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专题3.3 本专题实验【练】
1、（2022·天津·耀华中学一模）某同学采用如图甲所示的实验装置探究加速度和力的关系，其中
小车的质量为M，砂和砂桶的总质量为m（滑轮光滑），交流电频率为f=50Hz。
（1）本实验中____________（需要或不需要）满足m<”“<”或“=”）；
（3）实验时，关于实验研究对象的选取下列说法正确的一项是______。
A．若以 为研究对象， 受到的合力大小应表示为
B．若以 为研究对象， 受到的合力大小应表示为
C．若以 为研究对象， 受到的合力大小应表示为
D．若以 为研究对象， 受到的合力大小应表示为
【答案】 > B
【解析】
（1）由匀变速直线运动的判别式 ，结合逐差法可得（2）实验时需保证 向上加速运动从而能拖动纸带，则必须满足 。
（3）对轻滑轮受力分析，有
AB．若以 为研究对象， 受到的合力应表示为
故A错误，B正确；
CD．若以 为研究对象， 受到的合力应表示为
故CD错误；
故选B。
10、（2022·湖北·襄阳五中模拟预测）某学习小组利用图甲所示的装置“验证牛顿第二定律”的
实验，图中大的轻质定滑轮可绕水平轴转动，绕过定滑轮的轻绳两端分别系有钩码和弹簧测力计，
弹簧测力计下端挂装有细砂的小桶并在外壳上固定一金属片。实验的主要步骤如下：
①用螺旋测微器测量A处金属片的厚度d，其示数如图乙所示。
②用手控制钩码不动，读出弹簧测力计的示数为F
0
③释放钩码后，读出弹簧测力计的示数为F ，记下金属片通过光电门的遮光时间t
1 1
④钩码下方再挂一个钩码，用手控制钩码，调整金属片的位置仍在A处静止不动，释放钩码后，
读出弹簧测力计的示数为F ，记下金属片通过光电门的遮光时间t
2 2
⑤重复步骤④，进行多次实验。
请回答下列问题：
（1）d=___________mm。
（2）要完成本实验，下列物理量中还必须要测量的是：___________。
A．金属片与光电门间的高度差h
B．钩码的总质量M
C．弹簧测力计、金属片、砂和小桶的总质量m（3）若用F表示钩码释放后弹簧测力计的示数，则能正确反映“质量一定时，加速度与合外力
的关系”的是___________。
A． B．
C． D．
（4）要“验证牛顿第二定律”，即验证第（3）问中所选图像的斜率与___________是否相等
（用（2）中选择的量以及d，F ，g表示）
0
【答案】 2.612 A D
【解析】
（1）读数为
（2）设砂和小桶的质量为 ，用手控制钩码不动，读出弹簧测力计的示数
释放钩码后
， ，
解得
可知还需要测量金属片与光电门间的高度差h。
故选A。
（3）由
得与 成正比，由（2）可知 与 成正比，故能正确反映“质量一定时，加速度与合外力的
关系”的是 与 图线。
故选D。
（4）要“验证牛顿第二定律”，即验证第（3）问中所选图像的斜率与 是否相等。
11、（2022·广东·模拟预测）某同学欲利用如图所示的装置探究质量一定时，加速度与合力的关
系，其中A为滑块，B为电火花计时器，C为力传感器（可以测量细绳的拉力大小），D为一端
带有定滑轮的气垫导轨，E为小桶，小桶系在轻小动滑轮的下端，可装砂，动滑轮两侧的细绳竖
直。主要实验步骤如下：
①正确安装好实验器材，气垫导轨正常工作，接通电火花计时器的电源后由静止释放滑块，滑块
向右运动，读出力传感器的示数，取下纸带，计算出滑块的加速度大小；
②增加小桶中砂的质量，重复步骤①，获得多组力传感器的示数F和滑块的加速度大小a的数据，
以a为纵坐标、F为横坐标，用描点法画出 图像。
（1）在步骤①中，关于气垫导轨的调节，下列做法正确的是___________。（填正确答案标号）
A．气垫导轨调成水平
B．气垫导轨左端垫高，以平衡摩擦力
C．气垫导轨右端垫高，以平衡摩擦力
（2）在步骤②中，增减小桶中砂的质量时，小桶与砂的总质量___________（填“一定远小于”、
“一定等于”或“可能大于”）滑块的质量。
（3）按正确操作进行实验，下列 图像可能正确的是___________。
A． B． C．
（4）将滑块从图示位置由静止释放，在滑块向右运动的过程中，小桶的加速度大小 与滑块的
加速度大小 间的关系为 ___________。【答案】 A 可能大于 B
【解析】
（1）实验前将气垫导轨调至水平，气垫导轨的气流将滑块托起，滑块摩擦力非常小，不需要平
衡摩擦力，A正确，BC错误。故选A。
（2）滑块所受到的合力即细线的拉力，力传感器可以直接读出滑块所受拉力的大小，故小筒和
细沙的总质量和滑块的质量没有必然的大小关系，故小桶与砂的总质量可能大于滑块的质量。
（3）滑块所受到的合力即细线的拉力，滑块的质量一定，滑块的加速度与合外力成正比，故图
像B正确，AC错误。故选B。
（4）小桶和砂挂在动滑轮上，相同时间小桶的位移大小是滑块的一半，小桶的速度始终是滑块
速度的一半，相同时间速度的变化量也为滑块的一半，故小桶的加速度为滑块加速度的 。
