文档文本内容
高考实验解读与针对性训练
实验4 探究加速度与物体受力、物体质量的关系
【实验解读】
一、教材实验解读
方案一 用打点计时器探究加速度与力、质量之间的关系
原理装置图
操作要求
注意事项
1.控制变量法
(1)保持小车质量不变，探究加速
度与合力的关系。
(2)保持小车所受合力不变，探究
加速度与质量的关系。
2.改变小车质量M 或槽码质量m
时，无需重新补偿阻力。
3.使用力传感器或弹簧测力计可
测出细绳拉力时，无需满足
M≫m。
1.用天平测量槽码的质量
m 和小车的质量M。
2.根据设计要求安装实验
装置，只是不把悬挂槽
码的细绳系在小车上。
3.在长木板不带定滑轮的
一端下面垫上一块薄木
块，使小车能匀速下
滑。
4.槽码通过细绳绕过定滑
轮系于小车上，接通电
源后放开小车，断开电
源取下纸带，编写号
码，保持小车质量M 不
变，改变槽码质量m，
重复实验得到纸带；保
持槽码的质量m 不变，
改变小车的质量M，重
复实验得到纸带。
1.补偿阻力：补偿
阻力时，不要把
悬挂槽码的细绳
系在小车上，让
小车连着纸带匀
速运动
2.质量：槽码质量
m 远小于小车质量
M
3.平行：使细绳与
长木板平行
4.靠近：小车从靠
近打点计时器的
位置释放
5.先后：实验时先
接通电源后释放
小车
数据处理
1.利用Δs＝aT2及逐差法求a。
2.以a 为纵坐标，F 为横坐标，描点、画线，如果该线为过原
点的直线，说明a 与F 成正比。
3.以a 为纵坐标，为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点
的直线，就能判定a 与M 成反比。
方案二 用气垫导轨探究加速度与力、质量之间的关系
原理装置图
操作要求
1.控制变量法
1.探究加速度与力的定量关系：保持滑
块质量不变，通过增减橡皮泥的数量来
改变拉力F 的大小。
2.探究加速度与质量的定量关系：保持
橡皮泥及小桶的质量不变，即滑块所受
拉力不变，通过在滑块上增加或减少砝
(1)保持小车质量不变，探究加速度与
合力的关系。
(2)保持小车所受合力不变，探究加速
度与质量的关系。
2.使小桶与橡皮泥的质量远小于滑块与
砝码的质量。
码来改变滑块的质量。
二、拓展创新实验
【高考启示】
高考实验题一般源于教材而不拘泥于教材，是在教材实验的基础上创设新情景。
因此，要在夯实教材实验的基础上注意迁移和创新能力的培养，善于用教材中
实验的原理、方法和技巧处理新问题。
拉力传感器、弹簧测力计――→“近似等于小盘和砝码的总重力”。
【高考典例】
【典例1】（2025 高考山东卷）（6 分）某小组采用如图甲所示的装置验证牛顿第二定律，
部分实验步骤如下：
(1)将两光电门安装在长直轨道上，选择宽度为d 的遮光片固定在小车上，调整轨道倾角，
用跨过定滑轮的细线将小车与托盘及砝码相连。选用
（填“5.00”或
“1.00”）的遮光片，可以较准确地测量遮光片运动到光电门时小车的瞬时速度。
(2)将小车自轨道右端由静止释放，从数字毫秒计分别读取遮光片经过光电门1、光电门2
时的速度
、
，以及从遮光片开始遮住光电门1 到开始遮住光电门
2 的时间
，计算小车的加速度
（结果保留2 位有效数字）。
(3)将托盘及砝码的重力视为小车受到的合力F，改变砝码质量，重复上述步骤，根据数据
拟合出
图像，如图乙所示。若要得到一条过原点的直线，实验中应 （填“增
大”或“减小”）轨道的倾角。
(4)图乙中直线斜率的单位为 （填“
”或“
”）。
【典例2】．（2025 年高考湖南卷）（7 分）某同学通过观察小球在黏性液体中的运动，
探究其动力学规律，步骤如下：
（1）用螺旋测微器测量小球直径D 如图1 所示，
。
（2）在液面处由静止释放小球，同时使用频闪摄影仪记录小球下落过程中不同时刻的位置，
频闪仪每隔
闪光一次。装置及所拍照片示意图如图2 所示（图中的数字是小球到液面
的测量距离，单位是
）。
