第12講實(shí)驗(yàn)：探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系

目錄

01考情解碼?命題預(yù)警...........................................................1

02體系構(gòu)建?思維可視...........................................................3

03核心突破?靶向攻堅(jiān)...........................................................4

考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)......................................................................4

知識(shí)點(diǎn)教材原型實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系....................................4

考向1實(shí)驗(yàn)原理與操作................................................................7

考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析圜.......................................................10

歸納總結(jié)小尸圖像三種情況說明.......................................................14

考點(diǎn)二拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)....................................................................14

知識(shí)點(diǎn)方案的改進(jìn)....................................................................14

考向拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)....................................................................15

04真題溯源?考向感知..........................................................20

01

考情解碼-命題預(yù)警

考點(diǎn)要求考察形式2025年2024年2023年

國(guó)選擇題

教材原型實(shí)驗(yàn)\\\

回非選擇題

因選擇題

拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)\\\

回非選擇題

考情分析：

各地高考對(duì)探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系這個(gè)實(shí)驗(yàn)的考查頻度較高，考查多以原型實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)，

借助創(chuàng)新方案或者傳感器等方式對(duì)該問題做一研究考查。

命題情境：

生活實(shí)踐類：采用小車木板打點(diǎn)計(jì)時(shí)器實(shí)驗(yàn)裝置，也可以采用小車光電門裝置。

學(xué)習(xí)探究類：力的測(cè)量，加速度的測(cè)量。

常用方法：圖像法、極限法

復(fù)習(xí)目標(biāo)：

目標(biāo)一：掌握實(shí)驗(yàn)的原理，通過采集的數(shù)據(jù)利用圖像，探究加速度與物體受力、物體質(zhì)量的關(guān)系，并會(huì)做

出必要的誤差分析。

目標(biāo)二：能夠在原型實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上，通過對(duì)實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)或者創(chuàng)新，做出同類探究。

02

體系構(gòu)建-思維可視

—、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

（-1.實(shí)驗(yàn)的基本思想——捽制變量法

-小車質(zhì)量的測(cè)量

實(shí)驗(yàn)思路一

-加速度的測(cè)量

-2.物理量的測(cè)量一

力的測(cè)量：補(bǔ)償打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車的阻力及其他阻

_力后，小車受到的拉力等于小車所受的合力，在槽

碼的質(zhì)量比小車的質(zhì)量小得多時(shí)，可認(rèn)為小車所受

的拉力近似等于槽碼所受的重力.

寸的契秒_____帶有定滑輪的木板、薄墊塊、小車、細(xì)線、槽碼、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、

頭如器可交流電源、天平、硅碼、刻度尺.

廠教材原型實(shí)驗(yàn)一

—四、

實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，用控制變量法先保持區(qū)變，探究a和M的關(guān)

J系，再保持M不變,探究a和F的關(guān)系.加速度可以根據(jù)紙帶上打

出的點(diǎn)測(cè)量，拉力近似等于槽碼的重力.

-五、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

-六、數(shù)據(jù)分析

r-偶然誤差

—基礎(chǔ)知識(shí)必備一誤差分析一|

J系統(tǒng)誤差

j八、操作要領(lǐng)及注意事項(xiàng)

實(shí)驗(yàn)：探究加速位移傳感/發(fā)射器）位移傳感想接收那）

度與物體受力、】—舟小車肯

j減小測(cè)量誤差的創(chuàng)新——

物體質(zhì)量的關(guān)系

強(qiáng)皿軌道

j-教材原型實(shí)驗(yàn)

—必考題型歸納［一拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

按圖安裝實(shí)驗(yàn)器材，先不要懸掛槽碼，給〃庫(kù)一初速度，若小車恰好能做勻速

L如何平衡阻力：----直線運(yùn)動(dòng)（紙帶點(diǎn)跡分布均勻），則說明平衡了小車受的阻力?實(shí)驗(yàn)過程中要

求細(xì)線與長(zhǎng)木板平行，不用重復(fù)進(jìn)行平衡阻力.

—方法技巧與解題思路

槽碼和小車的由于本實(shí)驗(yàn)中把槽碼的總重力大小mg看成＜|住受到的拉力大小F,所以

J質(zhì)量應(yīng)滿足什----需要使槽碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量（若使用力傳感器測(cè)拉力F或以小

么關(guān)系車和槽碼整體為研究對(duì)象，則無需滿足此要求）.

