2027物理步步高 大一輪復(fù)習(xí)第三章　第16課時(shí)　實(shí)驗(yàn)四：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系

第三章運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)四：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系第16課時(shí)1.理解實(shí)驗(yàn)的原理，明確實(shí)驗(yàn)過程并能進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。2.了解實(shí)驗(yàn)的注意事項(xiàng)，會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行誤差分析。3.能理解創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的原理，并能運(yùn)用相應(yīng)的公式、函數(shù)處理數(shù)據(jù)。目標(biāo)要求課時(shí)精練考點(diǎn)一實(shí)驗(yàn)技能儲(chǔ)備考點(diǎn)二探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)內(nèi)容索引實(shí)驗(yàn)技能儲(chǔ)備考點(diǎn)一原理及裝置圖實(shí)驗(yàn)器材小車、槽碼、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、墊木、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、細(xì)繩、導(dǎo)線、紙帶、天平、刻度尺、坐標(biāo)紙等實(shí)驗(yàn)過程(1)測(cè)量：用天平測(cè)量槽碼的質(zhì)量m'和小車的質(zhì)量m(2)安裝：安裝實(shí)驗(yàn)器材，不把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車上(即不給小車

)(3)平衡阻力：在長(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊上墊木，使小車能

下滑(4)保持小車質(zhì)量不變，改變槽碼的質(zhì)量，分別測(cè)得a、F幾組數(shù)據(jù)(5)保持槽碼質(zhì)量不變，分別測(cè)得a、m幾組數(shù)據(jù)牽引力勻速數(shù)據(jù)處理注意事項(xiàng)(1)開始實(shí)驗(yàn)前首先平衡阻力：適當(dāng)墊高木板不帶定滑輪的一端，使小車的重力沿斜面方向的分力正好平衡_____________

。在平衡阻力時(shí)，不要把懸掛槽碼的細(xì)繩系在小車上，讓小車?yán)┻^打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶勻速運(yùn)動(dòng)(2)實(shí)驗(yàn)過程中不用重復(fù)平衡阻力(3)實(shí)驗(yàn)必須保證的條件：

(特殊情況除外)(4)一先一后一按：改變拉力或小車質(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近

，并應(yīng)先

，后_________，且應(yīng)在小車碰到滑輪前按住小車小車和紙帶受到的阻力m?m'打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接通電源釋放小車誤差分析(1)實(shí)驗(yàn)原理不完善：本實(shí)驗(yàn)用槽碼的總重力代替小車的拉力，而實(shí)際上小車所受的拉力要小于槽碼的總重力(2)平衡阻力不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)引起誤差

(2025·福建省福寧古五校期中聯(lián)考)用如圖甲所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。(1)除了圖中所給器材以及交流電源和導(dǎo)線外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是

(選填正確選項(xiàng)的字母)。A.秒表

B.天平(含砝碼)C.彈簧測(cè)力計(jì)

D.刻度尺BD

利用天平測(cè)量質(zhì)量，利用電火花計(jì)時(shí)器可以計(jì)時(shí)，打出的紙帶需測(cè)量長(zhǎng)度求加速度，所以需要天平和刻度尺，A、C錯(cuò)誤，B、D正確。(2)實(shí)驗(yàn)前平衡阻力的做法是：把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，先不掛沙桶，將小車放在木板上，后面固定一條紙帶，紙帶穿過電火花計(jì)時(shí)器。用墊塊把木板不帶滑輪一端墊高，接通電火花計(jì)時(shí)器，讓小車以一定初速度沿木板向下運(yùn)動(dòng)，并不斷調(diào)節(jié)木板的傾斜度，直到小車拖動(dòng)紙帶沿木板做___________運(yùn)動(dòng)。勻速直線

平衡阻力時(shí)應(yīng)使小車拖動(dòng)紙帶在木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)。(3)為使沙桶和沙的總重力在數(shù)值上近似等于小車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力，需滿足的條件是沙桶及沙的總質(zhì)量

小車的總質(zhì)量(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“近似等于”)。遠(yuǎn)小于

為了使沙桶及沙的重力在數(shù)值上近似等于小車運(yùn)動(dòng)時(shí)受到的拉力，需要使沙桶及沙的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的總質(zhì)量。(4)實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶的一部分如圖乙所示。紙帶上標(biāo)出了連續(xù)的3個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)沒有標(biāo)出。電火花計(jì)時(shí)器接在頻率為50Hz的交流電源上。則電火花計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，小車的速度vB=

m/s。多測(cè)幾個(gè)點(diǎn)的速度作出v-t圖像，就可以算出小車的加速度。0.44

(5)為探究加速度和力的關(guān)系，要保證

的總質(zhì)量不變，改變沙桶內(nèi)沙的質(zhì)量，重復(fù)做幾次實(shí)驗(yàn)，通過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)來(lái)研究加速度和力的關(guān)系。小車

