160 …… 0.300 小车加速度a/(m·s⁻²) 0.26 0.55 0.82 1.08 1.36 1.67 1.95 2.20 …… 3.92 （5）请在图(b)中补充描出第6至8三个数据点，并补充完成图线丙。 （6）根据以上实验结果猜想和推断：小车的质量______时，a与F成正比。结合所学知识对上述推断进行解释：______。 3．（2024·广东卷·第11题（1））下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成实验操作和计算。 （1）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______。图乙是实验得到的纸带的一部分，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3位有效数字）。 4．（2025·浙江卷·1月选考·第14-I题，6分）“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图1所示。 图1 （1）如图2是某次实验中得到的纸带的一部分。每5个连续打出的点为一个计数点，电源频率为50 Hz，打下计数点3时小车速度为______m/s（保留三位有效数字）。 （2）下列说法正确的是______（多选） A．改变小车总质量，需要重新补偿阻力 B．将打点计时器接到输出电压为8 V的交流电源上 C．调节滑轮高度，使牵引小车的细线跟长木板保持平行 D．小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车 （3）改用如图3所示的气垫导轨进行实验。气垫导轨放在水平桌面上并调至水平，滑块在槽码的牵引下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门1、2的遮光时间分别为Δt₁、Δt₂，测得两个光电门间距为x，用游标卡尺测量遮光条宽度d，结果如图4所示，其读数d=______mm，则滑块加速度a=______（用题中所给物理量符号表示）。 5．（2025·山东卷·第13题）某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律，部分实验步骤如下： （1）将两光电门安装在长直轨道上，选择宽度为d的遮光片固定在小车上，调整轨道倾角，用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连。选用d=______cm（填“5.00”或“1.00”）的遮光片，可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度。 （2）将小车自轨道右端由静止释放，从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2时的速度v₁=0.40 m/s、v₂=0.81 m/s，以及从遮光片开始遮住光电门1到开始遮住光电门2的时间t=1.00 s，计算小车的加速度a=______m/s²（结果保留2位有效数字）。 （3）将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F，改变砝码质量，重复上述步骤，根据数据拟合出a–F图像，如图乙所示。若要得到一条过原点的直线，实验中应______（填“增大”或“减小”）轨道的倾角。 （4）图乙中直线斜率的单位为______（填“kg”或“kg⁻¹”）。 6．（2025·安徽卷·第11题）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______。（选填正确答案标号） 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 （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F_N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F_N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F_N为横轴、a为纵轴，根据实验数据拟合得到的图像为图丁中的图线a、______（选填“b”“c”或“d”，即由原数据作出的拟合图线）。 ②若将物体质量增大一倍，重新进行实验，其图像为图丁中的图线______。 7．（2025·广西卷·第12题，8分）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）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______。 （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______。 （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。 （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a_M∶a_N=______。 8．（2025·陕西、山西、青海、宁夏卷·第11题）下图为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。 （1）实验中应将木板______（填“保持水平”或“一端垫高”）。 （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______。（多选，填正确答案标号） A．a–1/m图像　　B．a–m²图像　　C．am–m图像　　D．a²–m图像 m/kg 0.2 0.33 0.40 0.50 1.00 a/(m·s⁻²) 0.618 0.482 0.403 0.317 0.152 （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，______（填“甲”或“乙”）同学的方法可以更好地减小误差。 9．（2026·河南卷·第11题，6分）某实验小组利用图1所示装置验证牛顿第二定律。实验器材有：气垫导轨、滑块、光电门、数字计时器、遮光条、游标卡尺、垫块若干等。完成下列问题： （1）用游标卡尺测量遮光条的宽度Δx，示数如图2所示，则Δx=______mm。 图2 （2）调整好装置，释放滑块。数字计时器记录滑块通过光电门1的遮光时间为Δt=10.20 ms，则滑块通过光电门1的速度大小v₁=______m/s（保留2位有效数字）。 （3）记录滑块通过光电门2的遮光时间，计算滑块通过光电门2的速度大小v₂，测出两光电门间距为s，则滑块下滑的加速度a=______（用v₁、v₂、s表示）。测得气垫导轨两支脚间距为L，垫高为h，理论上a=______（用L、h、重力加速度大小g表示），若两者在误差允许范围内相等，即验证了牛顿第二定律。 10．（2026·湖北卷·第12题，9分）某同学设计了一个验证牛顿第二定律的实验，使用的器材有：直导轨、小车、光电门、数字毫秒计、遮光条、天平、钩码、刻度尺、游标卡尺、定滑轮、细绳等。实验装置如图所示，光电门1、2分别固定在导轨A、B处，遮光条安装在小车上，连接小车两端的细绳分别跨过左右定滑轮、各悬挂10个质量均为m₀的钩码，定滑轮间的细绳与导轨平行。重力加速度大小为g。实验步骤如下： ⅰ．用天平测量小车和遮光条的总质量m，用刻度尺测量A、B间的距离s，用游标卡尺测量遮光条的宽度d。 ⅱ．调节导轨倾斜程度，使小车沿导轨向右下滑时通过两个光电门的遮光时间近似相等。 ⅲ．从左侧细绳取下n个钩码挂到右侧细绳，再从导轨左端静止释放小车，用数字毫秒计测量遮光条经过光电门1、2的遮光时间t₁、t₂。 （1）步骤ⅱ操作的主要目的是______。 （2）由牛顿第二定律，小车的加速度大小a=______（用m₀、m、g和n表示）。 （3）步骤ⅲ中测得的小车加速度大小a=______（用d、s、t₁和t₂表示）。 （4）该同学根据测出的多组a、n值，作出a–n图像。若该图像近似是一条通过原点的直线，则可以验证：质量一定时，物体的加速度与所受合外力成______。 （5）若a–n图像明显不过原点，原因可能是______（单选，填标号）。 A．步骤ⅲ中小车没有从静止释放　　B．步骤ⅱ中导轨的倾斜程度调节不恰当　　C．钩码质量没有远小于小车和遮光条的总质量 答案解析 1．【答案】（1）B　（2）D　（3）反比；槽码 【解析】（1）补偿阻力需连纸带与打点计时器一起进行，通过纸带上点迹是否均匀判断小车是否匀速，故A、C、D错误，B正确。（2）逐差法应充分利用全部数据以减小偶然误差，D式由(S₅+S₆+S₇+S₈)−(S₁+S₂+S₃+S₄)=4a·(4T)²整理而得，最优。（3）由1/a–M图线为直线可知1/a与M成正比，即a与M成反比；对整体有mg=(M+m)a，得1/a=M/(mg)+1/g，斜率1/(mg)越小说明槽码质量m越大，故甲组所用槽码质量更大。 2．【答案】（4）较大；较小　（5）在第6、7、8组数据对应位置描点，并用平滑曲线连接，得到图线丙（见图(b)中曲线）　（6）远大于钩码的质量；对钩码有F−T=ma，对小车有T=Ma，联立得F=(M+m)a，即a=F/(M+m)；当m≪M时可认为M+m≈M，则a≈F/M，a与F成正比。 【解析】（4）图线乙对应的线性区间更大、非线性区间更小，说明增大研究对象（小车）质量可使“a与F成正比”的适用范围扩大。（5）由图线乙、丙的数据点分布规律描点连线，注意使尽可能多的点落在线上、其余点均匀分布在两侧。