2026高考一轮总复习 物理课件_实验四　探究加速度与力、质量的关系_含解析

这是一份2026高考一轮总复习 物理课件_实验四　探究加速度与力、质量的关系_含解析，共54页。
一、实验目的1. 学会用控制变量法研究物理量之间的关系。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。
1. 保持质量不变，探究加速度与 的关系。
2. 保持合外力不变，探究加速度与 的关系。
三、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、坐标纸等。
1. 测量：用天平测量槽码的质量m'和小车的质量m。
2. 安装：按照如图所示的装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细 绳系在小车上（即不给小车 ⁠）。
3. 补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，使小车能 ⁠ 下滑。
（1）槽码通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先 后 ⁠ ，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图像。
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 。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： ⁠。
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 ，并应先 ，后 ，且应在小车 到达滑轮前按住小车。
小车和纸带受到的阻力　
七、误差分析1. 实验原理不完善：本实验用槽码的总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。
某实验小组的同学探究加速度与质量的关系时，从中选出了其中一 条清晰的纸带，如图所示，每相邻两个计数点之间还有4个点没有画出。 已知打点计时器每0.02 s打一个点，则打下B点时小车的速度 为 m/s，小车的加速度为 m/s2。（以上结果均保留两位有 效数字）
（2024·江西高考11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M1＝320 g。利用光电门系统测出挂不同钩码质量m时 小车加速度a。钩码所受重力记为F，作出a-F图像，如图b中图线甲所示。
（3）由图线甲可知，F较小时，a与F成正比；F较大时，a与F不成正比。 为了进一步探究，将小车的质量增加至M2＝470 g，重复步骤（2）的测量 过程，作出a-F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＝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）。
解析： 根据题图b分析可知，与图线甲相比，图线乙的线性区间较 大，非线性区间较小。
（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。
解析：（5）在坐标系中进行描点， 结合其他点用平滑的曲线拟合，使 尽可能多的点在线上，不在线上的 点均匀分布在线的两侧，如图所 示。
（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： 　　　　。
（2025·江西南昌模拟）某同学在做探究加速度与力和质量的关系 的实验中，设计了如图甲所示的实验装置。
（1）利用游标卡尺测量遮光条的宽度，测量结果如图乙所示，遮光条的 宽度d＝ cm；
解析： 20分度游标卡尺的精确值为0.05 mm，则遮光条的宽度为d＝5 mm＋0.05×8 mm＝5.40 mm＝0.540 cm。
（3）实验时用拉力传感器直接测得拉力F，则滑块运动加速度a与拉力F的 关系图像最符合本实验实际情况的是 。（选填选项前的字母）
解析： 传感器的读数直接得出了拉力F，滑块在气垫导轨上运动不受 摩擦力作用，拉力F就是滑块所受的合外力，没有系统误差，所以图像应 该是一条通过原点的倾斜的直线。故选C。
创新分析1. 利用气垫导轨替代长木板做实验。2. 利用力传感器测出滑块所受的合外力。3. 利用光电门与数字计时器结合测量滑块的速度。
（2025·河南洛阳一模）某同学利用如图甲所示的实验装置测量小 车和智能手机的总质量，智能手机可以利用APP直接测量出手机与小车运 动时的加速度。悬挂质量为m的钩码，用智能手机测出小车运动的加速度 a，改变钩码的质量m，进行多次测量。作出a与m（g－a）的图像如图乙所示，已知图像中直线的截距为b，斜率为k。不计空气阻力，重力加速度为g。
（1）以下说法正确的是 ⁠；
1. 在探究加速度a与所受合力F的关系时，某实验小组采用图甲所示的实验 装置进行实验探究，控制小车质量M不变，寻找其加速度a与所受合力F的 关系。
（1）该实验必须要补偿阻力。在补偿阻力的这步操作中，该同学 ⁠ （选填“需要”或“不需要”）通过细绳把沙桶挂在小车上。
