实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系（考点复习）-2025高考物理九大力学实验考点复习+对点训练

试卷第=page11页，共=sectionpages33页试卷第=page11页，共=sectionpages33页实验四探究加速度与物体受力、物体质量的关系====================近三年真题考查分布====================年份试卷分值难度2024浙江1月7分★★☆江西卷8分★★☆甘肃卷6分★★☆2023上海卷10分★☆☆2022山东卷6分★★☆====================实验讲解====================1.实验原理（1）保持质量不变，探究加速度跟___________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。2.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。3.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，注意不要把悬挂槽码的细绳系在小车上（即不给小车___________牵引力___________）。（3）补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，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___________释放小车___________，断开电源，取下纸带，编号码。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的图像。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。4.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。5.注意事项（1）开始实验前首先补偿阻力：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补偿___________小车和纸带受到的阻力___________。在补偿阻力时，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补偿阻力。（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___________，且应在小车到达滑轮前按住小车。6.误差分析（1）实验原理不完善：本实验用槽码的总重力m′g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）补偿阻力不准确、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。====================创新实验====================实验装置图创新/改进点（1）实验方案的改进：系统总质量不变化，改变拉力得到若干组数据（2）用传感器记录小车的时间t与位移x，直接绘制xt图像（3）利用牛顿第二定律求解实验中的某些参量，确定某些规律（1）用传感器与计算机相连，直接得出小车的加速度（2）图像法处理数据时，用钩码的质量m代替合力F，即用am图像代替aF图像（1）用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得物块的初速度和末速度，由运动学公式求出加速度（2）结合牛顿第二定律，该装置可以测出动摩擦因数弹簧测力计测量小车所受的拉力，钩码的质量不需要远小于小车质量，更无须测钩码的质量（1）气垫导轨代替长木板，无须平衡摩擦力（2）力传感器测量滑块所受的拉力，钩码的质量不需要远小于滑块质量，更无须测钩码的质量（3）用光电门代替打点计时器，遮光条结合光电门测得滑块的末速度，由刻度尺读出遮光条中心初始位置与光电门之间的距离，由运动学公式求出加速度====================典型考题====================一、考点一：利用小车匀加速移动探究1．用如图甲所示的装置探究加速度与力、质量的关系。

(1)除了图中所给器材以及交变电源和导线外，在下列器材中，还必须使用的两种器材是_______（选填正确选项的字母）。A．秒表 B．天平（含砝码）C．弹簧测力计 D．刻度尺(2)实验前补偿阻力的做法是：把实验器材安装好，先不挂沙桶，将小车放在木板上，后面固定一条纸带，纸带穿过打点计时器。用垫块把木板不带滑轮一端垫高，接通打点计时器，让小车以一定初速度沿木板向下运动，并不断调节木板的倾斜度，直到小车拖动纸带沿木板做运动。(3)为使沙桶和沙的总重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需满足的条件是沙桶及沙的总质量小车的总质量。（选填“远大于”“远小于”或“近似等于”）(4)实验中打出的一条纸带的一部分如图乙所示。纸带上标出了连续的3个计数点A、B、C，相邻计数点之间还有4个点没有标出。打点计时器接在频率为50Hz的交变电源上。则打点计时器打B点时，小车的速度vB＝m/s。多测几个点的速度作出v－t图像，就可以算出小车的加速度。

(5)为探究加速度和力的关系，要保证的总质量不变，改变沙桶内沙的质量，重复做几次实验，通过实验数据来研究加速度和力的关系。(6)在探究加速度与力的关系时，该同学根据实验数据作出的a－F图像如图丙所示，发现该图线不通过坐标原点且BC段明显偏离直线，分析其产生的原因，下列说法正确的是________。

