2026届高考物理一轮复习课件：第三章 实验4：探究加速度与力、质量的关系

这是一份2026届高考物理一轮复习课件：第三章 实验4：探究加速度与力、质量的关系，共24页。PPT课件主要包含了夯实基础，实验目的，实验设计，测量哪些量，怎么测量，控制变量法，物体所受的合力，考点一教材原型实验等内容，欢迎下载使用。
一、实验目的 1. 学会用控制变量法研究物理量的关系。 2. 探究加速度与力、质量的关系。 3. 掌握利用图像处理数据的方法。二、实验器材打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、槽码、夹子、细绳、交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码。
加速度a 与力F 的关系
加速度a 与质量m 的关系
三、实验原理(一)控制变量法的应用将小车置于水平木板上，用细绳通过滑轮与槽码相连，小车可以在槽码的牵引下运动。1.保持小车质量不变，研究加速度与力的关系。2.保持小车所受的拉力不变，研究加速度与质量的关系。
(二)物理量的测量1.用天平测量质量：为了改变小车的质量，可以在小车中增减砝码的数量。2.将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。3.现实中，仅受一个力作用的物体几乎不存在。然而，一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的。因此，实验中作用力F 的含义可以是物体所受的合力。用平衡阻力法确定小车受到的合力——槽码的牵引力。
四、实验步骤1.称量质量——用天平测量槽码和小车的质量。2.安装器材——按如图所示装置安装器材(暂时不把悬挂槽码的细绳系在小车上)。
3.平衡阻力法平衡摩擦及其他阻力——在长木板不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，反复移动薄木块的位置，直至小车能拉着纸带匀速下滑。 4.测量加速度(1)保持小车的质量不变，打出一条纸带。计算槽码的重力，由纸带计算出小车的加速度，填入表中。改变槽码的个数，多做几次实验。(2)保持槽码个数不变，在小车上放上砝码改变小车的质量，让小车在木板上滑动打出纸带。计算砝码和小车的总质量，并由纸带计算出小车对应的加速度，填入表中。改变小车上砝码的个数，多做几次实验。
六、注意事项1.开始实验前首先平衡阻力：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平衡小车和纸带受到的阻力。在平衡阻力时，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平衡阻力。3.实验必须保证的条件：小车的质量远大于钩码的质量。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。
七、误差分析1.实验原理不完善：本实验用槽码的重力代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于槽码的重力。2.阻力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差。
典例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流电源和导线外，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)实验前平衡阻力的做法是：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　　　　(选填 “远大于” “远小于” 或 “近似等于” )小车的总质量。 
(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50 Hz的交流电源上。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平衡阻力不足 B. 不通过坐标原点可能是因为平衡阻力过度 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
答案 (1)BD　(2)匀速直线　(3)远小于　(4)0.44　(5)小车　(6)AC　(7)C
考点二：实验的改进与创新
典例2.(2024江西卷)某小组探究物体加速度与其所受合外力的关系。实验装置如图甲所示，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。
(4)与图线a相比，图线b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)。 
(5)请在图乙中补充描出第6至8三个数据点，并补充完成图线c。(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:　   　。 
答案 (4)较大　较小(5)如图所示(6)远大于钩码质量　
典例3.(2022山东卷)在天宫课堂中，我国航天员演示了利用牛顿第二定律测量物体质量的实验。受此启发，某同学利用气垫导轨、力传感器、无线加速度传感器、轻弹簧和待测物体等器材设计了测量物体质量的实验，如图甲所示。主要步骤如下:①将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，加速度传感器固定在滑块上。②接通气源，放上滑块，调平气垫导轨。
③将弹簧左端连接力传感器，右端连接滑块。弹簧处于原长时滑块左端位于O点,A点到O点的距离为5.00 cm，拉动滑块使其左端处于A点，由静止释放并开始计时。④计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力F、加速度a随时间t变化的图像,部分图像如图乙所示。
回答以下问题(结果均保留两位有效数字):(1)弹簧的劲度系数为　　　　 N/m。 (2)该同学从图乙中提取某些时刻F与a的数据,画出a-F图像如图丙中Ⅰ所示，由此可得滑块与加速度传感器的总质量为　　　　 kg。 (3)该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤,在图丙中画出新的a-F图像Ⅱ，待测物体的质量为　　　　 kg。 
答案 (1)12　(2)0.20　(3)0.13
1.(2024广东卷)下面是《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。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50 Hz，则小车的加速度大小为　 m/s2(结果保留三位有效数字)。 
答案 平衡小车受到的阻力　2.86
2.小明利用如图甲所示的实验装置探究加速度与力的关系，滑块放在长木板上，长木板置于水平桌面上，砂桶通过滑轮用细线拉滑块，在细线上接有一个微型力传感器，通过力传感器可以直接读出细线的拉力大小F。保持滑块质量不变，在砂桶中添加少量细砂来改变力传感器的示数F，利用打点计时器打出的纸带求出不同拉力F时对应的加速度a，从而得到如图乙所示的F-a图像。
(1)关于该实验，下列说法正确的是　　　。  A. 需要略微垫起长木板左端来平衡阻力 B. 砂桶和砂的总质量应远小于滑块的质量 C. 需要让细线与长木板保持平行(2)实验中打出的一条纸带如图丙，打点计时器打点的周期T=0.02 s，在纸带上依次标上1、2、3、4、5、6、7计数点，相邻两个计数点之间还有四个点没有画出来，测得x1=7.35 cm、x2=9.44 cm、x3=11.56 cm、x4=13.65 cm、x5=15.86 cm、x6=17.97 cm。利用以上数据可知，打该纸带时滑块的加速度大小a=　　 m/s2(结果保留三位有效数字)。 (3)图乙中直线的延长线没有经过原点的原因是　　　　　　(任写一条即可)，由图乙可知滑块的质量m=　　　　 kg(结果保留两位有效数字)。
答案 (1)AC　(2)2.13　(3)未平衡阻力或未完全平衡阻力　1.0
②图线不通过坐标原点，出现这个现象的原因是　　　　。  A.小车的加速度a与拉力F成正比 B.操作过程中没有平衡阻力或未完全平衡阻力 C.不满足所挂重物质量远小于小车质量③加速运动过程，重物处于_________________(选填 “超重” 或 “失重” )状态。 ④ 图线的斜率表示的物理意义是　　　　　　　　　　。 
4.为了探究质量一定时加速度与力的关系，一同学设计了如图甲所示的实验装置。其中m0为带滑轮的小车的质量，m为砂和砂桶的质量，滑轮质量不计。
(1)实验时，一定要进行的操作或保证的条件是　　　。  A. 用天平测出砂和砂桶的质量 B. 将带滑轮的长木板右端垫高,以平衡阻力 C. 小车靠近打点计时器，先释放小车，再接通电源，打出一条纸带，同时记录弹簧测力计的示数 D.改变砂和砂桶的质量，打出几条纸带 E.为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的质量m远小于小车的质量m0(2)该同学在实验中得到如图乙的一条纸带(相邻两计数点间还有两个点没有画出)，已知打点计时器使用的是频率为50 Hz的交流电源，根据纸带可求出小车的加速度为　　　　m/s2(结果保留两位有效数字)。 
答案 (1)BD　(2)1.3　(3)D
答案 (1)0.19(0.18也可)　(2)甲　甲和乙