4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 同步习题-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

4.2　实验：探究加速度与力、质量的关系 · 习题 高一上学期物理人教版必修第一册　第四章 运动和力的关系　·　学生版 知识点范围　1．验证加速度与力成正比的实验　2．验证加速度与质量成反比的实验 3．验证牛顿第二定律实验方法的改进 班级________　姓名________　学号________　得分________ 全卷共 9 题　基础过关 5 题　能力提升 4 题　满分 100 分　建议用时 45 分钟 本卷考点 牛顿第二定律 探究加速度与力、质量的关系 考点 1　平衡阻力与操作顺序 垫哪一端、挂不挂砂桶、先通电还是先放车 考点 2　拉力的近似条件 槽码质量远小于小车质量，绳子拉力才等于重力 考点 3　图线与数据处理 截距看阻力、弯曲看近似条件、斜率看质量 考点 4　实验方法的改进 力传感器直接测拉力，气垫导轨免摩擦 分层只按难度：基础题是单一操作的判断，提升题要把图像形状与实验条件对应起来。 一、基础过关题（50分） 本题组共5小题，每小题10分，共50分。各题按题中选项或空格作答。 1．如图所示，在探究加速度与力、质量关系的实验中，若发现连接小车的细线与桌面接近平行而与轨道不平行，则应（　　） A．减小滑轮高度 B．增大滑轮高度 C．减小轨道倾角 D．增大轨道倾角 2．用图示实验装置探究“质量一定时，物体加速度与所受合外力的关系”，下列说法正确的是（　　） A．实验中不需平衡摩擦力 B．实验中需改变托盘中砝码的个数 C．实验中需改变物块的质量 D．实验中需满足托盘和砝码的总质量远大于物块质量 3．某同学利用如图所示的实验装置利用力传感器“探究加速度与力、质量的关系”。关于本实验的操作，下列做法正确的是（     ） A．开始时在小车一端悬挂空桶，将打点计时器上的纸带与小车相连，让小车在木板上运动，如果在纸带上打出点的间隔是均匀的，就完成了平衡摩擦 B．该方案操作时需要满足桶的质量远小于小车的质量 C．为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量 D．每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先释放小车，后接通电源，且应在小车到达滑轮前按住小车 4．某同学在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，使用了如图甲所示的实验装置。保持小车质量不变，改变砂桶中砂的质量，小车的加速度a随其所受拉力F变化图线如图乙所示。对图线未经过原点O的原因分析，可能正确的是（  ） A．平衡小车所受阻力时木板右端垫得过高 B．未将木板右端垫高以平衡小车所受阻力 C．实验过程中先释放小车后通电 D．小车质量未远大于砂和砂桶的总质量 5．“探究小车加速度与质量的关系”实验装置如图所示，小车通过纸带与打点计时器相连。平衡摩擦力时应（    ）    A．将长木板的B端适当垫高 B．将长木板的A端适当垫高 C．在砝码盘的牵引下使小车加速运动 D．在砝码盘的牵引下使小车匀速运动 二、能力提升题（50分） 本题组共4小题，共50分。第6、7、8题每题10分，第9题20分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。 6．如图所示是某同学根据实验数据画出的图像，下列说法中正确的是（　　） A．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 B．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 C．形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 D．形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 7．某同学用如图甲所示的装置进行“探究加速度与力的关系”的实验。他用悬挂槽码的重力作为小车受到的合力F，改变槽码的重力并相应测出小车运动的加速度a，根据实验数据在坐标纸上描点如图乙所示。将图乙上描的点连线后发现实验误差较大，下列的改进措施合理的是（　　） A．将轨道下的垫块向左移动一些 B．将轨道下的垫块向右移动一些 C．选用质量更大的槽码进行实验 D．改用力传感器测出绳子对小车的拉力作为F 8．图甲为某实验小组做“探究物体加速度与所受合力关系”实验的装置。 (1)某同学调整长木板和滑轮，使细线平行于长木板，并在不挂砝码盘的情况下平衡好摩擦力：在砝码盘中放入适当的砝码后接通电源，在实验中得到一条纸带的部分如图乙所示。相邻两计数点间的距离已在图中标明。已知电源的频率为50Hz，相邻两计数点间还有4个点未标出，根据图中数据计算出滑块的加速度大小为________；（结果保留三位有效数字） (2)保持滑块的质量M不变，改变砝码盘及砝码的总质量m，通过每次打出的纸带求出对应滑块的加速度a。以砝码盘及砝码的总重力F为横坐标，以滑块的加速度a为纵坐标，根据实验测得的数据，利用描点法画出如图丙所示的图像。利用该图像可求出滑块的质量M为________kg（结果保留三位有效数字）。由于用砝码盘及砝码的重力作为滑块所受的合力F，故求得的滑块质量与真实值相比________（选填“偏大”、“偏小”或“相等”）。 9．某兴趣小组 “探究小车加速度与合外力的关系”的实验装置如下图。A为小车（质量为M），B为打点计时器，C为装有沙的沙桶（沙和沙桶的总质量为m），D为一端带有定滑轮的长木板，电源频率为50Hz。    （1）下列实验操作中，正确的是______； A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行 B．每次实验，都要先放开小车，再接通打点计时器 C．平衡摩擦力时，应将沙桶用细绳通过定滑轮系在小车上 D．平衡摩擦力时，应将小车后面的纸带连接好 E．改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 （2）为使细绳对小车的拉力F近似等于沙和沙桶的总重力，需满足的条件是______； （3）下图为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻2个计数点之间有4个点没有标出，测出各计数点到A点之间的距离。则此次实验中小车运动的加速度大小______。（结果保留两位有效数字）    （4）陈同学根据测量数据作出的图线如图（a）所示，他实验中可能存在的问题是______；李同学根据测量数据作出的图线如图（b）所示，图像末端发生弯曲的原因是______；    （5）胡同学改进实验方案，采用下图的实验装置探究“小车加速度与合外力的关系”时，是否需要平衡摩擦力？______（选填“需要”或“不需要”）。    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 · 习题 高一上学期物理人教版必修第一册　第四章 运动和力的关系　·　解析版 知识点范围　1．验证加速度与力成正比的实验　2．验证加速度与质量成反比的实验 3．验证牛顿第二定律实验方法的改进 班级________　姓名________　学号________　得分________ 全卷共 9 题　基础过关 5 题　能力提升 4 题　满分 100 分　建议用时 45 分钟 本卷考点 牛顿第二定律 探究加速度与力、质量的关系 考点 1　平衡阻力与操作顺序 垫哪一端、挂不挂砂桶、先通电还是先放车 考点 2　拉力的近似条件 槽码质量远小于小车质量，绳子拉力才等于重力 考点 3　图线与数据处理 截距看阻力、弯曲看近似条件、斜率看质量 考点 4　实验方法的改进 力传感器直接测拉力，气垫导轨免摩擦 分层只按难度：基础题是单一操作的判断，提升题要把图像形状与实验条件对应起来。 一、基础过关题（50分） 本题组共5小题，每小题10分，共50分。各题按题中选项或空格作答。 1．如图所示，在探究加速度与力、质量关系的实验中，若发现连接小车的细线与桌面接近平行而与轨道不平行，则应（　　） A．减小滑轮高度 B．增大滑轮高度 C．减小轨道倾角 D．增大轨道倾角 【答案】A 【详解】在探究加速度与力、质量关系的实验中，若发现连接小车的细线与桌面接近平行而与轨道不平行，说明滑轮高度过高，应减小滑轮高度，使细线与轨道平行。 故选A。 2．用图示实验装置探究“质量一定时，物体加速度与所受合外力的关系”，下列说法正确的是（　　） A．实验中不需平衡摩擦力 B．实验中需改变托盘中砝码的个数 C．实验中需改变物块的质量 D．实验中需满足托盘和砝码的总质量远大于物块质量 【答案】B 【详解】A．实验中需平衡摩擦力，使得小球受到的合力等于细线拉力。故A错误； B．实验中需要改变小车受到的合力，即改变细线拉力，则需改变托盘中砝码的个数。故B正确； C．实验中需要保证物块的质量不变。故C错误； D．由于实验装置可以通过拉力传感器测得细线拉力大小，则不需要满足托盘和砝码的总质量远小于物块质量。故D错误。 故选B。 3．某同学利用如图所示的实验装置利用力传感器“探究加速度与力、质量的关系”。