改變拉力或d庫(kù)質(zhì)量后，每次開始時(shí)〃庫(kù)應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)

常見錯(cuò)誤與注意事項(xiàng)—實(shí)驗(yàn)操作時(shí)需要注意哪些細(xì)節(jié)一器，先接通電源，后釋放〃住，且在小車到達(dá)滑輪前按住小車.

■03

核心突破-靶向攻堅(jiān)

PU

?考點(diǎn)一教材原型實(shí)驗(yàn)?

重知識(shí)點(diǎn)教材原型實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

1.學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律；

2.探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系；

3.學(xué)會(huì)用圖像法處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。

二、實(shí)驗(yàn)思路

1.實(shí)驗(yàn)的基本思想——控制變量法

（1）保持小車質(zhì)量M不變：通過增減槽碼的方式改變作用于小車的力R測(cè)出小車相應(yīng)的加速度。，則可

得a與尸的關(guān)系。

（2）保持拉力廠不變：通過在小車上增減祛碼的方式改變小車的質(zhì)量測(cè)出相應(yīng)的加速度a,則可得a

與"的關(guān)系。

2.物理量的測(cè)量

（1）小車質(zhì)量的測(cè)量：用天平測(cè)量。為了改變小車的質(zhì)量，可以在小車中增減祛碼的數(shù)量。

（2）加速度的測(cè)量

①方法1：讓小車做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，用刻度尺測(cè)量小車的位移無，并用秒表測(cè)量發(fā)生這段位

移所用的時(shí)間然后由x=）戶得a考，計(jì)算出加速度a。

②方法2：由紙帶根據(jù)公式Ax=a/，結(jié)合逐差法計(jì)算出小車的加速度。

③方法3：不直接測(cè)量加速度，可測(cè)不同情況下物體加速度之比，例如：讓兩個(gè)做初速度為0的勻加速直線

運(yùn)動(dòng)的物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間f相等，測(cè)出各自的位移XI、愈，則也=現(xiàn)，把加速度的測(cè)量轉(zhuǎn)換成位移的測(cè)量。

（3）力的測(cè)量

補(bǔ)償打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車的阻力及其他阻力后，小車受到的拉力等于小車所受的合力,在槽碼的質(zhì)量比小車

的質(zhì)量小得多時(shí)，可認(rèn)為小車所受的拉力近似等于槽碼所受的重力。

三、實(shí)驗(yàn)器材

帶有定滑輪的木板、薄墊塊、小車、細(xì)線、槽碼、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、交流電源、天平、祛碼、刻度尺。

四、實(shí)驗(yàn)原理及裝置圖

紙帶

槽碼口一端有定\小車打點(diǎn)墊片

滑輪的長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)臺(tái)計(jì)時(shí)器

木板

實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，用控制變量法先保持F不變,探究a和M的關(guān)系，再保持M不變,探究a和F的關(guān)

系。加速度可以根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)測(cè)量，拉力近似等于槽碼的重力。

五、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

（一）案例1

1.安裝實(shí)驗(yàn)器材：將小車置于帶有定滑輪的木板上，將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器后掛在小車尾部。

2.補(bǔ)償阻力：用薄墊塊將不帶定滑輪的一端墊高，調(diào)整其傾斜程度，直到小車運(yùn)動(dòng)時(shí)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打

出的點(diǎn)分布均勻?yàn)橹?，即使小車能勻速下滑?/p>

3.懸掛槽碼：在細(xì)線一端掛上槽碼，另一端通過定滑輪系在小車前端。

紙帶接電源

4,收集紙帶數(shù)據(jù)：將小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器后開啟打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并讓小車由靜止釋放，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打

出一系列點(diǎn)，據(jù)此計(jì)算出小車的加速度。

5.改變小車受力

保持小車的質(zhì)量不變，通過改變槽碼的數(shù)量，改變槽碼的總質(zhì)量（槽碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量）。每次實(shí)

驗(yàn)接通電源后靜止釋放小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。取下紙帶，并在相應(yīng)紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及所掛槽碼

的總重力m1g、機(jī)2g、優(yōu)3g…

6.改變小車質(zhì)量

保持槽碼（小車所受的拉力）不變，通過增加或減少小車上的祛碼的方式，改變小車的質(zhì)量，接通電源后靜

止釋放小車，用紙帶記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況。在每次實(shí)驗(yàn)得到的紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及小車和祛碼的總質(zhì)量Ml、

M2、M3...