A．不通过坐标原点可能是因为补偿阻力不足B．不通过坐标原点可能是因为补偿阻力过度C．图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满足远小于小车总质量的条件D．图线BC段弯曲可能是沙桶及沙的总质量未满足远大于小车总质量的条件(7)在探究加速度与质量的关系时，要保证沙和沙桶的质量不变。若沙和沙桶的总质量m与小车的总质量M间的关系不满足第（3）问中的条件，且已正确补偿阻力，由实验数据作出a－图线，则图线应如图中的_______所示（选填正确选项的字母）。A．

B．

C．

D．

二、考点二：利用光电门探究2．如图，利用该装置做“探究物体加速度与质量的关系”的实验。气垫导轨上安装了两个光电门1、2，滑块上固定一遮光条。滑块通过绕过滑轮的细绳与槽码相连。请回答下列问题：(1)实验前，调节气垫导轨水平，这是为了；调整滑轮高度，使细绳与气垫导轨平行，这是为了保证。(2)实验测得数据如表，请根据表中数据作出图像（m为滑块的质量）。根据图像可知：绳子对滑块的拉力大小为N。（结果保留2位有效数字）0.300.600.801.001.002.002.503.20三、考点三：利用拉力传感器探究3．“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如图甲所示。小车后面固定一条纸带，穿过电火花计时器，细线一端连着小车，另一端通过光滑的定滑轮和动滑轮与挂在竖直平面内的拉力传感器相连，拉力传感器用于测小车受到拉力的大小。(1)在安装器材时，要调整定滑轮的高度，使拴小车的细绳与木板平行。这样做的目的是（）。A．防止打点计时器在纸带上打出的点痕不清晰B．为达到在平衡摩擦力后使细绳拉力等于小车受的合力C．防止小车在木板上运动过程中发生抖动D．为保证小车最终能够实现匀速直线运动(2)实验中（选填“需要”或“不需要”）满足所挂钩码质量远小于小车质量。(3)某小组在实验中打出的纸带一部分如图乙所示，图中相邻两计数点间有4个点未画出，打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz。由图中数据可求得：打点计时器在打C点时小车的瞬时速度大小为m/s；小车做匀加速运动的加速度大小为。（保留两位有效数字）4．在探究物体质量一定时加速度与力的关系实验中，小明同学对教材上的实验方案做了改进，如图甲所示，调节桌面水平，用力传感器直接测细线中的拉力F，小车在大小为2F的水平拉力作用下，由静止开始做匀加速运动。(1)关于该实验的操作，下列说法正确的是（）A．必须用天平测出砂和砂桶的质量，以其重力来表示绳中的拉力大小B．一定要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量C．需要改变砂和砂桶的总质量，打出多条纸带，测出加速度a与相应力传感器示数F(2)实验得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，相邻两计数点之间还有四个点未画出，由图中的数据可知，小车运动的加速度大小是m/s2。（结果保留两位有效数字）(3)由实验得到小车的加速度a与力传感器示数F的关系如图丙所示，则小车与轨道间的滑动摩擦力Ff=N，小车质量m=kg。（结果保留两位有效数字）四、考点四：利用阿特伍德机探究5．如图甲所示的装置叫阿特伍德机，是英国数学家、物理学家阿特伍德创制的一种著名力学实验装置，用来研究匀变速直线运动的规律。某同学对该装置加以改进后用来验证机械能守恒定律，如图乙所示。实验时，该同学进行了如下步骤：a、将质量均为M的重物A（含挡光片）、B用轻质细绳连接后，跨放在定滑轮上，处于静止状态，测量出A上挡光片中心到光电门中心的竖直距离h。b、在B的下端挂上质量为m的物块C，让系统（重物A、B以及物块C）中的物体由静止开始运动，光电门记录挡光片挡光的时间Δt。c、测出挡光片的宽度d，计算重物A运动的速度大小v。d、利用实验数据验证机械能守恒定律。（1）步骤c中，计算重物A的速度v=（用实验中字母表示）。（2）为使v的测量值更加接近真实值，请写出一条可采用的合理的方法：。（3）步骤d中，如果系统（重物A、B以及物块C）的机械能守恒，应满足的关系式为（已知当地重力加速度大小为g，用实验中字母表示）。（4）某次实验分析数据发现，系统重力势能减少量小于系统动能增加量，造成这个结果的原因可能是。A．细绳、滑轮并非轻质而有一定质量