探究加速度與力的關(guān)系時(shí)，需要保持小車的總質(zhì)量不變。(6)在探究加速度與力的關(guān)系時(shí)，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出的a-F圖像如圖丙所示，發(fā)現(xiàn)該圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn)且BC段明顯偏離直線，分析其產(chǎn)生的原因，下列說(shuō)法正確的是

。A.不通過坐標(biāo)原點(diǎn)可能是因?yàn)槠胶庾枇Σ蛔鉈.不通過坐標(biāo)原點(diǎn)可能是因?yàn)槠胶庾枇^度C.圖線BC段彎曲可能是沙桶及沙的總質(zhì)量未滿足遠(yuǎn)小

于小車總質(zhì)量的條件D.圖線BC段彎曲可能是沙桶及沙的總質(zhì)量未滿足遠(yuǎn)大于小車總質(zhì)量的條件AC

從題圖丙可以看出，圖像不過原點(diǎn)，即當(dāng)F為某一值時(shí)，但加速度卻為零，所以是未平衡阻力或平衡阻力不足，故A正確，B錯(cuò)誤；隨著拉力F增大(即沙桶及沙的重力增大)，已經(jīng)不滿足沙桶及沙的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車總質(zhì)量的條件，造成BC段彎曲，故C正確，D錯(cuò)誤。

C

返回探索創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)考點(diǎn)二創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)舉例實(shí)驗(yàn)器材創(chuàng)新

位移傳感器，速度傳感器，拉力傳感器，氣墊導(dǎo)軌，光電門創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)舉例實(shí)驗(yàn)原理創(chuàng)新掛上托盤和砝碼，改變木板的傾角，使質(zhì)量為M的小車拖著紙帶沿木板勻速下滑，取下托盤和砝碼，測(cè)出其總質(zhì)量為m，讓小車沿木板下滑，可知小車所受合力為mg。改變砝碼質(zhì)量，多次重復(fù)實(shí)驗(yàn)探究加速度與物體受力關(guān)系創(chuàng)新角度實(shí)驗(yàn)舉例實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新(1)先求出物塊的加速度a；(2)結(jié)合牛頓第二定律，由mg-μMg=(M+m)a得出物塊與水平桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)

(2025·山東卷·13)某小組采用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證牛頓第二定律，部分實(shí)驗(yàn)步驟如下：(1)將兩光電門安裝在長(zhǎng)直軌道上，選擇寬度為d的遮光片固定在小車上，調(diào)整軌道傾角，用跨過定滑輪的細(xì)線將小車與托盤及砝碼相連。選用d=

cm(填“5.00”或“1.00”)的遮光片，可以較準(zhǔn)確地測(cè)量遮光片運(yùn)動(dòng)到光電門時(shí)小車的瞬時(shí)速度。1.00

實(shí)驗(yàn)用遮光片通過光電門的平均速度代替瞬時(shí)速度，遮光片寬度越小，代替時(shí)的誤差越小，故為較準(zhǔn)確地測(cè)量遮光片運(yùn)動(dòng)到光電門時(shí)小車的瞬時(shí)速度，選擇寬度較小的d=1.00

cm的遮光片；(2)將小車自軌道右端由靜止釋放，從數(shù)字毫秒計(jì)分別讀取遮光片經(jīng)過光電門1、光電門2時(shí)的速度v1=0.40m/s、v2=0.81m/s，以及從遮光片開始遮住光電門1到開始遮住光電門2的時(shí)間t=1.00s，計(jì)算小車的加速度a=

m/s2(結(jié)果保留2位有效數(shù)字)。0.41

(3)將托盤及砝碼的重力視為小車受到的合力F，改變砝碼質(zhì)量，重復(fù)上述步驟，根據(jù)數(shù)據(jù)擬合出a-F圖像，如圖乙所示。若要得到一條過原點(diǎn)的直線，實(shí)驗(yàn)中應(yīng)

(填“增大”或“減小”)軌道的傾角。增大

根據(jù)題圖乙可知當(dāng)有一定大小的外力F時(shí)小車的加速度仍為零，可知平衡摩擦力不足，若要得到一條過原點(diǎn)的直線，需要平衡摩擦力，故實(shí)驗(yàn)中應(yīng)增大軌道的傾角；(4)圖乙中直線斜率的單位為