7.求加速度：用公式求得小車的加速度a,將得到的數(shù)據(jù)填入相應(yīng)表格中，以便進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。

（二）案例2

1.如圖，將兩輛相同的小車放在水平木板上，前端各系一條細(xì)線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個(gè)小盤。

黑板擦

----------------小車I------------

運(yùn)動(dòng)方向

—=——~~■-

2.把木板一端墊高，補(bǔ)償木板的摩擦力的影響。

3.將兩小車后端各系一條細(xì)線，用一個(gè)物體（如黑板擦）把兩條細(xì)線同時(shí)按壓在木板上。

4.抬起物體（黑板擦），兩小車同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)，按下物體（黑板擦），兩小車同時(shí)停下來。用刻度尺測(cè)出兩

小車移動(dòng)的位移xi、及，從而得出加速度之比。

5.保持小車的質(zhì)量不變，改變盤中槽碼的數(shù)量，即改變小車所受的合力，重復(fù)步驟4,多做幾次實(shí)驗(yàn)，分析

加速度與力的關(guān)系。

6.在不改變盤中槽碼數(shù)量的情況下，通過增減小車中的祛碼改變小車的質(zhì)量，重復(fù)步驟4,多做幾次實(shí)驗(yàn),

分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。

六、數(shù)據(jù)分析

L把相同質(zhì)量的小車在不同拉力作用下產(chǎn)生的加速度填在表中：

實(shí)驗(yàn)序號(hào)123456

拉力F

加速度a

以。為縱坐標(biāo)、B為橫坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)作尸圖像，分析。與尸的關(guān)系。

2.把不同質(zhì)量的小車（小車和祛碼）在相同拉力的作用下產(chǎn)生的加速度大小填在表中:

實(shí)驗(yàn)序號(hào)123456

質(zhì)量M

1

M

加速度a

分別以。為縱坐標(biāo)、為橫坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)作聯(lián)M圖像和?！秷D像，分析“與〃的關(guān)系。

3.實(shí)驗(yàn)結(jié)論

（1）保持物體質(zhì)量不變時(shí)，物體的加速度。與所受合外力尸成正比。

（2）保持物體所受合外力尸不變時(shí)，物體的加速度。與質(zhì)量M成反比。

七、誤差分析

項(xiàng)目產(chǎn)生原因減小方法

質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)，計(jì)數(shù)點(diǎn)間距不準(zhǔn)多次測(cè)量求平均值

準(zhǔn)確補(bǔ)償阻力；

小車所受拉力測(cè)量不準(zhǔn)

偶然誤差使細(xì)線和紙帶與長(zhǎng)木板平行

使盡可能多的點(diǎn)落在直線上或均勻分布在直

作圖不準(zhǔn)

線的兩側(cè)，誤差較大的點(diǎn)舍去

系統(tǒng)誤差槽碼的總重力代替小車所受拉力使槽碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量

八、操作要領(lǐng)及注意事項(xiàng)

1.如何平衡阻力：按圖安裝實(shí)驗(yàn)器材，先不要懸掛槽碼，給小車一初速度，若小車恰好能做勻速直線運(yùn)動(dòng)（紙

帶點(diǎn)跡分布均勻），則說明平衡了小車受的阻力。實(shí)驗(yàn)過程中要求細(xì)線與長(zhǎng)木板平行，不用重復(fù)進(jìn)行平衡阻

力。

2.槽碼和小車的質(zhì)量應(yīng)滿足什么關(guān)系：由于本實(shí)驗(yàn)中把槽碼的總重力大小mg看成小車受到的拉力大小F,

所以需要使槽碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量（若使用力傳感器測(cè)拉力F或以小車和槽碼整體為研究對(duì)象，則

無需滿足此要求）。

3.實(shí)驗(yàn)操作時(shí)需要注意哪些細(xì)節(jié)：改變拉力或小車質(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，先接通

電源，后釋放小車，且在小車到達(dá)滑輪前按住小車。

考向1實(shí)驗(yàn)原理與操作

H（2025?遼寧?三模）圖甲為“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)裝置，讓槽碼通過細(xì)繩拖動(dòng)小車在長(zhǎng)木板上做勻

