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高考物理必做实验高考真题汇编
实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系
1. （2024 高考甘肃卷）用图1 所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系。
（1）以下操作正确的是______（单选，填正确答案标号）。
A. 使小车质量远小于槽码质量
B. 调整垫块位置以补偿阻力
C. 补偿阻力时移去打点计时器和纸带
D. 释放小车后立即打开打点计时器
（2）保持槽码质量不变，改变小车上砝码的质量，得到一系列打点纸带。其中一条纸带的计数点如
图2 所示，相邻两点之间的距离分别为
，时间间隔均为T。下列加速度算式中，最优的
是______（单选，填正确答案标号）。
A.
B.
C.
D.
（3）以小车和砝码的总质量M 为横坐标，加速度的倒数
为纵坐标，甲、乙两组同学分别得到的
1
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图像如图3 所示。
由图可知，在所受外力一定的条件下，a 与M 成______（填“正比”或“反比”）；甲组所用的
______（填“小车”、“砝码”或“槽码”）质量比乙组的更大。
【答案】（1）B （2）D （3） ①. 反比 ②. 槽码
【解析】
（1）为了使小车所受的合外力大小近似等于槽码的总重力，故应使小车质量远大于槽码质量，故A
错误；
为了保证小车所受细线拉力等于小车所受合力，则需要调整垫块位置以补偿阻力，也要保持细线和
长木板平行，故B 正确；补偿阻力时不能移去打点计时器和纸带，需要通过纸带上点迹是否均匀来
判断小车是否做匀速运动，故C 错误；根据操作要求，应先打开打点计时器再释放小车，故D 错误。
（2）根据逐差法可知
，
，
，
联立可得小车加速度表达式为
，故选D。
（3）根据图像可知
与M 成正比，故在所受外力一定的条件下，a 与M 成反比；
设槽码的质量为m，则由牛顿第二定律
化简可得
由此可知，
图像斜率越小，槽码的质量m 越大，由图可知甲组所用的槽码质量比乙组的更大。
2. （2024 高考江西卷）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（a）所示，
2
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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
。利用光电门系统测出不同钩码质量m 时小车加速度a。钩码所受重
力记为F，作出
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
，重复步骤（2）的测量过程，作出
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
，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
组数据未列出）。
序号
1
2
3
4
5
3
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钩码所受重力
0.020
0.040
0.060
0.080
0.100
小车加速度
0.26
0.55
0.82
1.08
1.36
序号
6
7
8
15
钩码所受重力
0.120
0.140
0.160
……
0.300
小车加速度
1.67
1.95
2.20
……
3.92
（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_________。
（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】 ①. 较大 ②. 较小
③.
④. 远大于钩码质量 ⑤. 见解析
【解析】
（4）[1][2]由题图（b）分析可知，与图线甲相比，图线之的线性区间较大，非线性区间较小；
（5）[3]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，如下图所示
4
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（6）[4][5]设绳子拉力为
，对钩码根据牛顿第二定律有
对小车根据牛顿第二定律有
联立解得
变形得
当
时，可认为
则
即a 与F 成正比。
3. （2024 年1 月浙江选考·16）如图1 所示是“探究加速度与力、质量的关系”的实验装置。
（1）该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们采用的研究方法是_____；
A.放大法 B.控制变量法 C.补偿法
（2）该实验过程中操作正确的是____；
5
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A.补偿阻力时小车未连接纸带
B.先接通打点计时器电源，后释放小车
C.调节滑轮高度使细绳与水平桌面平行
（3）在小车质量___（选填“远大于”或“远小于”）槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽
码的重力。上述做法引起的误差为___（选填“偶然误差”或“系统误差”）。为减小此误差，下列
可行的方案是___；
A.用气垫导轨代替普通导轨，滑块代替小车
B.在小车上加装遮光条，用光电计时系统代替打点计时器
C.在小车与细绳之间加装力传感器，测出小车所受拉力大小
（4）经正确操作后获得一条如图2 所示的纸带，建立以计数点0 为坐标原点的x 轴，各计数点的位
置坐标分别为0、
、
、
。已知打点计时器的打点周期为T，则打计数点5 时小车速度的表达
式
___；小车加速度的表达式是___。
A.
B.
C.
【答案】 （1） B （2）. B （3）. 远大于 . 系统误差 . C （4）
.