（6）由整体法得到a=F/(M+m)，只要钩码质量远小于小车（研究对象）质量，加速度才近似与合外力成正比，这正是教材“m≪M”条件的本质。 3．【答案】（1）平衡摩擦力；2.86 【解析】木板右端垫高的目的是平衡摩擦力，使细线拉力成为小车所受的合力。由逐差法：a=[(16.29+13.43+10.59)−(7.72+4.88+2.01)]×10⁻² m/(9×0.1² s²)≈2.86 m/s²。 4．【答案】（1）0.390　（2）CD　（3）10.00；a=(d²/2x)(1/Δt₂²−1/Δt₁²) 【解析】（1）相邻计数点时间间隔T=0.1 s，v₃=(16.70−8.90)×10⁻² m/(2×0.1 s)=0.390 m/s。（2）平衡摩擦力时mgsinθ=μmgcosθ，与小车质量无关，改变小车质量不需重新补偿阻力，A错；电火花计时器应接220 V交流电源，B错；C、D正确。（3）游标卡尺为20分度，d=10 mm+0.05 mm×0=10.00 mm；遮光条过光电门的速度v₁=d/Δt₁、v₂=d/Δt₂，由v₂²−v₁²=2ax得a=(d²/2x)(1/Δt₂²−1/Δt₁²)。 5．【答案】（1）1.00　（2）0.41　（3）增大　（4）kg⁻¹ 【解析】（1）遮光片越窄，通过光电门的平均速度越接近瞬时速度，故选1.00 cm。（2）a=(v₂−v₁)/t=(0.81−0.40)/1.00 m/s²≈0.41 m/s²。（3）图线不过原点且在F轴上有截距，说明阻力尚未完全平衡，应增大轨道倾角以多平衡一部分阻力。（4）由a=F/M知a–F图线斜率为1/M，单位为kg⁻¹。 6．【答案】（1）c　（2）①失重；a　②d 【解析】（1）平衡阻力时应使小车不受牵引时能拖着纸带沿轨道做匀速运动。（2）①t=4 s时a为负值（方向竖直向下），物体处于失重状态；由牛顿第二定律F_N−mg=ma得a=F_N/m−g，图线斜率1/m、纵轴截距−g，故原数据对应图丁中的图线a。②质量增大一倍后斜率减半、截距不变，对应图线d。 7．【答案】（1）控制变量法　（2）平行　（3）需要。由图乙可知，当拉力F达到某一值时才产生加速度，说明小车运动受到摩擦阻力；操作：撤去细绳连接的力传感器和重物，将木板（轨道）左端用垫块垫起适当高度，使小车能沿轨道匀速下滑（加速度传感器示数为零）。　（4）1∶n² 【解析】（3）力传感器显示的是细绳拉力，要以该拉力作为小车所受合力，必须使阻力被完全平衡；由a–F图线在F轴上有截距即可判断。（4）两车均由静止做匀加速直线运动，x=at²/2，位移相同则a∝1/t²，由t_M∶t_N=n∶1得a_M∶a_N=1∶n²。 8．【答案】（1）一端垫高　（2）AC　（3）乙 【解析】（1）需补偿阻力，应将木板一端垫高，使小车不受牵引时能匀速下滑。（2）作出a–1/m图像可“化曲为直”，若为过原点的直线即说明a与m成反比，A正确；若a与m成反比，则am为定值，am–m图像为平行于横轴的直线，也可直观判断，C正确；B、D均不能体现反比关系。（3）乙同学把小车上的槽码移到槽码盘上，系统总质量保持不变，拉力与砝码重力之间的偏差更小，系统误差更小。 9．【答案】（1）5.10　（2）0.50　（3）a=(v₂²−v₁²)/(2s)；a=gh/L 【解析】（1）该游标卡尺为20分度，读数Δx=5 mm+2×0.05 mm=5.10 mm。（2）遮光时间极短，可用平均速度代替瞬时速度，v₁=Δx/Δt=5.10×10⁻³ m/(10.20×10⁻³ s)≈0.50 m/s。（3）由v₂²−v₁²=2as得a=(v₂²−v₁²)/(2s)；导轨与水平方向夹角的正弦sinθ=h/L，不计阻力时mgsinθ=ma，故理论值a=gh/L。 10．【答案】（1）平衡摩擦力（使小车重力沿导轨方向的分力与摩擦力平衡）　（2）a=2nm₀g/(m+20m₀)　（3）a=(d²/2s)(1/t₂²−1/t₁²)　（4）正比　（5）B 【解析】（1）调节导轨倾角使小车无拉力时通过两光电门时间相等，即做匀速运动，目的是平衡摩擦力，保证合外力仅由两侧钩码重力差提供。（2）取“小车+遮光条+20个钩码”为整体，其总质量为m+20m₀，合外力为两侧钩码重力之差2nm₀g，由牛顿第二定律得a=2nm₀g/(m+20m₀)。（3）遮光条过光电门的速度v₁=d/t₁、v₂=d/t₂，由v₂²−v₁²=2as得a=(d²/2s)(1/t₂²−1/t₁²)。（4）a–n图像为过原点直线，说明质量一定时a与合外力成正比。（5）若摩擦力未平衡好，则合外力中存在恒定阻力，图线在n轴上出现截距而不过原点；是否由静止释放只影响速度大小、不影响a与F的关系；本方案中系统总质量恒定，无需满足“钩码质量远小于小车质量”，故C不是原因。 1 学科网（北京）股份有限公司 $