加速直線運(yùn)動(dòng)，驗(yàn)證小車質(zhì)量一定時(shí)，其加速度與合外力成正比。

小車打點(diǎn)計(jì)時(shí)器

（1）先，再,調(diào)節(jié)定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨妮p繩與長(zhǎng)木板平行;

A.懸掛槽碼

B.平衡阻力

C.接通電源（填上兩個(gè)正確選項(xiàng)前的符號(hào)）

（2）如圖乙所示是實(shí)驗(yàn)中得到的一條紙帶，每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫出，圖示中標(biāo)出了部分實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

實(shí)驗(yàn)所用電源的頻率為50Hz,可求得小車運(yùn)動(dòng)的加速度a=.m/s2?（保留2位有效數(shù)字）

⑶實(shí)驗(yàn)中，保持小車的質(zhì)量M一定，改變槽碼的質(zhì)量相，測(cè)出對(duì)應(yīng)的小車加速度。，認(rèn)為拉小車的力廠等

于槽碼的重力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出的。了圖像如圖丙中實(shí)線所示；利用加速度較小的幾組數(shù)據(jù)擬合了

/_

一條直線0P。當(dāng)槽碼重力為根g時(shí)，兩個(gè)圖線對(duì)應(yīng)的加速度分別為由、a2（用M、m表

丙

【答案】（DBA

(2)0.45

cM+m

⑶丁

【詳解】（1）先平衡阻力，再懸掛槽碼，調(diào)節(jié)定滑輪的高度，使?fàn)恳≤嚨妮p繩與長(zhǎng)木板平行；故分別

填“B”和"A”。

（2）每?jī)蓚€(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫出，則T^O.ls；加速度

x—x(7.17+6.72—6.27—5.82)x102

a=CEACm/s2=0.45m/s2

4T24x0.12

mgmg

（3）由題意結(jié)合牛頓第二定律可得6

MM+m

a,M+m

解得；k

【變式訓(xùn)練11（2025?廣東廣州?三模）實(shí)驗(yàn)小組采用如圖甲所示的裝置探究小車的加速度與小車質(zhì)量和合

外力的關(guān)系。為平衡摩擦力，先取下祛碼盤和祛碼，調(diào)節(jié)木板的傾角，輕推系著紙帶的小車，小車獲得初

速度后通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，打出了如圖乙所示紙帶，紙帶靠A點(diǎn)的一端連著小車，由圖乙可以推測(cè)，小車運(yùn)

動(dòng)過程中速度（選填“越來越大”或“越來越小”），受到的合力.（選填“越來越大”“越來越小”或

“不變”）。

繼續(xù)調(diào)整木板傾角，完成平衡摩擦力的操作后，掛上祛碼和祛碼盤進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，最終獲得小車運(yùn)動(dòng)的

（P為祛碼和祛碼盤的重力）圖像，如圖丙所示，根據(jù)圖像，可以判斷

a/(m/s)

Ocm10203040

丙

A.平衡摩擦力時(shí)，傾角仍然過小

B.隨著/增大，小車的加速度?？赡艽笥谥亓铀俣萭

C.小車的質(zhì)量一定時(shí)，其加速度與所受合外力成正比

【答案】越來越大不變C

【詳解】口］由乙圖可知，紙帶上點(diǎn)跡之間的距離越來越大，說明小車的速度越來越大；

⑵由乙圖可知，點(diǎn)跡間的間距均勻增大，小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，故小車受到的合外力不變；