（3）根据照片分析，小球在A、E 两点间近似做匀速运动，速度大小
（保留2 位有效数字）。
（4）小球在液体中运动时受到液体的黏滞阻力
（k 为与液体有关的常量），已知
小球密度为
，液体密度为
，重力加速度大小为g，则k 的表达式为
（用
题中给出的物理量表示）。
（5）为了进一步探究动力学规律，换成直径更小的同种材质小球，进行上述实验，匀速运
动时的速度将 （填“增大”“减小”或“不变”）。
【典例3】. （2025 高考广西卷）（8 分）在用如图甲的装置做“探究加速度与力、质
量的关系”实验中：
(1)探究小车加速度与小车所受拉力的关系时，需保持小车（含加速度传感器，下同）
质量不变，这种实验方法是____。
(2)实验时，调节定滑轮高度，使连接小车的细绳与轨道平面保持_____。
(3)由该装置分别探究M、N 两车加速度a 和所受拉力F 的关系，获得a—F 图像如
图乙，通过图乙分析实验是否需要补偿阻力（即平衡阻力）。如果需要，说明如何操作；
如果不需要，说明理由。
(4)悬挂重物让M、N 两车从静止释放经过相同位移的时间比为n，两车均未到达轨道末端，
则两车加速度之比
_____。
【典例4】．（2025 高考安徽卷）（6 分）某实验小组通过实验探究加速度与力、质量的
关系。
(1)利用图甲装置进行实验，要平衡小车受到的阻力。平衡阻力的方法是：调整轨道的倾斜
度，使小车 。（选填正确答案标号）
a.能在轨道上保持静止
b.受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速运动
c.不受牵引时，能拖动纸带沿轨道做匀速运动
(2)利用图乙装置进行实验，箱体的水平底板上安装有力传感器和加速度传感器，将物体置
于力传感器上，箱体沿竖直方向运动。利用传感器测得物体受到的支持力
和物体的加速
度a，并将数据实时传送到计算机。
①图丙是根据某次实验采集的数据生成的
和a 随时间t 变化的散点图，以竖直向上为正
方向。
时，物体处于 （选填“超重”或“失重”）状态；以
为横轴、
a 为纵轴，根据实验数据拟合得到的
图像为图丁中的图线a、
②若将物体质量增大一倍，重新进行实验，其
图像为图丁中的图线 。
（选填“b”“c”或“d”）
【典例5】.（2025 年1 月浙江选考题） “探究加速度与力、质量的关系”的实验装置如
图所示。
（1）如图是某次实验中得到的纸带的一部分。每5 个连续打出的点为一个计数点，电源频
率为
，打下计数点3 时小车速度为_____
（保留三位有效数字）。
（2）下列说法正确的是_____（多选）
A. 改变小车总质量，需要重新补偿阻力
B. 将打点计时器接到输出电压为
的交流电源上
C. 调节滑轮高度，使牵引小车的细线跟长木板保持平行
D. 小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车
（3）改用如图1 所示的气垫导轨进行实验。气垫导轨放在水平桌面上并调至水平，滑块在
槽码的牵引下先后通过两个光电门，配套的数字计时器记录了遮光条通过光电门1、2 的遮
光时间分别为
，测得两个光电门间距为x，用游标卡尺测量遮光条宽度d，结果如
图2 所示，其读数
_____mm，则滑块加速度
_____（用题中所给物理量符号表示）。
【针对性训练】
1. （重庆高2025 届学业质量调研第三次抽测）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
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）
2. （2025 年5 月河南名校联考）用图示的装置来探究合外力与加速度的关系，光电门在铁
架台上的位置可竖直上下调节，滑轮和细绳的质量及各处摩擦均忽略不计，物块A、B（含
遮光条）的质量相等，均为M，重力加速度为g。
（1）若遮光条的宽度为d，遮光条的挡光时间为
