2026年高考物理一轮讲义(福建专用)第11讲实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系(复习讲义)(学生版+解析)

这是一份2026年高考物理一轮讲义(福建专用)第11讲实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系(复习讲义)(学生版+解析)，共17页。学案主要包含了方法技巧，解题技巧，变式训练1，变式训练2，变式训练3等内容，欢迎下载使用。
01 TOC \ "1-3" \h \u \l "_Tc15422" \l "_Tc26714" 考情解码·命题预警2
02 \l "_Tc7022" 体系构建·思维可视3
03 \l "_Tc306" 核心突破·靶向攻坚 PAGEREF _Tc306 \h 4
\l "_Tc23645" 考点 探究加速度与物体受力、物体质量的关系4
\l "_Tc8741" 知识点1 实验目的、原理、器材、步骤、数据处理、注意事项和误差分析 PAGEREF _Tc8741 \h 4
\l "_Tc8741" 知识点2 实验创新与改进5
\l "_Tc21155" 考向1 验证加速度与力成正比的实验6
【方法技巧】平衡摩擦力的要点
\l "_Tc21155" 考向2 验证加速度与质量成反比的实验9
\l "_Tc21155" 考向3 验证牛顿第二定律实验方法的改进11
【解题技巧】改进实验方法探究牛顿第二定律
\l "_Tc21155" 考向4 利用验证牛顿第二定律实验的装置测动摩擦因数14
\l "_Tc22970" 04 \l "_Tc24080" 真题溯源·考向感知16

考点 探究加速度与物体受力、物体质量的关系
\l "_Tc25045" 知识点1 实验目的、原理、器材、步骤、数据处理、注意事项和误差分析
1.实验目的：
(1)会用控制变量法研究物理规律；
(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。
2.实验原理：
(1)控制变量法
①保持 不变，探究加速度跟合外力的关系；
②保持 不变，探究加速度与质量的关系。
(2)求加速度
运用 。
(3)图像法
作a-F及图像处理数据。
3.实验器材：
打点计时器、纸带、复写纸、 、一端有定滑轮的长木板、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、 、薄木块。
4.实验步骤：
(1)称量:用天平测量小车的质量M。
(2)安装:按照如图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂槽码的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)
(3)平衡摩擦力：小车轻放在木板上,后面固定一条纸带,纸带穿过打点计时器,把木板一端垫高（靠近打点计时器的一端适当垫高）,形成斜面,调节木板的倾斜程度,使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板
做 运动(纸带上两点的距离相等)。
(4)操作:①槽码通过细绳绕过滑轮系于小车上，先 ，后 ，取下纸带编号码。
②)保持 不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力,重复步骤①。
③保持 不变，通过在小车上增加重物改变小车质量M,重复步骤①。
5.数据处理：
(1)利用 求a。
(2)以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成 。
(3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判定a与成 ,即a与M成 。
6.注意事项：
(1)平行:安装器材时，要调整滑轮的高度，使拴小车的细绳与木板 。
(2)平衡摩擦力: 槽码，但小车连着纸带。
(3)不重复:改变槽码的质量后 平衡摩擦力。
(4)实验条件:M m，槽码的重力才可视为小车受到的拉力。