［3］由于小車的a-/圖像是一條通過原點(diǎn)的直線，說明質(zhì)量一定時(shí)，小車的加速度與合外力成正比。

故選Co

【變式訓(xùn)練2】(2025?山東臨沂?二模)用如圖所示實(shí)驗(yàn)裝置探究外力一定時(shí)加速度與質(zhì)量的關(guān)系。

(2)保持槽碼質(zhì)量不變，改變小車上磋碼的質(zhì)量，得到一系列打點(diǎn)紙帶。通過分析紙帶數(shù)據(jù)利用逐差法求出

小車的加速度a,以小車和祛碼的總質(zhì)量M為橫坐標(biāo)，加速度的倒數(shù)!為縱坐標(biāo)，甲、乙兩組同學(xué)分別得

a

到的工-V圖像如圖所示。

a

A//kg

由圖可知，在所受外力一定的條件下，。與M成（填“正比”或“反比”）；甲組所用的

（填“小車”、“祛碼”或“槽碼”）質(zhì)量比乙組的更大。

【答案】（DB

（2）反比槽碼

【詳解】（1）補(bǔ)償小車受到的阻力時(shí)，若小車勻速運(yùn)動(dòng)，則表明補(bǔ)償阻力合適，此時(shí)紙帶點(diǎn)跡間距均

勻，B符合題意。

故選B。

（2）卬圖像可知在所受外力一定的條件下，工與"成正比，表面。與M成反比；

a

⑵由于設(shè)槽碼的質(zhì)量為m,則由牛頓第二定律有mg=Ma

整理得工=

am

故圖像斜率越小，槽碼的質(zhì)量加越大，由圖可知甲組所用的槽碼質(zhì)量比乙組的要大。

考向2數(shù)據(jù)處理與誤差分析

甌（2025?河南鄭州?一模）小張同學(xué)在“做探究小車加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實(shí)驗(yàn)時(shí)，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如下

（按加速度大小順序排列），其中實(shí)驗(yàn)序號(hào)⑧的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不完整。

序號(hào)外力戶/N小車質(zhì)量m/kg加速度a/(m-s-2)

①0.290.860.3

②0.140.360.3

③0.290.610.4

④0.190.360.5

⑤0.240.360.6

⑥0.290.410.7

⑦0.290.360.8

⑧0.31

⑨0.340.360.9

（1）小張司學(xué)先“探究4、車加速度與力的關(guān)系”。請(qǐng)你在上表中幫他挑出所有符合要求的數(shù)據(jù)組，并把序號(hào)寫

在橫線一t:________O

⑵第（L）問中，你才先選數(shù)據(jù)組依據(jù)的方法是（）

A.理想實(shí)驗(yàn)法B.等效替代法

C.微元法D.控制變量法

（3）實(shí)驗(yàn)序號(hào)⑧對(duì)應(yīng)的紙帶如圖所示，每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫出。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz,

則對(duì)應(yīng)的加速度大小為m/s?（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）。

23456

??**?*?

1.67：

4.28

7.811

單位:cm

12.28

17.68

24.03

（4）小張同學(xué)“探究小車加速度與質(zhì)量的關(guān)系”時(shí)，為了方便準(zhǔn)確得到小車的加速度。與小車質(zhì)量加的關(guān)系,

應(yīng)作出_________圖像（選填“。一根”或"a-L'）。

m

【答案】（1）②④⑤⑦⑨

⑵D

（3）0.93

（4）〃---

m

【詳解】（1）本實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法，欲“探究加速度與力的關(guān)系”，應(yīng)保持小車的質(zhì)量一定，改變

小車合外力，故選擇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)為②④⑤⑦⑨；

（2）本實(shí)驗(yàn)采用的是控制變量法。

故選D。

（3）打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz,每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)間有四個(gè)點(diǎn)未畫出，則每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)間間隔為

/=5x—s=0.1s

50

逐差法可知加速度大小為a=%一飛f=24.03-7.81-7.81x10-2m/s2=093m/s2

9t9x0.r

（4）根據(jù)牛頓第二定律尸=3

整理可得。

m

可知若做。-加圖像，圖像為曲線，不能直觀反映加速度與質(zhì)量的關(guān)系；若做圖像，圖像為過原點(diǎn)的

m

直線，說明加速度與質(zhì)量的倒數(shù)成正比，即加速度與質(zhì)量成反比，所以為了方便準(zhǔn)確得到小車的加速度。

與小車質(zhì)量小的關(guān)系，應(yīng)作出。-工圖像。

m

【變式訓(xùn)練1】（2025?黑龍江?模擬預(yù)測(cè)）如圖1所示為“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)裝置示意

圖。其中小車與車中祛碼的總質(zhì)量記為槽碼的總質(zhì)量記為優(yōu)，重力加速度為g。

A.平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)將槽碼用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上

B.平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)把小車上的細(xì)繩和紙帶都取下

C.每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，都需要重新平衡摩擦力

D.在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)使小車與車中祛碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于所掛槽碼的質(zhì)量

（2）如圖2是某一次實(shí)驗(yàn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條記錄小車運(yùn)動(dòng)的紙帶，取計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、D、E、F、G。