，则物块B 通过光电门的速率
v=________。
（2）在物块B 上放置一个小砝码并改变遮光条与光电门之间的高度h（满足h 远大于
d），实验时将物块B 由静止释放，多次实验，测出各次的挡光时间∆t，在以
为纵轴、
∆t2为横轴的平面直角坐标系中作出图像，该图像的斜率为k1，则物块B 的加速度
a=________。
（3）依次增加放置在物块B 上小砝码的个数，重复上述测量速度和计算加速度的操作，记
录多组（F，a）数据，在以力传感器的示数F 为横轴、加速度a 为纵轴的平面直角坐标系
中作出图像。若得到图线的斜率为k2，则k2=________。
3. （山东省临沂2025 年普通高中学业水平等级测评试题三模）某实验小组用图甲所示的
装置探究“加速度与力和质量”的关系，打点计时器使用的交流电频率为
，纸带每
5 个点取一个计数点，
、
、
、
、
为选取的连续5 个计数点。已知重物质量为
，
重力加速度为
，滑轮重力及绳与滑轮间的摩擦不计。
（1）本实验中，重物的质量______（选填“需要”或“不需要”）远小于小车的质量。
（2）依据图乙纸带计算，小车做匀加速运动的加速度大小为
______
（保留两位
有效数字）。
（3）若不计小车与水平面间的摩擦，则实验中弹簧秤读数应为
______（用
、
、
表示）。
（4）由于绳与滑轮间存在摩擦或存在空气阻力，实验中发现
的计算值总是略______
（选填“大于”或“小于”）弹簧秤的读数。
4. （2025 年5 月广州高三综合测试）实验小组采用如图甲所示的装置探究小车的加速度与
小车质量和合外力的关系。为平衡摩擦力，先取下砝码盘和砝码，调节木板的倾角，轻推
系着纸带的小车，小车获得初速度后通过打点计时器，打出了如图乙所示纸带，纸带靠
点的一端连着小车，由图乙可以推测，小车运动过程中速度______（选填“越来越大”或
“越来越小”），受到的合力________（选填“越来越大”“越来越小”或“不变”）。
继续调整木板倾角，完成平衡摩擦力的操作后，挂上砝码和砝码盘进行实验，最终获得小
车运动的
（
为砝码和砝码盘的重力）图像，如图丙所示，根据图像，可以判断
_________
A．平衡摩擦力时，倾角仍然过小
B．随着F 增大，小车的加速度a 可能大于重力加速度g
C．小车的质量一定时，其加速度与所受合外力成正比
5. （湖南怀化名校联考联合体2025 届高考考前仿真联考三）在一次课外活动中，某同学
用如图甲所示的装置测量放在水平光滑桌面上的金属板B 与铁块A 之间的动摩擦因数，并
验证牛顿第二定律。实验步骤如下：
（a）用天平测出铁块A 的质量mA、金属板B 的质量mB
（b）将该装置按如图所示的方式连接
（c）在动滑轮下挂上砝码，稳定运行后，弹簧秤的示数为F1，力传感器的示数为F2，打点
计时器后方打出的一段纸带如图乙所示，已知重力加速度为g，纸带上相邻计数点间的时
间间隔为T，则：
（1）金属板B 与铁块A 之间的动摩擦因数为_______。
（2）要验证牛顿第二定律，需要保证______。
A. 定滑轮和金属板间的细绳必须水平
B. 所有滑轮必须光滑
C. 钩码的质量必须远小于金属板的质量
（3）要验证牛顿第二定律，需要验证的关系为
__________（用“
、
、
、
、
”表示）。
6. (2025 年4 月浙江稽阳联谊学校高三联考)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
一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上钩码。
（1）关于该实验操作，下列说法正确的是______
A. 实验时使用了力传感器测合力，所以不需要补偿阻力
B. 实验时需要满足钩码质量远小于小车质量
C. 需要调节滑轮高度，使细线处于水平
D. 两光电门间的距离适当大点
（2）用20 分度的游标卡尺测量遮光片的宽度，示数如图（b）所示，读数为