12、（2022·山西·太原五中二模）某同学用如图所示的装置测量滑块与长木板间的动摩擦因数，
将长木板水平固定在桌面上，调节长木板左端定滑轮的高度及力传感器固定在竖直墙上的位置，
使滑块上的动滑轮两边的细线均与长木板平行。打点计时器所接交流电的频率为50Hz，重力加速
度为g。
（1）调节砂桶中砂的质量，轻推物块。如果打点计时器打出的纸带上的点间隔逐渐变小，应适
当___________（填“增大”或“减小”）砂桶中砂的质量，直到打点计时器打出的纸带上的点
间隔均匀，这时力传感器的示数为 ，滑块及滑块上动滑轮的质量为 M，则滑块与长木板间的动
摩擦因数μ=___________。
（2）用该装置验证牛顿第二定律。加大砂和砂桶的质量，释放滑块，打点计时器打出的纸带如
图乙所示，图中各点为计数点，每相邻两计数点之间还有 4个点（图中未标出），根据图中数据
计算出滑块运动的加速度大小a=___________ （结果保留两位有效数字）。若这时力传感器
的示数为F，则表达式___________（用F、 、M及a表示）成立，则牛顿第二定律得到验证。【答案】 增大
【解析】
（1）如果打点计时器打出的纸带上的点间隔逐渐变小，说明滑块做减速运动，细线的拉力小于
滑块所受摩擦力，所以应适当增大砂桶中砂的质量；
打点计时器打出的纸带上的点间隔均匀说明滑块做匀速直线运动，有
解得
（2）计时器的打点间隔为0.02s，依题意，每相邻两计数点之间还有 4个点，可知相邻计数点的
时间间隔为
根据逐差法可得
若牛顿第二定律成立，则有
联立，可得
13、（2022·浙江·高考真题）（1）①“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置如图1所示，
长木板水平放置，细绳与长木板平行。图2是打出纸带的一部分，以计数点O为位移测量起点和
计时起点，则打计数点B时小车位移大小为______cm。由图3中小车运动的数据点，求得加速度
为______m/s2（保留两位有效数字）。
②利用图1装置做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，需调整的是______。
A．换成质量更小的小车 B．调整长
木板的倾斜程度C．把钩码更换成砝码盘和砝码 D．改变连接小车的细绳与长木板的
夹角
（2）“探究求合力的方法”的实验装置如图4所示，在该实验中，
①下列说法正确的是______；
A．拉着细绳套的两只弹簧秤，稳定后读数应相同
B．在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的两点
C．测量时弹簧秤外壳与木板之间不能存在摩擦
D．测量时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行于木板
②若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要______（选填“2”、“3”或“4”）次把橡皮
条结点拉到O点。
【答案】 6.15~6.25 1.7 ~2.1 BC##CB D 3
【解析】
（1）依题意，打计数点B时小车位移大小为6.20cm，考虑到偶然误差，6.15cm~6.25cm也可；
由图3中小车运动的数据点，有
考虑到偶然误差，1.7m/s2~2.1 m/s2也可；
A．利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要满足小车质量远远大于钩码
质量，所以不需要换质量更小的车，故A错误；
B．利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，需要利用小车斜向下的分力以平
衡其摩擦阻力，所以需要将长木板安打点计时器一端较滑轮一端适当的高一些，故B正确；
C．以系统为研究对象，依题意“探究小车速度随时间变化的规律”实验时有考虑到实际情况，即 ，有
则可知
而利用图1装置“探究加速度与力、质量的关系”的实验时要保证所悬挂质量远小于小车质量，
即 ；可知目前实验条件不满足，所以利用当前装置在“探究加速度与力、质量的关系”时
需将钩码更换成砝码盘和砝码，以满足小车质量远远大于所悬挂物体的质量，故C正确；
D．实验过程中，需将连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板始终保持平行，与之前的相同，故 D
错误。
故选BC。
（2） A．在不超出弹簧测力计的量程和橡皮条形变限度的条件下，使拉力适当大些，不必使两
只测力计的示数相同，故A错误；
B．在已记录结点位置的情况下，确定一个拉力的方向需要再选择相距较远的一个点就可以了，
故B错误；
C．实验中拉弹簧秤时，只需让弹簧与外壳间没有摩擦，此时弹簧测力计的示数即为弹簧对细绳
的拉力相等，与弹簧秤外壳与木板之间是否存在摩擦无关，故C错误；