如果實(shí)驗(yàn)時(shí)交流電的頻率實(shí)際為50.5Hz,而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，仍按照50Hz進(jìn)行計(jì)算，求得的加速

度值比真實(shí)值______=（選填“偏大”、“偏小”、“不變”）

（3）某同學(xué)在保持M一定，探究小車的加速度。與受力廠的關(guān)系時(shí)，認(rèn)為“細(xì)線對(duì)小車的拉力尸的大小等于

槽碼所受的總重力的大小”，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)做出a-尸圖像如圖3所示（若實(shí)驗(yàn)前已經(jīng)補(bǔ)償了阻

力）。該同學(xué)利用最初的幾組數(shù)據(jù)擬合了一條直線。4尸。一條豎直線和這兩條圖線以及橫軸的交點(diǎn)分別為

P、。、No求奈'=（用題目中的M、機(jī)表示）。

【答案】⑴D

⑵偏小

【詳解】（1）AB.平衡摩擦力時(shí)，應(yīng)把小車上的細(xì)繩和槽碼取下，但紙帶需要連接在小車上，利用紙帶

上的點(diǎn)跡是否均勻判斷小車是否做勻速運(yùn)動(dòng)，故AB錯(cuò)誤；

C.平衡摩擦力時(shí)，有Mgsin6=MA/gcos6?

每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，不需要重新平衡摩擦力，故C錯(cuò)誤；

D.為了使細(xì)線拉力近似等于所掛槽碼的總重力，在實(shí)驗(yàn)中，應(yīng)使小車和鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)大于所掛槽碼的質(zhì)

量，故D正確。

故選D。

(2)如果實(shí)驗(yàn)時(shí)交流電的頻率實(shí)際為50.5Hz,則實(shí)際打點(diǎn)周期小于0.02s,而做實(shí)驗(yàn)的同學(xué)并不知道，仍

按照50Hz進(jìn)行計(jì)算，則代入計(jì)算的時(shí)間偏大，根據(jù)逐差法可知求得的加速度值比真實(shí)值偏小。

(3)圖中PN對(duì)應(yīng)小車合力為懸掛物的重力mg時(shí)的加速度％,即

解得等

圖中QN對(duì)應(yīng)小車的實(shí)際加速度與，設(shè)此時(shí)細(xì)線的拉力為T;

對(duì)小車有7=時(shí)出

對(duì)懸掛物有mg-T=ma2

mg

解得的=

M+m

a,M+m

聯(lián)立解得

PQa,m

結(jié)合圖像斜率的含義,可得證

【變式訓(xùn)練2】(2024?山西?一模)某學(xué)校的實(shí)驗(yàn)小組用如圖1所示的裝置驗(yàn)證物體的加速度與質(zhì)量的關(guān)

系。

圖1

⑴當(dāng)物體所受的合外力一定時(shí)，加速度與物體質(zhì)量成—(填“正比”或“反比”)，本實(shí)驗(yàn)采用了控制變量

法。

(2)圖2是打出的一條紙帶，計(jì)數(shù)點(diǎn)A、B、C、。、E間都有4個(gè)點(diǎn)沒有標(biāo)出，電源的頻率為50Hz,則

小車的加速度大小為m/s2。

(3)若實(shí)驗(yàn)小組在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持小車質(zhì)量M不變，改變槽碼的質(zhì)量加，由實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得到如圖3所示的

Z圖像，圖像不過原點(diǎn)的原因是O

A.補(bǔ)償摩擦力時(shí)軌道傾角過大

B.補(bǔ)償摩擦力時(shí)軌道傾角過小

C.不滿足

【答案】⑴反比

(2)1.26

⑶A

【詳解】(1)根據(jù)牛頓第二定律

F=ma

可知當(dāng)廠一定時(shí)，。與加成反比。

(2)由題知，相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間有4個(gè)點(diǎn)沒有標(biāo)出，則相鄰計(jì)數(shù)的時(shí)間為

根據(jù)逐差法有

⑵)2

代入數(shù)據(jù)得加速度

a=1.26m/s2

(3)由圖3,可知當(dāng)機(jī)=0時(shí)加速度大于0,說明補(bǔ)償摩擦力過度，即補(bǔ)償摩擦力時(shí)軌道傾角過大。

故選Ao

歸納總結(jié)a-F圖像三種情況說明

圖示圖線特征產(chǎn)生原因

當(dāng)小車受力F較大時(shí)，不滿足“槽碼的總

①圖線的上部彎曲質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車和小車上祛碼的總質(zhì)量”