(5)一先一后一按住:先接通电源，后释放小车，且在小车到达滑轮前按住小车。
(6)作图:作图时两轴标度比例要适当，各量须采用国际单位。
7.误差分析：
(1)因实验原理不完善引起的误差:本实验用槽码的重力mg代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力
要 槽码的重力。
(2)摩擦力平衡不准确、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。
\l "_Tc25045" 知识点2 实验创新与改进
1.用光电门代替打点计时器结合遮光条的宽度可测滑块的速度。
2.利用气垫导轨代替长木板,无需平衡摩擦力。
3.由力传感器测滑块的拉力,无需满足 m＜＜M。
\l "_Tc17630" 考向1 验证加速度与力成正比的实验
例1 （24-25高一上·福建福州·期末）在“探究小车的加速度与受力的关系”的实验中，实验装置如图甲所示，实验中打点计时器的工作周期为0.02s。

(1)下列器材中，本实验需要的是（ ）
A．秒表B．刻度尺
(2)使用打点计时器时应（ ）
A．先接通电源后释放小车B．先释放小车后接通电源
(3)如图乙是按正确的实验步骤得到的一条纸带，每相邻的两个计数点之间都有4个点未画出，则小车的加速度为 m/s2。（结果保留三位有效数字）
(4)根据测得的数据作出如图所示的a-F图像，明显超出了误差范围，下列可用于改进的措施是（ ）

A．多加些砝码，使拉力增大
B．木板右端的垫块向左移动，使木板的倾角增大些
方法技巧 平衡摩擦力的要点
（1）原理：通过调整实验装置（如斜面倾角或轨道水平），使重力沿斜面的分量与摩擦力平衡，从而使物体匀速运动或系统在水平方向上近似无摩擦状态，以便准确应用牛顿第二定律测量外力与加速度的关系。（2）操作要点：调整斜面倾角直至物体匀速下滑；使用计时装置（如打点计时器或光电门）验证匀速运动。
【变式训练1】（24-25高一上·福建福州·阶段练习）某兴趣小组“探究小车加速度与合外力的关系”的实验装置如右图。A为小车（质量为M），B为打点计时器，C为装有沙的沙桶（沙和沙桶的总质量为m），D为一端带有定滑轮的长木板，电源频率为50Hz。
(1)下列实验操作中，正确的是______；
A．调节滑轮的高度，使牵引小车的细绳与长木板保持平行
B．每次实验，都要先放开小车，再接通打点计时器
C．平衡摩擦力时，应将沙桶用细绳通过定滑轮系在小车上
D．平衡摩擦力时，应将小车后面的纸带连接好
E．改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力
(2)为使细绳对小车的拉力F近似等于沙和沙桶的总重力，需满足的条件是 ；
(3)下图为实验中打出的一条纸带的一部分，从点迹比较清晰的位置开始，在纸带上标出了连续的5个计数点A、B、C、D、E，相邻2个计数点之间还有4个点没有标出。则此次实验中小车运动的加速度大小 m/s2。（结果保留两位有效数字）
(4)程同学根据测量数据作出的图线如下图所示，他实验中可能存在的问题是 。
(5)蔡同学改进实验方案，采用如图的实验装置探究“小车加速度与合外力的关系”时，是否需要平衡摩擦力？ （选填“需要”或“不需要”）。
【变式训练2】某同学利用如图甲所示的实验装置验证小车的加速度a与所受拉力F的关系，打点计时器所接交变电流的频率为50Hz。
(1)图乙为该同学在某次实验中得到的纸带，相邻两计数点间有四个计时点未画出，部分实验数据已在图中标出，则小车的加速度大小为 ；
(2)该同学选用不同质量的小车做实验，得到的图像分别如图丙中的Ⅰ、Ⅱ所示，则图线 （选填“Ⅰ”或“Ⅱ”）所用的小车质量较大；
(3)将槽码的重力作为小车受到的拉力会给实验带来系统误差。设小车所受拉力的真实值为，为使系统误差，则小车质量M与槽码质量m之间应满足的关系为 。
\l "_Tc16322" 考向2 验证加速度与质量成反比的实验
例2 （2025·福建厦门·二模）小厦同学在探究加速度与质量关系的实验中，做如下操作：
（1）选用了电磁打点计时器、对应电源连接方式是图甲中的 （选填“A”或“B”），纸带穿过限位孔，且位于复写纸下方；