解析： 该实验在补偿阻力这步操作中，不需要通过细绳把沙桶挂在 小车上。
（2）在实验中，该同学得到了一条如图乙所示的纸带，他每隔4个点取一 计数点，在纸带上做好1、2、3、4、5的标记，用毫米刻度尺测量出从起 点1到各计数点的距离，在图中已经标出。已知电火花计时器的打点周期 为0.02 s，则该小车运动的加速度大小为 m/s2（计算结果保留2位 有效数字）。
（3）在数据处理环节，把沙和沙桶的总重力当成小车受的合力F，采用图 像法处理数据，画出如图丙所示a-F图像，发现图线上端弯曲，并不是直 线，出现这一问题的可能原因是 ⁠ ⁠。
解析： 图线上端弯曲，其原因可能是小车质量没有远远大于沙和沙 桶的总质量。
小车质量没有远远大于沙和沙桶的总质
（4）关于本实验存在的误差，以下说法正确的是 ⁠。
解析： 在题图乙中，每个测量数据均存在偶然误差，通过多次测量 的方式可以减小误差，A正确；因沙和沙桶加速下降，处于失重状态，则 细绳的拉力小于沙和沙桶的总重力，即把沙和沙桶的总重力当成小车的合 力导致实验中存在系统误差，可以将沙和沙桶以及小车看成一个整体研 究，这样可以避免该系统误差，B正确；实验中用图像法处理数据可以减 小偶然误差，不能直观的得出a与F的关系，C错误。
2. 某实验小组利用如图甲所示的装置“探究加速度与力、质量的关系”。
（1）实验中除了需要小车、砝码、托盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、两根导线、复写纸、纸带之外，还需要 、 ⁠。
解析： 实验中需要用托盘和砝码的总重力表示小车受到的拉力，需 测量托盘的质量，实验中还需要测量小车和车上砝码总质量，所以还需要 天平。实验中需要用刻度尺测量纸带上点迹间的距离，从而得出加速度， 所以还需要刻度尺。
（3）有一组同学保持小车及车中的砝码质量一定，探究加速度a与所受外 力F的关系，他们在轨道水平及倾斜两种情况下分别做了实验，得到了两 条a-F图线，如图丙所示。图线 （选填“①”或“②”）是在轨道倾 斜情况下得到的；小车及车中砝码的总质量M＝ kg。
3. 学校物理兴趣小组用如图甲所示的阿特伍德机验证牛顿第二定律，并测 量当地的重力加速度。绕过定滑轮的轻绳两端分别悬挂质量相等的重物A （由多个相同的小物块叠放组成）和重物B。主要实验步骤如下：
①用天平分别测量一个小物块的质量和B的质量m；②将A中的小物块取下一个放在B上，接通打点计时器的电源后，由静止释 放B，取下纸带，算出加速度大小，并记下放在B上的小物块的质量；③重复步骤②，获得B上面的小物块的总质量Δm和对应加速度大小a的多 组数据。
（1）某次实验打出的纸带如图乙所示，相邻两计数点间还有四个计时点 未画出，已知打点计时器所用交流电源的频率为50 Hz，则本次实验中A的 加速度大小为 m/s2（结果保留3位有效数字）。
（3）利用本装置测量当地的重力加速度。根据放在B上面的小物块的总质 量Δm和对应加速度大小a的多组数据，以Δm为横坐标，a为纵坐标作出a- Δm图像。若图线的斜率为k，则当地的重力加速度大小可表示为g ＝ （用k、m表示）。
4. （2025·山东济南模拟）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。
（1）突然剪断细绳，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；
解析： 前面的数据波动是保持平衡时的轻微扰动，后续的数据波动是因为手机在做（近似）简谐运动，故第一个峰值即为我们要的绳子被剪断时的瞬时加速度，故选“A”点。
（2）剪断细绳瞬间，手机受到的合力大小F等于（　B　）
解析： 剪断细绳瞬间，弹簧的弹力大小不变，手机受到的合力大小F 等于小桶和砝码的重力大小，故选B。
5. （2025·浙江杭州模拟）在探究“物体质量一定时，加速度与力的关 系”实验中，小张同学做了如图甲所示的实验改进，在调节桌面水平后， 添加了力传感器来测量细线拉力。

（1）实验时，下列说法正确的是 ⁠；
解析： 力传感器测量细线的拉力为F，则小车受到的拉力为2F，即力 可以直接得到，不用测量沙桶和沙的质量，也不需要保证沙和沙桶的质量 远小于小车的质量，故A、D错误；为打点稳定、充分利用纸带，应先接通 电源后释放小车，故B正确；电磁打点计时器由于振针的作用，纸带和复 写纸之间阻力相对较大，实验误差比较大，而电火花计时器使用的是火花 放电，纸带运动时受到的阻力比较小，实验误差也比较小，故C正确。
（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50 Hz，相邻两计数点之间还有四个点未画出，已知A、B、C、D各点 到O点的距离分别是3.60 cm，9.61 cm，18.01 cm，28.81 cm，由以上数 据可知，小车运动的加速度大小是 m/s2（计算结果保留3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 小车运动过程中所受的阻力Ff＝ N，小车的质量M＝ kg。 （结果保留2位有效数字）