D．为了减小实验中摩擦对测量结果的影响，拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近并平行
于木板，故D正确。
故选D。
若只有一只弹簧秤，为了完成该实验，用手拉住一条细绳，用弹簧称拉住另一条细绳，互成角度
的拉橡皮条，使其结点达到某一点O，记下位置O和弹簧称示数F 和两个拉力的方向；交换弹簧
1
称和手所拉细绳的位置，再次将结点拉至O点，使两力的方向与原来两力方向相同，并记下此时
弹簧称的示数F ；只有一个弹簧称将结点拉至O点，并记下此时弹簧称的示数F的大小及方向；
2
所以若只有一只弹簧秤，为了完成该实验至少需要3次把橡皮条结点拉到O。
14、（2022·山东·高考真题）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5.00cm，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，则待
测物体的质量为________kg。
【答案】 12 0.20 0.13
【解析】
（1）由题知，弹簧处于原长时滑块左端位于O点，A点到O点的距离为5.00cm。拉动滑块使其
左端处于A点，由静止释放并开始计时。结合图乙的F—t图有
x = 5.00cm，F = 0.610N
根据胡克定律
计算出
k ≈ 12N/m
（2）根据牛顿第二定律有
F = ma
则a—F图像的斜率为滑块与加速度传感器的总质量的倒数，根据图丙中I，则有则滑块与加速度传感器的总质量为
m = 0.20kg
（3）滑块上增加待测物体，同理，根据图丙中II，则有
则滑块、待测物体与加速度传感器的总质量为
m′ = 0.33kg
则待测物体的质量为
m = m′ - m = 0.13kg
15、（2021·北京·高考真题）物理实验一般都涉及实验目的、实验原理、实验仪器、实验方法、
实验操作、数据分析等。例如：
（1）实验仪器。用游标卡尺测某金属管的内径，示数如图 1 所示。则该金属管的内径为
_______mm。
（2）数据分析。打点计时器在随物体做匀变速直线运动的纸带上打点，其中一部分如图2所示，
B、C、D为纸带上标出的连续3个计数点，相邻计数点之间还有4个计时点没有标出。打点计时
器接在频率为50Hz的交流电源上。则打C点时，纸带运动的速度vC = ________m/s（结果保留
小数点后两位）。
（3）实验原理。图3为“探究加速度与力的关系”的实验装置示意图。认为桶和砂所受的重力等
于使小车做匀加速直线运动的合力。实验中平衡了摩擦力后，要求桶和砂的总质量 m比小车质量
M小得多。请分析说明这个要求的理由。（ ）【答案】 31.4 0.44 见解析
【解析】
（1）根据游标卡尺的读数规则有
（2）每隔4个点取一个点作为计数点，故两计数点间有5个间隔；故两点间的时间间隔为
匀变速直线运动中时间中点的速度等于该过程中的平均速度，则有
（3）设绳的拉力为T，小车运动的加速度为a。对桶和砂，有
对小车，有
得
小车受到细绳的拉力T等于小车受到的合力F，即
可见，只有桶和砂的总质量m比小车质量M小得多时，才能认为桶和砂所受的重力mg等于使小
车做匀加速直线运动的合力F。
16、（2020·浙江·高考真题）在“探究加速度与力、质量的关系”和用橡皮筋“探究做功与物体
速度变化的关系”实验中
（1）都是通过分析纸带上的点来测量物理量，下列说法正确的是______
A．都需要分析打点计时器打下的第一个点 B．都不需要分析打点计时器打下的第
一个点
C．一条纸带都只能获得一组数据 D．一条纸带都能获得多组数据
（2）如图是两条纸带的一部分，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。其中图_____（填“甲”或“乙”）所示的是用橡皮筋“探究做功与物体速度变化的关系”的实验纸带。“探究加速度与力、质量的关系”实验中，小车的加速度
大小a=_____m/s2（保留2位有效数字）。
（3）在用橡皮筋“探究做功与物体速度变化的关系”实验中，平衡阻力后，小车与橡皮筋组成
的系统在橡皮筋恢复形变前机械能_____（填“守恒”或“不守恒”）。
【答案】 BC 甲 0.40 不守恒
【解析】
（1）AB．在“探究加速度与力、质量的关系”和用橡皮筋“探究做功与物体速度变化的关系”
实验中均不需要打下的第一个点，前者主要利用纸带求解加速度，后者主要研究两点间的动能的
变化，无需从第一个点进行研究。故A错误，B正确；
CD．牛顿第二定律实验探究一条纸带只能求解一个加速度，找到加速度 a与质量m和合外力F
的一组对应关系；动能定理探究也是从一条纸带上选择两个点作为一组数据进行过程分析，故C
正确，D错误。
（2）甲图中纸带后边是匀速直线运动，说明甲图应为用橡皮筋“探究做功与物体速度变化的关
系”实验；
对乙纸带采用逐差法求解加速度：
（3）小车与橡皮筋在运动过程中，除了斜面的摩擦力外还会受到空气的阻力作用，故平衡摩擦
力运动过程中机械能不守恒。
