实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系（讲义）-2025年高考物理一轮复习（新教材新高考）

第12讲实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系

目录

01、考情透视，目标导航

02、知识导图，思维引航..............................................2

03、考点突破，考法探究..............................................2

考点一教材原型实验...........................................................2

知识点一、理清原理与操作.......................................................2

知识点二、掌握数据处理方法.....................................................3

知识点三、注意实验细节.........................................................3

知识点四、做好误差分析.........................................................4

考向1是否需要平衡阻力.........................................................4

考向2是否一定满足m«M.......................................................6

考点二拓展创新实验............................................................7

考向1改进测量力的方案.........................................................8

考向2改进测量加速度的方案.....................................................9

04、真题练习，命题洞见..............................................9

考情透视•目标导航

2024•甘肃・高考真题物理试题

2024.江西・高考真题物理试题

考情

2024•广东•高考真题物理试题

分析

2024•浙江•高考真题物理试题

2022•山东・高考真题物理试题

复习目标1.理解实验的原理，明确实验过程并能进行数据处理。

目标目标2.了解实验的注意事项，会对实验进行误差分析。

目标3.能理解创新实验的原理，并能运用相应的公式、函数处理数据。

小知识导图•思维引航\\

,补偿摩擦、力的测量、质量

原理与操作

的测量

辘处瓯法逐差法测加速度

教材原型实验

作图像找关系

注意实验细苣

偶然误差

误差分析

系统误差

实验：探究加速度与物体受力、-►

物体质量的关系

实验器材创新

细绳小车打点计时器

实验拓展创实验原理创新

新

实验目的创新

㈤3

考点突破・考法探究

考点一教材原型实验

f知识固本」

知识点一、理清原理与操作

细绳小车打点计时器

原理装

置图mU一端有定滑轮的长木板

探究方法——控制变量法

(1)平衡：把木板的一侧垫高，平衡小车受到的阻力(改变小车或槽码质量，无需

重新平衡阻力)。

(2)质量：槽码的质量远小于小车质量(若使用力传感器，或以小车与槽码的系统

为研究对象无需满足此要求)。

操作(3)要测量的物理量

要领①小车与其上祛码的总质量(用天平测量)。

②小车受到的拉力(约等于槽码的重力)。

③小车的加速度(根据纸带用逐差法或根据光电门数据计算加速度)。

(4)其他：细绳与长木板平行；小车从靠近打点计时器的位置释放，在到达定滑

轮前按住小车，实验时先接通电源，后释放小车。

知识点二、掌握数据处理方法

1.逐差法求加速度

先在纸带上标明计数点，测量各计数点间的距离，根据逐差法计算各条纸带对应的加速度。

2.作图像找关系

(1)探究加速度与力的关系

以加速度。为纵轴、尸为横轴，根据测量的数据描点，然后作出图像，看图像是否是通过原点的直

线，就能判断a与尸是否成正比。

(2)探究加速度与质量的关系

以a为纵轴、M为横轴，根据各组数据在坐标系中描点，将会得到如图甲所示的一条曲线，由图线只

能看出M增大时a减小，不能得出。与M的具体关系。若以。为纵轴、吉为横轴，将会得到如图乙所示的

一条过原点的倾斜直线，就能判断a与M成反比。

知识点三、注意实验细节

1.平衡阻力的方法：在长木板无滑轮的一端垫上小木块，使其适当倾斜，利用小车重力沿斜面方向的

分力与摩擦力平衡。

2.判断小车是否做匀速直线运动，一般可目测，必要时可通过打点纸带，看上面各点间的距离是否均

匀。

3.平衡摩擦力时要注意以下两点：

(1)平衡摩擦力时不能在细绳的另一端挂槽码。

(2)平衡摩擦力时必须让小车连上纸带，且让打点计时器处于工作状态。

知识点四、做好误差分析

1.偶然误差

(1)小车、槽码质量的测量。

⑵纸带上各计数点间距的测量。

2.系统误差

(1)平衡阻力不足或者过度。

(2)用槽码的重力替代细绳的拉力。

-----------M-»u

考向洞察」

考向1是否需要平衡阻力

1.图甲是某研究性学习小组探究小车加速度与合外力关系的实验装置，长木

板置于水平桌面上。细线一端与小车相连，另一端通过一个定滑轮和一个动滑

轮与固定的弹簧测力计相连，动滑轮下悬挂一个沙桶。改变桶中沙的质量进行

多次实验，并记录相关数据。请完成下列问题：

ABCD

U

0.5壬50:8.331rl

t14.76

■22.72

乙丙

⑴某次实验中，小车释放后弹簧测力计示数如图乙所示，其读数为N；

(2)实验中得到一条纸带，各计数点到A点的距离如图丙所示，相邻计数点间有四个点未标出，电源的频率

为50Hzo由纸带可知小车的加速度大小为m/s3结果保留两位小数)；

⑶以弹簧测力计的示数厂为横坐标，以小车的加速度〃为纵坐标，画出的b图像可能正确的是o

OFOFOFOF

ABCD

2.图甲是利用气垫导轨探究在外力一定的条件下，物体加速度与质量关系的实验装置。实验步骤如下:

光电门1光电门2

滑定滑轮

气7

垫

导

轨导轨标尺

甲

①气垫导轨放在水平桌面上，并调至水平；

②用游标卡尺测出挡光条的宽度为L-.