(填“kg”或“kg-1”)。kg-1

(2025·重慶市三模)小明利用手機(jī)內(nèi)置加速度傳感器探究加速度與合外力的關(guān)系，實(shí)驗(yàn)裝置如圖甲，已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間。(1)輕彈簧上端固定，下端與手機(jī)相連，手機(jī)下端通過細(xì)繩懸掛小桶，桶內(nèi)裝有砝碼，整個(gè)系統(tǒng)靜止；(2)突然剪斷細(xì)繩，通過手機(jī)軟件記錄豎直方向加速度a隨時(shí)間變化的圖像如圖乙，剪斷細(xì)繩瞬間手機(jī)的加速度對(duì)應(yīng)圖中的

(選填“P”“Q”或“R”)點(diǎn)；P

剪斷細(xì)繩瞬間手機(jī)的合外力為向上最大，則加速度為向上的最大，可知應(yīng)該對(duì)應(yīng)圖中的P點(diǎn)；(3)改變小桶中砝碼質(zhì)量，重復(fù)步驟(2)，獲得多組手機(jī)所受合力F與加速度a的數(shù)據(jù)，作出a-F圖像如圖丙，可得結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)____

；質(zhì)量一定時(shí)，手機(jī)加速度與所受合外力成正比

根據(jù)作出的a-F圖像可得結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)質(zhì)量一定時(shí)，手機(jī)加速度與所受合外力成正比；(4)如圖丁，某同學(xué)在處理數(shù)據(jù)時(shí)，以手機(jī)豎直方向的加速度a為縱坐標(biāo)，砝碼質(zhì)量m為橫坐標(biāo)，繪制a-m圖像，獲得一條斜率為k0，縱截距為a0的直線，則可推算出手機(jī)的質(zhì)量為

，小桶的質(zhì)量為

。(選用k0、a0、g表示)

返回課時(shí)精練精練高頻考點(diǎn)提升關(guān)鍵能力對(duì)一對(duì)答案123456題號(hào)1答案題號(hào)2答案(1)一端墊高(2)AC

(3)乙對(duì)一對(duì)題號(hào)

3答案(1)控制變量法(2)平行(3)需要撤除細(xì)繩連接的力傳感器和重物，將木板左端用墊塊墊起適當(dāng)高度，使小車能沿木板勻速下滑(4)1∶n2題號(hào)456答案(1)需要(2)0.75

(3)A(1)12

(2)0.20

(3)0.13答案1234561.(2024·浙江1月選考·16Ⅰ)如圖甲所示是“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置。123456答案(1)該實(shí)驗(yàn)中同時(shí)研究三個(gè)物理量間關(guān)系是很困難的，因此我們采用的研究方法是

。A.放大法B.控制變量法C.補(bǔ)償法B123456答案

該實(shí)驗(yàn)中同時(shí)研究三個(gè)物理量間關(guān)系是很困難的，因此我們可以控制其中一個(gè)物理量不變，研究另外兩個(gè)物理量之間的關(guān)系，即采用了控制變量法，故B正確。(2)該實(shí)驗(yàn)過程中操作正確的是

。A.補(bǔ)償阻力時(shí)小車未連接紙帶B.先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，后釋放小車C.調(diào)節(jié)滑輪高度使細(xì)繩與水平桌面平行123456答案B123456答案

補(bǔ)償阻力時(shí)小車需要連接紙帶，通過紙帶上的點(diǎn)間距判斷小車是否在長(zhǎng)木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，故A錯(cuò)誤；由于小車速度較快，且運(yùn)動(dòng)距離有限，打出的紙帶長(zhǎng)度也有限，為了能在紙帶上盡可能多地獲取計(jì)數(shù)點(diǎn)，實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源，后釋放小車，故B正確；為使小車所受拉力與速度同向，應(yīng)調(diào)節(jié)滑輪高度使細(xì)繩與長(zhǎng)木板平行，故C錯(cuò)誤。(3)在小車質(zhì)量

(選填“遠(yuǎn)大于”或“遠(yuǎn)小于”)槽碼質(zhì)量時(shí)，可以認(rèn)為細(xì)繩拉力近似等于槽碼的重力。上述做法引起的誤差為________(選填“偶然誤差”或“系統(tǒng)誤差”)。為減小此誤差，下列可行的方案是

。A.用氣墊導(dǎo)軌代替普通導(dǎo)軌，滑塊代替小車B.在小車上加裝遮光條，用光電計(jì)時(shí)系統(tǒng)

代替打點(diǎn)計(jì)時(shí)器C.在小車與細(xì)繩之間加裝力傳感器，測(cè)出小車所受拉力大小123456答案遠(yuǎn)大于系統(tǒng)誤差C123456答案

123456答案

A123456答案

2.(2025·陜晉青寧卷·11)如圖甲為探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的部分實(shí)驗(yàn)裝置。123456答案(1)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)將木板