B．滑轮与细绳之间产生滑动摩擦C．计算重力势能时g的取值比实际值大

D．挂物块C时不慎使B具有向下的初速度6．某中学实验小组为探究加速度与合力的关系，设计了如图甲所示的实验装置。主要实验步骤如下：①按图甲安装实验器材：质量为m的重物用轻绳挂在定滑轮上，重物与纸带相连，动滑轮右侧的轻绳上端与固定于天花板的力传感器相连，可以测量绳上的拉力大小，钩码和动滑轮的总质量为M，图中各段轻绳互相平行且沿竖直方向；②接通打点计时器的电源，释放钩码，带动重物上升，在纸带上打出一系列点，记录此时传感器的读数F；③改变钩码的质量，多次重复实验步骤②，利用纸带计算重物的加速度a，得到多组a、F数据。请回答以下问题：(1)已知打点计时器的打点周期为0.02s，某次实验所得纸带如图乙所示，A、B、C、D、E各点之间各有4个点未标出，则重物的加速度大小为（结果保留三位有效数字）。(2)实验得到重物的加速度大小a与力传感器示数F的关系如图丙所示，图像的斜率为k、纵截距为－b（b＞0），则重物质量m＝，当M＝3m时，重物的加速度大小为a＝。（本问结果均用k、b表示）五、考点五：利用小车运动对比探究7．在探究加速度与力的关系的实验中，小明同学设计了如图（a）所示（俯视图）的实验方案：将两个小车放在水平木板上，前端分别系一条细线跨过定滑轮与砝码盘相连，后端各系一细线。（1）为了平衡小车的阻力，在挂砝码盘前他需要调节木板倾斜度，直到轻推小车观察到。（2）在保证两小车质量相同、盘中砝码质量不同的情况下，用一黑板擦把两条细线同时按在桌子上，抬起黑板擦两小车同时开始运动，按下黑板擦两小车同时停下来。小车前进的位移分别为x1、x2，由于，则，测出砝码和砝码盘的总质量分别是m1、m2，若满足，即可得出小车的质量一定时其加速度与拉力成正比的结论。若小车的总质量远大于砝码和砝码盘的总质量，但该实验中测量的误差仍然较大，其主要原因是。小军同学换用图（b）所示的方案进行实验：在小车的前方安装一个拉力传感器，在小车后面固定纸带并穿过打点计时器。（3）由于安装了拉力传感器，下列操作要求中不需要的是。A．测出砝码和砝码盘的总质量B．将木板垫起适当角度以平衡摩擦力C．跨过滑轮连接小车的细绳与长木板平行D．砝码和砝码盘的总质量远小于小车和传感器的总质量（4）测出小车质量M并保持不变，改变砝码的质量分别测得小车加速度a与拉力传感器示数F，利用测得数据在坐标纸中画出图像如图（c）所示，利用图像给出的信息，可求出拉力传感器的质量为。六、考点六：利用手机传感器探究8．利用手机内置加速度传感器可实时显示手机加速度的数值。小明通过智能手机探究加速度与合外力的关系，实验装置如图甲所示，已知当地重力加速度为g。实验步骤如下：①轻弹簧上端固定，下端与手机相连接，手机下端通过细绳悬挂小瓶子（带盖）；②向瓶子内装适量细沙，整个实验装置处于静止状态；③打开手机软件，剪断细绳，通过手机软件记录竖直方向加速度a随时间t变化的图像，并用弹簧测力计测出瓶子和细沙的重力G；④改变瓶子中细沙质量，重复步骤③，获得多组实验数据。(1)某次实验中，通过手机软件记录竖直方向加速度a随时间变化的图像如图乙所示，剪断细绳瞬间手机的加速度对应图中的（选填“A”“B”或“C”）点；剪断细绳瞬间手机受到的合力大小F等于（选填“瓶子和细沙的重力G”或“手机的重力”）。