的條件

補(bǔ)償阻力時(shí)長(zhǎng)木板的傾角過大，F(xiàn)=0(即

②圖線在a軸的截距大于0

^L不掛槽碼)時(shí)小車就具有了加速度

0F補(bǔ)償阻力時(shí)長(zhǎng)木板的傾角過小，或未補(bǔ)償

③圖線在尸軸的截距大于0阻力，只有當(dāng)/增加到一定值時(shí)，小車才

獲得加速度

?考點(diǎn)二拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)?

知識(shí)點(diǎn)方案的改進(jìn)

1.實(shí)驗(yàn)器材的創(chuàng)新

光電門R

導(dǎo)軌；飛8

II」.II

連氣源

力傳感器

鉤碼

氣墊導(dǎo)軌，不用平衡阻力

2.測(cè)量拉力的創(chuàng)新

彈簧測(cè)力計(jì)（或力傳感器）可直接測(cè)量繩的拉力，不必保證小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼的總質(zhì)量。

3.減小測(cè)量誤差的創(chuàng)新

位移傳感器（發(fā)射器）位移傳感器（接收器）

，/

Q匚二1小車口，

占鉤碼軌道

位移傳感器、光電門和速度傳感器可以更加精確地測(cè)出小車的位移或瞬時(shí)速度。

考向拓展創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)

H（2025?天津?一模）如圖甲所示，小車通過細(xì)繩與鉤碼相連，遮光片固定在小車的最右端，光電門傳

感器固定在長(zhǎng)木板上，小明研究組利用圖中裝置完成了“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)，小紅研究組將長(zhǎng)木板

放平，并把小車換成木塊，完成了“測(cè)定長(zhǎng)木板與木塊間動(dòng)摩擦因數(shù)”的實(shí)驗(yàn)。

遮光片光電門傳感器彈簧

n⑹測(cè)力計(jì)

小車［

輕繩

7//////////〃〃/〃//〃/〃//〃〃//，

動(dòng)滑輪

鉤

碼

甲

(1)某同學(xué)在研究小車加速度與拉力關(guān)系的實(shí)驗(yàn)中，把小車所受拉力當(dāng)作合力，下列說法正確的是()

A.需要平衡摩擦力

B.不需要平衡摩擦力

C.要求鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量

D.不要求鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量

(2)在實(shí)驗(yàn)操作完全正確的情況下，小明研究組將小車從某一位置由靜止釋放，測(cè)出遮光片的寬度d和它通

過光電門的擋光時(shí)間加，小車靜止時(shí)的位置到光電門的位移s,小車的質(zhì)量相，彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)品則

廠與本應(yīng)滿足的關(guān)系式為一。(可用“、“、"?等字母表示)

(3)小紅研究組測(cè)出木塊靜止時(shí)遮光片右端距光電門左端的位移s,由遮光片寬度d和擋光時(shí)間4求出滑塊

的速度大小v,并算出然后作出的尸一V?圖像如圖乙所示，根據(jù)圖像可求得動(dòng)摩擦因數(shù)切=

【答案】(1)AD

Q)F=&

2s(A/)

b

⑶語(yǔ)

【詳解】(1)把小車所受拉力當(dāng)作合力，需要平衡摩擦力，可以根據(jù)彈簧測(cè)力計(jì)直接讀出力的大小，不

要求鉤碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量。

故選ADo

(2)小車通過光電門的速度v

AZ

由勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律v2=2as

若滿足牛頓第二定律則有F=ma

解得尸=/3

2s（Aty

（3）根據(jù)動(dòng)能定理可得（尸-〃加g）s=；機(jī)y

解得F=竺'+jLimg

nrrj

結(jié)合圖像可得廣三、

b

聯(lián)立解得〃=丁

2gs

【變式訓(xùn)練1】（2025?浙江?二模）某小組探究“物體加速度與其所受合外力的關(guān)系”。實(shí)驗(yàn)裝置如圖（a）

所示，水平軌道上安裝兩個(gè)光電門，小車上固定一遮光片，細(xì)線一端與力傳感器連接，另一端跨過定滑輪

（1）關(guān)于該實(shí)驗(yàn)操作，下列說法正確的是

A.實(shí)驗(yàn)時(shí)使用了力傳感器測(cè)合力，所以不需要補(bǔ)償阻力

B.實(shí)驗(yàn)時(shí)需要滿足鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量

C.需要調(diào)節(jié)滑輪高度，使細(xì)線處于水平

D.兩光電門間的距離適當(dāng)大點(diǎn)