(填“保持水平”或“一端墊高”)。一端墊高

實(shí)驗(yàn)需平衡小車受到的阻力，應(yīng)將木板一端墊高，使小車在無(wú)拉力時(shí)能勻速運(yùn)動(dòng)。

123456答案m/kga/(m·s-2)0.250.6180.330.4820.400.4030.500.3171.000.152AC123456答案

(3)為探究加速度與力的關(guān)系，在改變作用力時(shí)，甲同學(xué)將放置在實(shí)驗(yàn)桌上的槽碼依次放在槽碼盤上；乙同學(xué)將事先放置在小車上的槽碼依次移到槽碼盤上，在其他實(shí)驗(yàn)操作相同的情況下，

(填“甲”或“乙”)同學(xué)的方法可以更好地減小誤差。123456答案乙123456答案

3.(2025·廣西卷·12)在用如圖甲的裝置做“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)中：123456答案(1)探究小車加速度與小車所受拉力的關(guān)系時(shí)，需保持小車(含加速度傳感器，下同)質(zhì)量不變，這種實(shí)驗(yàn)方法是

。控制變量法

在探究小車加速度與小車所受拉力的關(guān)系時(shí)，需保持小車(含加速度傳感器)質(zhì)量不變，這種實(shí)驗(yàn)方法是控制變量法。(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，調(diào)節(jié)定滑輪高度，使連接小車的細(xì)繩與軌道平面保持

。123456答案平行

實(shí)驗(yàn)時(shí)，為使小車運(yùn)動(dòng)方向受到細(xì)繩的拉力等于力傳感器的示數(shù)，要調(diào)節(jié)定滑輪高度，使連接小車的細(xì)繩與軌道平面保持平行，保證細(xì)繩對(duì)小車的拉力方向與小車運(yùn)動(dòng)方向一致，減小實(shí)驗(yàn)誤差。(3)由該裝置分別探究M、N兩車加速度a和所受拉力F的關(guān)系，獲得a-F圖像如圖乙，通過圖乙分析實(shí)驗(yàn)是否需要補(bǔ)償阻力(即平衡阻力)。如果需要，說(shuō)明如何操作；如果不需要，說(shuō)明理由：

。123456答案需要答案撤除細(xì)繩連接的力傳感器和重物，將木板左端用墊塊墊起適當(dāng)高度，使小車能沿木板勻速下滑123456答案

由題圖乙可知，當(dāng)拉力F為某一值時(shí)才產(chǎn)生加速度，說(shuō)明小車受到摩擦力，需要補(bǔ)償阻力。操作方法：撤除細(xì)繩連接的力傳感器和重物，將木板左端用墊塊墊起適當(dāng)高度，使小車能沿木板勻速下滑。(4)懸掛重物讓M、N兩車從靜止釋放經(jīng)過相同位移的時(shí)間比為n，兩車均未到達(dá)軌道末端，則兩車加速度之比aM∶aN=

。123456答案1∶n2

4.(2025·河北張家口市檢測(cè))小明同學(xué)用如圖甲所示的裝置來(lái)完成探究“加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)。123456答案(1)用該裝置進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，

(選填“需要”或“不需要”)平衡阻力；需要

因小車和紙帶所受的摩擦力不便于測(cè)出，則需墊高木板用小車所受重力的分力平衡掉摩擦力，故實(shí)驗(yàn)需要平衡阻力；(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)得到如圖乙所示的一條紙帶，已知電源的頻率為50Hz，每?jī)蓚€(gè)相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間還有四個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)沒有畫出，則小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小為

m/s2(保留2位有效數(shù)字)；123456答案0.75123456答案

(3)改變鉤碼的質(zhì)量，根據(jù)得到的多條紙帶得到小車運(yùn)動(dòng)的加速度大小a并記錄對(duì)應(yīng)的力傳感器的示數(shù)F，則根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到的a-F圖像可能是

。123456答案A123456答案

5.(2026·湘豫名校聯(lián)考檢測(cè))某實(shí)驗(yàn)小組利用如圖甲所示的裝置測(cè)量滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ。實(shí)驗(yàn)步驟如下：①將長(zhǎng)木板一端固定在水平桌面上，另一端墊高形成有一定傾角的斜面，用量角器量出斜面的傾角θ。②將光電門A、B垂直固定在斜面上，記錄兩光電門間的距離s。③讓質(zhì)量為m的滑塊從斜面頂端由靜止釋放，測(cè)得滑塊上的遮光條通過光電門A、B的時(shí)間分別為Δt1、Δt2。已知重力加速度為g，滑塊上的遮光條的寬度為d，回答以下問題：123456答案(1)滑塊通過光電門A時(shí)的瞬時(shí)速度大小v1=

，通過光電門B時(shí)的瞬時(shí)速度大小v2=

(均用d、Δt1、Δt2中符號(hào)表示)，滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=

(用g、s、θ、v1、v