(2)根据实验获得多组实验数据绘制图像如图丙所示，由图可得结论：在误差允许的范围内，。(3)若某同学在处理数据时，测得图丙中图线的斜率为k，则可推算出手机的质量为（选用k、g表示）。七、考点七：利用悬挂重物方式探究9．请使用下列器材测量小车质量：小车、一端带有定滑轮的平直轨道、垫块、细线、打点计时器、纸带、频率为的交流电源、直尺、质量均为的7个槽码。(1)完成下列实验步骤中的填空：i．按图甲安装好实验器材，跨过定滑轮的细线一端连接在小车上，另一端悬挂着7个槽码。改变轨道的倾角，用手轻拨小车，直到打点计时器在纸带上打出一系列的点，表明小车沿倾斜轨道匀速下滑；ⅱ．保持轨道倾角不变，取下1个槽码（即细线下端悬挂6个槽码），让小车拖着纸带沿轨道下滑，根据纸带上打的点迹测出加速度；ⅲ．依次减少细线下端悬挂的槽码数量，重复步骤ⅱ；ⅳ．以取下槽码的总个数的倒数为纵坐标，为横坐标，作出图像。(2)已知重力加速度大小，计算结果均保留三位有效数字，请完成下列填空：①下列说法正确的是；A．接通电源后，再将小车从靠近打点计时器处释放B．小车下滑时，位于定滑轮和小车之间的细线应始终跟倾斜轨道保持平行C．实验中必须保证细线下端悬挂槽码的质量远小于小车的质量D．若细线下端悬挂着2个槽码，则小车在下滑过程中受到的合外力大小为②若某次实验获得如图乙所示的纸带，已知相邻计数点间均有4个点未画出，则加速度大小；在打“7”点时小车的速度大小；③写出随变化的关系式（用，，，，表示）；④测得关系图线的斜率为，则小车质量。答案第=page11页，共=sectionpages22页答案第=page11页，共=sectionpages22页参考答案：1．(1)BD(2)匀速直线(3)远小于(4)0.44(5)小车(6)AC(7)C【详解】（1）利用天平测量质量，利用打点计时器可以计时，打出的纸带需测量长度求加速度，所以需要天平和刻度尺。故选BD。（2）补偿阻力时应使小车拖动纸带在木板上做匀速直线运动。（3）为使沙桶及沙的重力在数值上近似等于小车运动时受到的拉力，需要使沙桶及沙的总质量远小于小车的总质量。（4）纸带上相邻计数点时间间隔为由某段时间中间时刻的瞬时速度等于该段时间运动过程的平均速度，可得（5）探究加速度与力的关系时，需要保持小车的总质量不变。（6）AB．从题图丙可以看出，图像不过原点，即当F为某一值时，但加速度却为零，所以是未补偿阻力或补偿阻力不足。故A正确；B错误；CD．随着拉力F增大（即沙桶及沙的重力增大），已经不满足沙桶及沙的总质量远小于小车总质量的条件，造成BC段弯曲。故C正确；D错误。故选AC。（7）在探究加速度与质量的关系时，由于补偿了阻力，所以图像过原点，且分别对沙桶及沙和小车受力分析，由牛顿第二定律可得mg－FT＝ma，FT＝Ma联立，解得因为保证了沙和沙桶的质量不变，所以由实验数据作出a－图线，不会发生弯曲。故选C。2．(1)消除各种阻力的影响保证细线拉力等于对滑块的拉力(2)3.3【详解】（1）[1]若认为滑块所受的合力等于槽码的重力大小，则需要使细线的拉力等于滑块所受的合力，滑块在气泵上，接通气泵的电源，调节导轨的支脚，通过气流可使其对导轨没有压力从而实现没有摩擦力，当滑块恰好沿导轨做匀速直线运动时则滑块不受摩擦力。