③由导轨上标尺读出两光电门中心之间的距离为s；

④将滑块移至光电门1左侧某处，待祛码静止不动后释放滑块，要求祛码落地前挡光条已通过光电门2；

⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间分别为Afi和根；

⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量为M；

⑦改变滑块的质量，重复步骤④⑤⑥进行多次实验。

根据上述实验回答下列问题：

(1)关于实验操作，下列说法正确的是o(多选)

A.应先接通光电门后释放滑块

B.调节气垫导轨水平时，应挂上祛码

C.应调节定滑轮使细线和气垫导轨平行

D.每次都应将滑块从同一位置由静止释放

(2)用测量物理量的字母表示滑块加速度。=。

d7

6

o.5

od.4

3

o.2

o.1

o.0

0.40.81.21.6

(3)由图乙画出的1的图线(实线)，可得到祛码和祛码盘的总重力G=No

(4)在探究滑块加速度。和质量M间的关系时，根据实验数据画出如图乙所示的5图线，发现图线与理论

值(虚线)有一定的差距，可能原因是

【题后总结】

1.在探究放在长木板上的小车的加速度与所受的合外力、质量的关系时，为了使细绳的

拉力作为小车所受的合外力，必须平衡小车所受的摩擦力。

2.在利用气垫导轨探究滑块加速度与合外力、质量的关系时，只要气垫导轨处于水平状

态，细绳的拉力即为滑块所受的合外力，此时不必使导轨适当倾斜。

考向2是否一定满足m«M

3.(2024年I月•广西高考适应性演练)某同学进行“探究加速度与力、质量的关系”的实验，实验装置如图:

(2)在进行实验时，该同学将长木板不带滑轮的一端垫高，使得小车在不受牵引时能拖动纸带沿长木板做

运动，该操作的目的是补偿阻力；

(3)当槽码的质量m和小车的质量M大小关系满足时，可以认为小车所受的拉力大小与槽码所受的

重力大小相等。

4.某同学设计了如下方案研究质量一定时加速度与合外力的关系，实验装置如图甲所示。

(1)实验时，需要进行的操作是

A.平衡阻力时应不挂沙桶

B.用天平测出沙和沙桶的质量

C.小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车

D.为减小误差，实验中一定要保证沙和沙桶的总质量相远小于小车(含滑轮)的质量M

(2)保持小车(含滑轮)的质量不变，改变沙桶中沙的质量，记录多组传感器的读数尸和对

应纸带的加速度a的数值，绘制出如图乙所示的a-尸图像，实验小组仔细分析图像，得

出了实验所用小车(含滑轮)的质量为kgo

(3)该同学根据测量数据做出如图乙所示的a-F图线没经过原点，该同学做实验时存在的

问题是

【题后总结】

1.平衡好摩擦力后挂上小盘。

对小车，有月=胸；对小盘，有所以3黯=当

1+M

当初《M时，可近似认为Fr=»ig,即小车受到的拉力近似等于小盘和祛码的重力。

因此本实验的实验条件为m《M。

2.通过实验过程和实验器材的改变，细绳的拉力可以直接或间接测出，此时小车的质量与小盘和盘上祛码的

质量间就不需要满足m《M的关系。

3.若应该满足加《M而得不到满足时，图像和a■图像都将发生弯曲现象，如图所示。

考点二拓展创新实验

--------------H-H-u

知识

创新角度实验举例

拉力M.打点计时器

定滑轮传感器小

纸带

沙桶

m

光电数字光电

实验器材|']2计时器门1,

滑块遮光条

创新

拉力气岂呼『

传感器已

VI

刻嬴

槽码

位移传感器，速度传感器，拉力传感器，气垫导轨，光电门

打点计时器

实验原理

创新挂上托盘和祛码，改变木板的倾角，使质量为〃的小车拖着纸带沿木板

匀速下滑，取下托盘和祛码，测出其总质量为加，让小车沿木板下滑,

可知小车所受合力为mg,改变祛码质量，多次重复实验探究加速度与物

体受力关系。

光电门光电门

遮光务A

物典K

1口细线口

重物

实验目的

结合光电门得出物块在、3两点的速度，由VB~一以2=2«%得出物块

创新(1)A

的加速度

(2)结合牛顿第二定律，由mg-卜机)。得出物块与水平桌面间的

动摩擦因数

(考向洞察J]