关于本实验的操作，下列做法正确的是（     ） A．开始时在小车一端悬挂空桶，将打点计时器上的纸带与小车相连，让小车在木板上运动，如果在纸带上打出点的间隔是均匀的，就完成了平衡摩擦 B．该方案操作时需要满足桶的质量远小于小车的质量 C．为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量 D．每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先释放小车，后接通电源，且应在小车到达滑轮前按住小车 【答案】C 【详解】A．平衡摩擦，不需要悬挂空桶，故A错误； B．该方案操作时有力传感器测量小车受的拉力，则不需要满足桶的质量远小于小车的质量，故B错误； C．为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量，故C正确； D．应先接通电源，后释放小车，故D错误。 故选C。 4．某同学在“探究加速度与物体受力的关系”实验中，使用了如图甲所示的实验装置。保持小车质量不变，改变砂桶中砂的质量，小车的加速度a随其所受拉力F变化图线如图乙所示。对图线未经过原点O的原因分析，可能正确的是（  ） A．平衡小车所受阻力时木板右端垫得过高 B．未将木板右端垫高以平衡小车所受阻力 C．实验过程中先释放小车后通电 D．小车质量未远大于砂和砂桶的总质量 【答案】A 【详解】AB．图线不过原点，说明在没有拉力时，小车已经加速运动，即平衡小车所受阻力时木板右端垫得过高，故A正确，B错误； C．实验过程中先释放小车后通电，舍去开始一段纸带，对实验结果无影响，故C错误； D．如果小车质量M未远大于砂和砂桶的总质量m，则有 得 影响图线的斜率，不影响截距，故D错误。 故选A。 5．“探究小车加速度与质量的关系”实验装置如图所示，小车通过纸带与打点计时器相连。平衡摩擦力时应（    ）    A．将长木板的B端适当垫高 B．将长木板的A端适当垫高 C．在砝码盘的牵引下使小车加速运动 D．在砝码盘的牵引下使小车匀速运动 【答案】A 【详解】平衡摩擦力时，使得重力沿斜面方向的分力等于摩擦力，所以应将木板的B端适当垫高，不悬挂砝码，轻推小车，使小车拖着纸带能够做匀速直线运动，摩擦力得到平衡。故A正确， BCD错误； 故选A。 二、能力提升题（50分） 本题组共4小题，共50分。第6、7、8题每题10分，第9题20分。解答应写出必要的文字说明、方程式和重要演算步骤，只写出最后答案的不能得分。 6．如图所示是某同学根据实验数据画出的图像，下列说法中正确的是（　　） A．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 B．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 C．形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大 D．形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小 【答案】AD 【详解】A．甲图中小车的质量确定不变，F＝0时小车就有了加速度，说明平衡摩擦力过度，长木板倾角过大，故A正确； B．乙图中施加在小车的拉力确定不变，→0时，小车质量很大，小车的质量无穷大时还有加速度，说明平衡摩擦力过度，即补偿阻力过度，木板倾角过大，故B错误； C．丙图中小车的质量确定不变，拉力较小时没有加速度，说明平衡摩擦力不足，长木板倾角过小，故C错误； D．丁图中施加在小车的拉力确定不变，小车的质量大到一定值时加速度就会为零，说明平衡摩擦力不足，长木板倾角过小，故D正确。 故选AD。 7．某同学用如图甲所示的装置进行“探究加速度与力的关系”的实验。他用悬挂槽码的重力作为小车受到的合力F，改变槽码的重力并相应测出小车运动的加速度a，根据实验数据在坐标纸上描点如图乙所示。将图乙上描的点连线后发现实验误差较大，下列的改进措施合理的是（　　） A．将轨道下的垫块向左移动一些 B．将轨道下的垫块向右移动一些 C．选用质量更大的槽码进行实验 D．改用力传感器测出绳子对小车的拉力作为F 【答案】BD 【详解】AB．由图已可知图像与纵坐标有交点，说明平衡摩擦力过大，应将轨道下的垫块向右移动一些，故A错误，B正确； C．图像最后发生弯曲，是由于槽码的质量太大，应选取质量较小的槽码实验，故C错误； D．改用力传感器测出绳子对小车的拉力作为F，此时可得到加速度与拉力成正比，则a-F图像为直线，故D正确； 故选BD。 8．图甲为某实验小组做“探究物体加速度与所受合力关系”实验的装置。 (1)某同学调整长木板和滑轮，使细线平行于长木板，并在不挂砝码盘的情况下平衡好摩擦力：在砝码盘中放入适当的砝码后接通电源，在实验中得到一条纸带的部分如图乙所示。相邻两计数点间的距离已在图中标明。已知电源的频率为50Hz，相邻两计数点间还有4个点未标出，根据图中数据计算出滑块的加速度大小为________；（结果保留三位有效数字） (2)保持滑块的质量M不变，改变砝码盘及砝码的总质量m，通过每次打出的纸带求出对应滑块的加速度a。以砝码盘及砝码的总重力F为横坐标，以滑块的加速度a为纵坐标，根据实验测得的数据，利用描点法画出如图丙所示的图像。利用该图像可求出滑块的质量M为________kg（结果保留三位有效数字）。由于用砝码盘及砝码的重力作为滑块所受的合力F，故求得的滑块质量与真实值相比________（选填“偏大”、“偏小”或“相等”）。 【答案】(1)0.343 (2) 0.422 偏大 【详解】（1）相邻两计数点间还有4个计时点未标出，则相邻计数点间的时间间隔为 根据逐差法可得，滑块的加速度大小为 （2）[1]根据牛顿第二定律 可得 可知图像的斜率为 解得滑块的质量为 [2]对砝码盘及砝码，根据牛顿第二定律有 对滑块，根据牛顿第二定律有 联立可得 由于用砝码盘及砝码的重力作为滑块所受的合力F，故实验中求得的滑块的质量其实为，则求得的滑块质量与真实值相比偏大。 9．某兴趣小组 “探究小车加速度与合外力的关系”的实验装置如下图。A为小车（质量为M），B为打点计时器，C为装有沙的沙桶（沙和沙桶的总质量为m），D为一端带有定滑轮的长木板，电源频率为50Hz。    （1）下列实验操作中，正确的是______； A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行 B．每次实验，都要先放开小车，再接通打点计时器 C．平衡摩擦力时，应将沙桶用细绳通过定滑轮系在小车上 D．平衡摩擦力时，应将小车后面的纸带连接好 E．改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力 （2）为使细绳对小车的拉力F近似等于沙和沙桶的总重力，需满足的条件是______； （3）下图为实验中打出的一条纸带的一部分，从比较清晰的点迹起，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻2个计数点之间有4个点没有标出，测出各计数点到A点之间的距离。则此次实验中小车运动的加速度大小______。（结果保留两位有效数字）    （4）陈同学根据测量数据作出的图线如图（a）所示，他实验中可能存在的问题是______；李同学根据测量数据作出的图线如图（b）所示，图像末端发生弯曲的原因是______；    （5）胡同学改进实验方案，采用下图的实验装置探究“小车加速度与合外力的关系”时，是否需要平衡摩擦力？______（选填“需要”或“不需要”）。    【答案】 ADE 小车的质量M远大于沙和沙桶的总质量m 1.0 平衡摩擦力过度（或者木板的倾角过大或补偿阻力过度） 未满足M远大于m 需要 【详解】（1）[1]A．平衡摩擦力后，连接砝码盘和小车的细绳跟长木板保持平行时，细线的拉力等于小车所受合力，故A正确； B．车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车，目的是为了能够在纸带上打出足够多的点，故B错误； CD．摩擦力是通过小车重力沿木板方向的分力来平衡的，所以平衡摩擦力时不能将沙桶用细绳通过定滑轮系在小车上，并且由于运动过程中纸带也要受到阻力，所以后面的纸带必须连好，再通过纸带上的点间距判断小车是否做匀速直线运动，故C错误，D正确； E．设平衡摩擦力时木板抬高的倾角为θ，在沿木板方向根据平衡条件有 两边M可以约掉，即与小车质量M无关，每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力，故E正确。 故选ADE。 （2）[2]对小车根据牛顿第二定律有 对沙和砂桶同理有 联立解得 由上式可知只有当 时F才近似等于mg。 （3）[3]相邻两计数点间的时间间隔为 根据逐差法可得 （4）[4]陈同学根据测量数据作出的图线如图（a）所示，由图可知，当合外力为零时，小车加速度不为零，他实验中可能存在的问题是平衡摩擦力过度（或者木板的倾角过大或补偿阻力过度）； [5]李同学根据测量数据作出的图线如图（b）所示，图像末端发生弯曲的原因是未满足M远大于m。 （5）[6]由图可知，弹簧测力计可以直接测出小车所受的合外力，不需要满足M远大于m，为了使绳子拉力为小车所受的合力，仍然需要平衡摩擦力。 学科网（北京）股份有限公司 $