故实验前，调节气垫导轨水平，这是为了消除各种阻力的影响。[2]实验开始前调整滑轮高度，让细绳与轨道平面平行，保证细线拉力等于对滑块的拉力；（2）[1]图像，如图所示[2]由图可得解得k=ma即滑块所受的合外力F=k带数据解得F=k=3.3N3．(1)B(2)不需要(3)0.762.0【详解】（1）实验中调节定滑轮高度，使细绳与木板平行，可在平衡摩擦力后使细绳的拉力等于小车所受的合力，如果不平行，细绳的拉力在垂直于木板的方向上就有分力，改变了摩擦力就不能使细绳拉力等于小车所受的合力。故选B。（2）因为本实验中的力传感器可以读出绳的拉力，所以不需要满足所挂钩码质量远小于小车质量。（3）[1][2]相邻两计数点间有4个点未画出，则相邻计数点间的时间间隔为可得打点计时器在打点时小车的瞬时速度大小小车做匀加速运动的加速度大小为4．(1)C(2)2.4(3)1.02.9【详解】（1）AB．拉力可以由力传感器测出，不需要用天平测出砂和砂桶的质量，也就不需要使砂桶（包括砂）的质量远小于小车的总质量，故AB错误；C．该实验探究加速度与力的关系，需要改变砂和砂桶的总质量，打出多条纸带，故C正确。故选C。（2）相邻两计数点之间还有四个点未画出，则相邻两计数点之间的时间间隔为0.1s，所以（3）[1]根据牛顿第二定律可得当加速度为零时，有所以[2]结合以上分析可得所以5．减小挡光片的宽度dD【详解】（1）[1]重物A的速度为（2）[2]为使v的测量值更加接近真实值，减小挡光片的宽度d；（3）[3]根据机械能守恒定律得解得（4）[4]AB．细绳、滑轮并非轻质而有一定质量，系统重力势能减少量等于重物A、B、物块C、细绳、滑轮组成的系统动能的增加量与滑轮与细绳之间产生滑动摩擦生成的热量之和，则系统重力势能减少量大于重物A、B、物块C动能的增加量，AB不符合题意；C．若计算重力势能时g的取值比实际值大，则则系统重力势能减少量大于重物A、B、物块C动能的增加量，C不符合题意；D．挂物块C时不慎使B具有向下的初速度，重物A运动到光电门时挡光片挡光时间变小，则D符合题意。故选D。6．(1)1.72(2)【详解】（1）两点的时间为根据逐差公式故填1.72；（2）[1]对重物由牛顿第二定律得解得已知图像的斜率为k，得解得截距绝对值故填；[2]由图可知，钩码的加速度为重物的2倍，则对重物有当M＝3m时，联立解得重物的加速度大小为故填。7．小车做匀速直线运动黑板擦按下后小车不会立刻停下，测量位移不是实际匀加速过程的位移AD##DA【详解】（1）[1]当小车受力平衡时，小车做匀速直线运动，所以在挂砝码盘前他需要调节木板倾斜度，直到观察到小车做匀速直线运动。（2）[2]根据题意，由位移公式可知，小车从静止开始做匀加速直线运动时，时间相等的情况下加速度与位移成正比，根据牛顿第二定律有，小车质量一定时，加速度与拉力成正比，拉力是用砝码和砝码盘的总重力mg代替的（即加速度与砝码和砝码盘的总重力mg成正比），所以若满足，则加速度与拉力成正比。[3]若小车的总质量远大于砝码和砝码盘的总质量，但该实验中测量的误差仍然较大，分析实验中客观原因，当然是位移测量出现的问题，比如