考向1改进测量力的方案

1.图甲为“探究加速度与物体所受合外力关系”的实验装置，实验中所用小车的质量为M,重物的质量为现,

实验时改变重物的质量，记下测力计对应的读数凡

⑴实验过程中，(填“需要”或“不需要”)满足

(2)实验过程中得到如图乙所示的纸带，已知所用交流电的频率为50Hz。其中A、B、C、D、£为五个计数

点，相邻两个计数点之间还有4个点没有标出，根据纸带提供的数据，可于之出小车加速度的大小为

________m/s2(计算结果保留3位有效数字)。

(3)当重物质量合适时，小车做匀速运动，此时测力计的读数为Foo更换重物，用1a表示小车的加速度，F

表示弹簧测力计的示数，下列描绘的a—尸关系图像合理的为________=

，「，

ohaho>LZFo)h

ABCD

考向2改进测量加速度的方案

2.在“用DIS研究加速度和力的关系”实验中：某同学采用光电门测量加速度，实验装置如图。将小车放置在

轨道上，使挡光片的左端与小车的左端A点对齐，光电门放在2处，测出A到2的距离L和挡光片的宽度

d.由静止开始释放小车，光电门自动测出小车上挡光片通过光电门的时间加。

挡光片光号门

ALBO

钩码

(1)根据题中已知物理量，小车的加速度。=(用题中字母表示)。

(2)在上述实验中，下列操作步骤中必须做到的是o

A.要用天平称量小车质量

B.钩码的质量应该远小于小车质量

C.通过增减配重片来改变小车的质量

D.不论轨道光滑与否，轨道一定要保持水平

(3)上述实验用光电门来测量小车运动的瞬时速度，若考虑挡光片的宽度，得到的速度测量值和真实值相比

A.偏大B.偏小

C.一样大D.都有可能

(4)为了研究加速度和力的关系，某同学选择画小车的加速度与钩码质量的关系图线，如图所示。分析发现

图线在横轴上有截距，这是因为。

1.(2024•甘肃•高考真题)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，改变小车上祛码的质量，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1,S?,…,Sg,时间间隔均为7。下列加速度算式中，最优的是（单选，填

正确答案标号）。

iJSs-2S7S「S6।$6-SsSs-S$4-邑$3-S?5一工

4T十丁2十丁2十丁2十丁2十丁2十72

邑一乂「s5r31$3-1)

Rss&

'社2T22T22T22T22T2IT2)

414〃4T24T24T2

（3）以小车和祛码的总质量M为横坐标，加速度的倒数!为纵坐标，甲、乙两组同学分别得到的图像

aa

由图可知，在所受外力一定的条件下，。与M成（填“正比”或"反比，'）；甲组所用的（填“小车”、

“祛码”或“槽码”）质量比乙组的更大。

2.（2024•江西•高考真题）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=320g。利用光电门系统测出不同钩码质量m时小车加速度心钩码所受重力记为F,

作出a-歹图像，如图（b）中图线甲所示。

档（mH）

6.0三三三三三三茸三三三^琴i三

3.0

F/(9.8N)

图(b)

（3）由图线甲可知，产较小时，a与尸成正比；尸较大时，。与尸不成正比。为了进一步探究，将小车的

质量增加至Mz=470g,重复步骤（2）的测量过程，作出。-尸图像，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=720g,重复步骤（2）的测量过程，记录钩码所受重力厂与小车加速度。，如表所示（表中第9~14组

数据未列出）。

序号12345

钩码所受重力R/（9.8N）0.0200.0400.0600.0800.100

小车加速度a/（m§2）0.260.550.821.081.36

序号6789〜1415

钩码所受重力尸/（9.8N）0.1200.1400.160.......0.300

小车加速度a/(m-s-2)1.671.952.203.92

(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o

(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：o

3.(2024•广东•高考真题)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50Hz,则小车的加速度大小为m/s?(结果保留3位有效数字)。

小车打点计时器

(2)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，某同学用50分度的游标卡尺测量一例柱体的长度，示数如

图丙所示，图丁为局部放大图，读数为cm。

(3)在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏。遮光筒不可

调节。打开并调节o使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮。取下光屏，装上单缝、双缝和测量头。调节

测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到。

4.(2024•浙江•高考真题)如图1所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。

(1)该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是

A.放大法B.控制变量法C.补偿法

(2)该实验过程中操作正确的是—；

A.补偿阻力时小车未连接纸带

B.先接通打点计时器电源，后释放小车

C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行

（3）在小车质量—（选填“远大于”或“远小于”）槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。上

述做法引起的误差为—（选填“偶然误差”或“系统误差”）。为减小此误差，下列可行的方案是一；

A.用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车

B.在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器

C.在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小

（4）经正确操作后获得一条如图2所示的纸带，建立以计数点。为坐标原点的x轴，各计数点的位置坐标

分别为0、耳、…、血。已知打点计时器的打点周期为T，则打计数点5时小车速度的表达式v=—；小车

加速度的表达式是—=

0X2x3x4x5x6

0123456X

01234567891011121314151617181920212223242526272829303132333435363738394041424344454647484950

cm

图2

x,-2xx,—2x.工5+工4一（4+尤2）

A=BC

-W