（2）用如图乙所示装置完成实验，实验过程中保持木板水平；
（3）保持砂和砂桶的总质量不变，改变小车和车内砝码的总质量，进行实验，打出纸带，算出相应的加速度，根据数据作出图像如图丙所示，已知当地的重力加速度为，忽略纸带所受的摩擦阻力，则砂和砂桶的总质量 （用字母、、表示）；
（4）若减小砂和砂桶的总质量，重复此实验，将所得数据绘制在原坐标纸上，则两次实验的图线可能为 。
【变式训练1】（23-24高三上·福建泉州·期中）某同学利用图（a）所示的实验装置研究“在外力一定的条件下，物体的加速度与其质量的关系”。
（1）实验中需要把木板一端垫高，调节木板的倾斜度，平衡木板对小车的阻力及其他阻力，用手轻拨小车，使小车在不受绳的拉力时能拖动纸带沿木板做 运动。
（2）保持砂和砂桶质量不变，小车中加入砝码，每增加一个砝码打出一条纸带，打点计时器的电源为50Hz的交流电源，图（b）是实验打出的一条纸带的一部分，A、B、C、……G是纸带上标出的计数点，每两个相邻的计数点之间还有4个打出的点未画出，小车的加速度大小a= m/s2 （保留2位有效数字）。
（3）某同学在平衡了木板对小车的阻力及其他阻力情况下进行实验，处理数据时，他以小车加速度的倒数为纵轴，以小车和车上砝码的总质量M为横轴，描绘出-M图象如图（c）所示。设图中直线的斜率为k，在纵轴上的截距为b，若牛顿定律成立，则砂和砂桶的质量为 （用斜率k和截距b表示）。
【变式训练2】（2023·福建漳州·三模）某学习小组设计如图装置做“探究物体加速度与质量的关系”实验，请回答下列问题:
（1）为了使滑轮右侧的细线与长木板平行，应调整 。（填正确答案标号）
A．打点计时器左右位置 B．物块左右位置
C．长木板倾角 D．滑轮高度
（2）在实验中，托盘和砝码的总质量 （填“一定要远大于”“可以大于”或“一定要远小于”）物块（包括力传感器）的总质量。
（3）在细线与木板调整平行和平衡摩擦力后，把盘中放入适当的砝码，接通电源，释放物块，记录力传感器的读数为F，从纸带上获得数据求出加速度；在物块上添加砝码并改变托盘中砝码的质量，使力传感器的示数为 ；如此反复实验、可获得物块的总质量M和加速度a的多组实验数据，作出a-M图像成图像，下列图像正确的是 。（填正确答案标号）
A． B． C． D．
考向3 验证牛顿第二定律实验方法的改进
例3 （24-25高三上·福建厦门·阶段练习）为了探究小车加速度与外力的关系，小明同学设计了如图甲所示的实验装置，长木板水平放置在实验台上，细绳一端与力传感器相连，另一端跨过轻质的动滑轮和定滑轮与砂桶相连，小车一端连接纸带，纸带穿过打点计时器，打点计时器所接交流电源的频率为50Hz，力传感器可测出轻绳中的拉力大小，记小车的质量为M，砂和砂桶的总质量为m，已知重力加速度为g。
(1)关于该实验的操作，下列说法正确的是（ ）
A．为减小实验误差，应在挂砂桶的前提下，将带有滑轮的长木板右端用小木块垫高，以平衡小车运动过程中受到的阻力
B．在实验操作过程中，需要调整长木板左端定滑轮的高度，使细绳与长木板平行
C．实验释放小车时，小车尽量靠近长木板左端
D．本实验要保证小车的质量M要远大于沙和砂桶的总质量m
(2)小明同学进行正确实验操作时某次得到的纸带如图乙所示，从0点开始每隔4个点取一个计数点，0、1、2、3、4均为计数点，部分实验数据在图中已标注，则可以从图乙中看出纸带 （填“左”或“右”）端与小车相连，小车运动的加速度是 （计算结果保留两位有效数字）。
(3)保持小车的质量不变，记录多次实验的数据，以力传感器的示数F为横坐标，以加速度a为纵坐标，通过实验数据做出的图像是一条直线，如图丙所示，图线的斜率为k，则小车的质量为 （用“k”表示）。
解题技巧 改进实验方法探究牛顿第二定律
（1）气垫导轨替换木板：不用平衡摩擦力。
（2）挂钩码的一端连接弹簧测力计或者力的传感器：不需要钩码的质量远小于小车的质量。
（3）光电传感器替代打点计时器：利用平均速度近似等于瞬时速度来求解过光电门的速度。
【变式训练1】（2023·福建厦门·一模）某同学利用水平放置的气垫导轨装置探究加速度气垫导轨与力的关系，如图甲所示。