（2）用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度，示數(shù)如圖（b）所示,

567

<11111111111111111111111一

11111111111111

010

圖(b)

2

（3）某次實(shí)驗(yàn)中，小車先后通過光電門所用時(shí)間分別為甑=1.95x10%、A?2=1.69xl0-s,測(cè)得兩光電門之

間的距離為s=80.00cm,則小車的加速度。=（結(jié)果保留3位有效數(shù)字）

（4）改變鉤碼數(shù)，可得到多組數(shù)據(jù)，作出如尸圖像如圖（c）所示，則圖線不過原點(diǎn)的原因是；圖像的

斜率表示。

【答案】（1）D

(2)5.070

(3)1.40

(4)沒補(bǔ)償阻力或補(bǔ)償阻力時(shí)長(zhǎng)木板傾角太小小車和力傳感器總質(zhì)量的倒數(shù)

【詳解】(1)AB.實(shí)驗(yàn)時(shí)使用了力傳感器測(cè)合力，不需要滿足鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，但是需要補(bǔ)償

阻力，選項(xiàng)AB錯(cuò)誤;

C.需要調(diào)節(jié)滑輪高度，使細(xì)線與軌道平行，而不是細(xì)線水平，選項(xiàng)C錯(cuò)誤;

D.兩光電門間的距離適當(dāng)大點(diǎn)，可減小誤差，選項(xiàng)D正確。

故選D。

(2)用20分度的游標(biāo)卡尺測(cè)量遮光片的寬度讀數(shù)為d=5cm+0.05mmxl4=5.070cm

(3)根據(jù)學(xué)-片=2as

dd

其中匕"

可得

2s

帶數(shù)據(jù)可得4Z=1.40m/s2

(4)[1]由圖像可知，當(dāng)尸到達(dá)一定值時(shí)小車才有加速度，可知原因是沒補(bǔ)償阻力或補(bǔ)償阻力時(shí)長(zhǎng)木板傾

角太小;

⑵根據(jù)。=密1_

="M

可知a-F圖像的斜率表示小車和力傳感器總質(zhì)量的倒數(shù)。

【變式訓(xùn)練2】(2025?湖南長(zhǎng)沙?三模)物理實(shí)驗(yàn)小組采用如圖1所示的實(shí)驗(yàn)裝置，驗(yàn)證“當(dāng)質(zhì)量一定時(shí),

物體運(yùn)動(dòng)的加速度與它所受的合力成正比”這一物理規(guī)律，試回答下列問題:

輕動(dòng)滑輪

彈簧測(cè)力計(jì)

打點(diǎn)計(jì)時(shí)器公f]細(xì)售

紙帶一^

外

定滑輪

長(zhǎng)木板水平實(shí)驗(yàn)臺(tái)□

重物

圖1圖2

(1)實(shí)驗(yàn)時(shí)(填“需要”或“不需要”)滿足小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于重物質(zhì)量。

(2)關(guān)于該實(shí)驗(yàn)的操作，下列說法中正確的是

A.必須用天平測(cè)出重物的質(zhì)量

B.每次改變小車的質(zhì)量時(shí)，需要重新平衡摩擦力

C.連接小車和重物的細(xì)線要與長(zhǎng)木板保持平行

D.應(yīng)當(dāng)先釋放小車，再接通電源

(3)某同學(xué)做實(shí)驗(yàn)時(shí)，未把木板的一側(cè)墊高平衡摩擦力，就繼續(xù)進(jìn)行其他實(shí)驗(yàn)步驟，該同學(xué)作出的小車加速

度。與彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)E的圖像如圖2所示，圖中叫、玲、大已知，則實(shí)驗(yàn)中小車受到的摩擦力大小

為,小車的質(zhì)量為O

（4）某同學(xué)在實(shí)驗(yàn)中撤去了彈簧測(cè)力計(jì)，將細(xì)繩