A
【解析】（1）[1]该实验中同时研究三个物理量间关系是很困难的，因此我们可以控制其中一个物
理量不变，研究另外两个物理量之间的关系，即采用了控制变量法。
故选B。
（2）[2]A．补偿阻力时小车需要连接纸带，一方面是需要连同纸带所受的阻力一并平衡，另外一方
面是通过纸带上的点间距判断小车是否在长木板上做匀速直线运动，故A 错误；
B．由于小车速度较快，且运动距离有限，打出的纸带长度也有限，为了能在长度有限的纸带上尽
可能多地获取间距适当的数据点，实验时应先接通打点计时器电源，后释放小车，故B 正确；
C．为使小车所受拉力与速度同向，应调节滑轮高度使细绳与长木板平行，故C 错误。
故选B。
（3）[3]设小车质量为M，槽码质量为m。对小车和槽码根据牛顿第二定律分别有
6
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联立解得
由上式可知在小车质量远大于槽码质量时，可以认为细绳拉力近似等于槽码的重力。
[4]上述做法引起的误差是由于实验方法或原理不完善造成的，属于系统误差。
[5]该误差是将细绳拉力用槽码重力近似替代所引入的，不是由于车与木板间存在阻力（实验中已经
补偿了阻力）或是速度测量精度低造成的，为减小此误差，可在小车与细绳之间加装力传感器，测
出小车所受拉力大小。
故选C。
（4）[6]相邻两计数点间的时间间隔为
打计数点5 时小车速度的表达式为
[7]根据逐差法可得小车加速度的表达式是
故选A。
4. （2023 学业水平等级考试上海卷）如图，利用光电门研究“小车的加速度与所受合外力的关系”，
先测出单个钩码所受重力G，之后改变绳端钩码个数，可以近似认为钩码受到的重力等于小车受到
的拉力，小车每次从水平面上同一位置释放，测出挡光片通过光电门的时间△t。
（1）实验中 （选填“必须”或“不必”）测出小车的质量。
（2）为完成实验，还需要测量①
。
② 。
（3）实际小车受到的拉力小于钩码的总重力，原因是
。
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（4）若轨道保持水平，定滑轮偏低导致细线与轨道不平行，则细线平行时小车的加速度a1与细线不
平行时小车的加速度a2相比，a1 a2（选填“大于”、“小于”或“等于”）。
【参考答案】（1）不必 （2）①挡光片宽度d，②小车释放点到光电门的距离s，
（3）钩码下落有向下的加速度， （4）大于
【名师解析】（1）研究“小车的加速度与所受合外力的关系”实验，不需要测量小车质量。
（2）为完成实验，还需要测量①挡光片宽度d，以便计算小车通过光电门时的速度；②小车释放点
到光电门的距离s，以便计算加速度。
（3）由于钩码下落有向下的加速度，所以小车受到的拉力小于钩码的总重力。
（4）细线与轨道不平行时细线拉力斜向下，导致小车所受的合外力小于细线拉力，小车的加速度减
小，所以a1 大于
a2。
5 .(9 分)（2020 高考北京卷）在“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验中，做如下探究：
(1)为猜想加速度与质量的关系，可利用图1 所示装置进行对比实验。两小车放在水平板上，前端
通过钩码牵引，后端各系一条细线，用板擦把两条细线按在桌上，使小车静止。抬起板擦，小车
同时运动，一段时间后按下板擦，小车同时停下。对比两小车的位移，可知加速度与质量大致成
反比。关于实验条件，下列正确的是：
(选填选项前的字母)。
A.小车质量相同，钩码质量不同
B.小车质量不同，钩码质量相同
C.小车质量不同，钩码质量不同
(2)某同学为了定量验证(1)中得到的初步关系，设计实验并得到小车加速度
与质量
的7 组实
验数据，如下表所示。在图2 所示的坐标纸上已经描好了6 组数据点，请将余下的一组数据描在
坐标纸上，并作出
图像。
次数
1
2
3
4
5
6
7
0.62
0.56
0.48
0.40
0.32
0.24
0.15
8
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M/kg
0.25
0.29
0.33
0.40
0.50
0.71
1.00
（3）在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”。请在图3 中画出小车受力的
示意图。为了简化“力”的测量，下列说法正确的是：__________（选填选项前的字母）。
A．使小车沿倾角合适的斜面运动，小车受力可等效为只受绳的拉力
B．若斜面倾角过大，小车所受合力将小于绳的拉力
C．无论小车运动的加速度多大，砂和桶的重力都等于绳的拉力
D．让小车的运动趋近于匀速运动，砂和桶的重力才近似等于绳的拉力
【参考答案】（1）B（2） （3）D
【命题意图】本题考查光的干涉及其相关知识点。
【解题思路】（1）探究加速度与质量关系，需要保持两小车所受合外力相同，牵引小车的钩码相同，
小车质量不同，选项B 正确。
（2）将第4 组数据描在图2 中，拟合成直线，作出a——1/M 图象。
（3）小车受到重力，桌面支持力，轻绳拉力和桌面的摩擦力。
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若小车沿倾角合适的斜面做匀速运动，平衡摩擦力，小车受力可等效为只受轻绳的拉力，选项A 正
确；若斜面倾角过大，小车所受合力大于轻绳的拉力，选项B 错误；只有小车的加速度足够小时，
即趋近于匀速运动时，砂和砂桶的重力才近似等于绳的拉力，选项C 错误D 正确。
6．（7 分）（1）（2020 年7 月浙江选考）做“探究加速度与力、质量的关系”实验时，图1 甲是
教材中的实验方案；图1 乙是拓展方案，其实验操作步骤如下：
图1
（ⅰ）挂上托盘和砝码，改变木板的倾角，使质量为M 的小车拖着纸带沿木板匀速下滑；
（ⅱ）取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑，测出加速度a；