（1）用游标卡尺测得遮光条宽度如图乙所示，其读数为 ；
（2）接通气源，放上滑块，用滑块来判断气垫导轨是否水平。你的判断方法是 ；
（3）导轨水平后，用天平称出沙桶的总质量（远小于滑块质量），将滑块置于气垫导轨右端，用刻度尺测得遮光条到光电门的水平距离。让在沙桶拉力作用下由静止开始运动，测得遮光条经光电门的遮光时间。由此可得出滑块运动的加速度 ，受到的合力 （均用上述题中测得的物理量符号表示，重力加速度为）；
（4）在桶中加入适量的沙子，重复实验，得到多组、值，绘制图像，由此可得出结论。
【变式训练2】小明利用手机内置加速度传感器探究加速度与合外力的关系，实验装置如图甲，已知当地重力加速度为。
（1）轻弹簧上端固定，下端与手机相连，手机下端通过细绳悬挂小桶，桶内装有砝码，整个系统静止；
（2）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，剪断细绳瞬间手机的加速度对应图中的 （选填“P”“Q”或“R”）点；
（3）改变小桶中砝码质量，重复步骤（2），获得多组手机所受合力与加速度a的数据，作出图像如题图丙，可得结论：在误差允许的范围内 ；
（4）如图丁，某同学在处理数据时，以手机竖直方向的加速度a为纵坐标，砝码质量为横坐标，绘制图像，获得一条斜率为，截距为的直线，则可推算出手机的质量为 ，小桶的质量为 。（选用、、表示）
【变式训练3】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：
a.将力传感器固定在气垫导轨左端支架上，无线加速度传感器固定在滑块上；
b.接通气源，放上滑块，调节气泵，调平气垫导轨并使滑块悬浮在导轨上；
c.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点。点到点的距离为，拉动滑块使其左端处于点，由静止释放；
d.计算机采集获取数据，得到滑块所受弹力、加速度随时间变化的图像，部分图像如图乙所示。
回答以下问题：
(1)弹簧的劲度系数为 ；
(2)该同学从图乙中提取某些时刻与的数据，画出图像如图丙中I所示，图线的斜率为，由此可知滑块与加速度传感器的总质量为 ；
(3)该同学在滑块上增加待测物体，重复上述实验步骤，在图丙中画出新的图像II，图线的斜率为，则待测物体的质量为 （结果保留3位有效数字）。
考向4 利用验证牛顿第二定律实验的装置测动摩擦因数
例4（2025·福建莆田·三模）某同学用如图甲所示装置测量物块与长木板间的动摩擦因数，长木板固定在水平桌面上，绕过定滑轮和动滑轮的轻绳一端连接在物块上，另一端连接在测力计上，重力加速度为g。
(1)先用游标卡尺测出遮光片的宽度，示数如图乙所示，则遮光片的宽度d= mm；
(2)实验前，调节定滑轮的高度，使牵引物块的轻绳与长木板平行，调节测力计的位置，使动滑轮两边的轻绳 ；
(3)实验时，让物块从长板上的A点（图中未标出）由静止释放，记录物块通过光电门时遮光片挡光的时间及对应的测力计的示数，改变悬挂钩码的质量多次实验，每次均让物块从长木板上的A点由静止释放，得到多组通过光电门时遮光片挡光的时间l及对应的测力计的示数F，测得物块在A点时遮光片到光电门的距离为x，可得物体经过光电门时的速度大小v= （用d、t表示）；作图像，得到图像的斜率为k，与纵轴的截距为b，则求得物块与长木板间的动摩擦因数μ= （用b、d、k、g、x表示）。
【变式训练1】带滑轮的长木板、小车、木块及打点计时器可以完成多个力学实验，装置如图所示。甲研究小组利用该装置完成了“研究匀变速直线运动”的实验，乙研究小组利用该装置完成了“探究加速度与力的关系”的实验，丙研究小组将长木板放平，并把小车换成木块，完成了“测定长木板与木块间动摩擦因数”的实验。
（1）关于甲、乙两研究小组的实验，下列说法正确的是 。
A．甲小组实验时，需要平衡摩擦力
B．乙小组实验时，需要平衡摩擦力
C．甲小组的实验，要求钩码的质量远小于小车质量
D．乙小组的实验，要求钩码的质量远小于小车质量
（2）乙小组测得加速度为a，则小车运动时受到轻绳的拉力 （填“>”、“=”或“”、“=”或“