d=______cm。
（3）某次实验中，小车先后通过光电门所用时间分别为
、
，测得两光电门之间的距离为s=80.00cm，则小车的加速度a=_______
（结果保留3 位有效数字）
（4）改变钩码数，可得到多组数据，作出a-F 图像如图（c）所示，则图线不过原点
原
因是______；图像的斜率表示______。
7. (湖北省2025 届八校三统联考)某实验兴趣小组利用如图甲所示装置做“探究加速度与力
的关系”实验时，实验操作如下：
①挂上托盘和砝码，调整木板的倾角，使质量为M 的小车沿木板匀速下滑；
②取下托盘和砝码，测出其总质量为m，让小车沿木板下滑。设小车受到的合外力为F，
通过计算机可得到小车与位移传感器的距离随时间变化的
图像，并求出小车的加速度
a；
③改变砝码质量和木板的倾角，重复步骤①②，可得到多组a、F 的数据，并绘制
图
像。
（1）下列说法正确的是______
A. 实验开始前需要先补偿阻力
B. 调整滑轮高度使细线与木板平行
C. 本实验需要满足
D. 本实验将托盘和砝码的总重力mg 的大小作为小车受到的合外力F 的大小
（2）若测量质量时未考虑托盘的质量，仅将砝码质量记为m，则绘制出的
图像应该
是图乙中的______（选填“Ⅰ”或“Ⅱ”或“Ⅲ”）；
（3）某段时间内小车的
图像如图丙所示，根据图像可得小车的加速度大小为______
。（结果保留两位有效数字）
8. （2025 年5 月苏州八校三模）某实验小组用如图甲所示的实验装置验证牛顿第二定律。
滑块上有两个宽度均为d 的遮光片，滑块与遮光片总质量为M，两遮光片中心间的距离为
L。
（1）用游标卡尺测量一个遮光片的宽度d，结果如图乙所示，则遮光片的宽度
d=___________cm。
（2）将滑块置于光电门右侧的气垫导轨上，打开气泵电源，轻推滑块，遮光片1、2 通过
光电门的挡光时间分别为
和
，发现
，为了将气垫导轨调至水平，应将支脚A 适
当调______（填“高”或“低”）。
（3）气垫导轨调至水平后，将细线一端拴在滑块上，另一端依次跨过光滑轻质定滑轮和光
滑动滑轮后悬挂在O 点，调节气垫导轨左端的定滑轮，使定滑轮和滑块之间的细线与气垫
导轨平行，调整O 点的位置，使动滑轮两侧的细线竖直，将沙桶悬挂在动滑轮上。将滑块
在光电门右侧释放，光电门记录遮光片1、2 通过时的挡光时间分别为
和
，则滑块的加
速度大小为a=_____________。（用题目中的物理量符号表示）
（4）多次改变沙桶和桶内细沙的总质量
，并记录遮光片1、2 的挡光时间，
计算相应的加速度a，根据计算的数据描绘加速度a 与沙桶和桶内细沙的总重力mg 之间的
关系图像如图丙所示，则图像的斜率k=__________（用题目中的物理量符号表示），图像
没有过原点的原因是______________________。
9.(2024·广东汕尾市调研)如图甲所示为探究牛顿第二定律的实验装置示意图，
图中打点计时器使用的电源为50 Hz 的交流电源，在小车质量未知的情况下，
通过改变桶中沙的多少来探究在小车质量一定的条件下，小车的加速度与合外
力的关系。
(1)平衡小车所受的摩擦力：取下装沙的桶，调整木板右端的高度，用手轻拨小
车，直到打点计时器在纸带上打出一系列间距________的点。
(2)实验中打出的其中一条纸带如图乙所示，每5 个点标记一个计数点，标记结
果如图所示，A、B、C、D 为连续选择的计数点，相邻计数点间的时间间隔T＝
________ s；读出纸带上A、B 计数点间距s1＝_______ cm，C、D 计数点间距
s2 ＝______ cm ；利用字母T 、s1 、s2 表达出小车的加速度的计算式a ＝
________________。
(3)以沙和桶的总重力F 为横坐标，小车的加速度a 为纵坐标，作出a－F 图像如
图丙所示，则小车的质量为M＝________ kg。