（ⅲ）改变砝码质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得到
的关系。
①实验获得如图2 所示的纸带，计数点a、b、c、d、e、f 间均有四个点未画出，则在打d
点时小车的速度大小
_________
（保留两位有效数字）；
图2
②需要满足条件
的方案是_________（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）；在
作
图象时，把
作为F 值的是________（选填“甲”、“乙”或“甲和乙”）。
【参考答案】（1）0.19 （2 分） 甲 （1 分） 甲和乙 （1 分）
【命题意图】本题考查“探究力和加速度关系实验”和利用单摆测量重力加速度实验，考查的核心
素养是实验探究。
【解题思路】（1）相邻两个计数点之间的时间间隔T=5×0.02s=0.10s，根据做匀变速直线运动的质
点在一段时间内的平均速度等于中间时刻的瞬时速度，可得打d 点时小车的速度大小vd=
=
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×10-2m/s=0.19 m/s。
在图甲中把托盘和砝码的重力视作小车受到的拉力，需要满足条件M＞＞m；在图乙中挂上托盘和
砝码，使小车匀速向下运动，受力平衡。去掉托盘和砝码，小车所受的合外力F 等于托盘和砝码的
重力mg，所以需要满足条件M＞＞m 的方案是图甲。在作a—F 图像时，把mg 作为F 值的是甲和乙。
7.（2018 年11 月浙江选考物理）在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，两个相同的小车
放在光滑水平板上，前段各系一条细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可放重
物。小车的停和动通过用黑板擦按住小车后的细线和抬起来控制，如图1 所示。实验要求小
盘和重物所受的重力近似等于使小车做匀加速直线运动的力。
请指出图2 中错误之处：_______________________________。
调整好装置后，在某次实验中测得两小车的位移分别是x1 和x2，则两车的加速度之比为
_______________。
【参考答案】（1）AD
（2）①拉小车的细线没有与木板表面不平行。m 没有远远小于M
②x1∶x2。
【命题意图】本题考查 “探究加速度与力和质量的关系实验”。
【解题思路】（2）①拉小车的细线应该与木板表面平行。m 没有远远小于M
②由于两车都是做初速度为零的匀加速直线运动，且运动时间相同，由x=
at2，可知两车的加速度
之比等于位移之比。
8、（2016 全国理综III 丙卷）某物理课外小组利用图（a）中的装置探究物体加速度与其所受合外力
之间的关系。图中，置于实验台上的长木板水平放置，其右端固定一轻滑轮：轻绳跨过滑轮，一段
与放在木板上的小滑车相连，另一端可悬挂钩码。本实验中可用的钩码共有N=5 个，每个质量均为
0.010kg。实验步骤如下：
第17 题图
1
第17 题图
2
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（1）将5 个钩码全部放入小车中，在长木板左下方垫上适当厚度的小物快，使小车（和钩码）可以
在木板上匀速下滑。
（2）将n（依次取n=1,2,3,4,5）个钩码挂在轻绳右端，其余N-n 个钩码仍留在小车内；用手按住小
车并使轻绳与木板平行。释放小车，同时用传感器记录小车在时刻t 相对于其起始位置的位移s，绘
制s-t 图像，经数据处理后可得到相应的加速度a。
（3）对应于不同的n 的a 值见下表。n=2 时的s-t 图像如图(b)所示：由图（b）求出此时小车的加速
度（保留2 位有效数字），将结果填入下表。
n
1
2
3
4
5
0.20
0.58
0.78
1.00
（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，并作出a-n 图像。从图像可以看出：当物体质量一
定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。
（5）利用a–n 图像求得小车（空载）的质量为_______kg（保留2 位有效数字，重力加速度取g=9.8
m·s–2）。
（6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1），下列说法正确的是_______（填入正确选项钱的标
号）
A．a–n 图线不再是直线
B．a–n 图线仍是直线，但该直线不过原点
C．a–n 图线仍是直线，但该直线的斜率变大
【参考答案】（3）0.39（4）如图所示（5）0.45（6）BC
【名师解析】（3）由于小车做初速度为零的匀加速直线运动，s=
at2，将图象上某点的坐标值，例
如（2,0.78）代入解得：a=0.39m/s2。
（4）利用表中的数据在图（c）中补齐数据点，用描点法，拟合成直线可得如图所示图线。
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（5）根据牛顿第二定律可得nmg =(5m+M)a，代入m=0.010kg，n=1、2、3、4、5，以及相应的加
速度求可得小车（空载）的质量为M=0.45kg。
（6）若以“保持木板水平”来代替步骤（1），即不平衡摩擦力，则有由牛顿运动定律，nmg-
f=(5m+M) a，
f=μ[(5-n)m+M]g，a =nmg/(5m+M)-
g。将m=0.010kg，n=1、2、3、4、5，
M=0.45kg 代入描点，得到的a–n 图线如图所示。
显然a–n 图线不再过原点，但仍然是直线，直线的斜率增大，选项A 错误BC 正确。
考点：验证牛顿第二定律的应用
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