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第12 讲 实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系
目录
01 课标达标练.....................................................................................................................1
题型01 教材原型实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系.....................................1
题型02 拓展创新实验.....................................................................................................................3
02 核心突破练.....................................................................................................................4
03 真题溯源练.....................................................................................................................8
01 教材原型实验：探究加速度与物体受力、物体质量的关系
1．（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
。
2．（2025·山东临沂·二模）用如图所示实验装置探究外力一定时加速度与质量的关系。
(1)为补偿小车受到的阻力，调节木板倾角，使小车在不挂槽码时运动，并打出纸带进行检验，下图中能表
明补偿阻力恰当的是__________。
A．
B．
C．
D．
(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。通过分析纸带数据利用逐差法求出
小车的加速度a，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
图像如图所示。
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。
3．
（2025·四川凉山·三模）在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，可分别用如图甲、图
乙所示装置进行实验。
(1)利用如图甲所示装置进行实验，两辆相同的小车放在木板上，小车左端各系一条细线，线的另一端跨过
光滑定滑轮各挂上槽码（图中未画出），两小车右端各系一条细线，用黑板擦把两条细线同时按在木板上
使小车静止，抬起黑板擦，两小车同时开始运动，过一段时间后再次按下黑板擦，两车同时停止运动。则
下列说法不正确的是__________。
A．该实验采用控制变量的方法
B．两车加速度之比等于位移之比
C．本实验不需要补偿阻力
D．本实验要求槽码的质量远小于小车质量
(2)利用如图乙所示装置进行实验，在规范的实验操作下，若打出的一条纸带如图丙所示，相邻两计数点间
均有4 个点未画出，已知电源频率为50Hz，则小车的加速度大小为 m/s²。
(3)为了用图像分析加速度a 与小车质量M 的定量关系，应画出a- 图像。
02 拓展创新实验
4．（2025·江苏苏州·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 。
5．（2025·黑龙江哈尔滨·模拟预测）某同学用如图甲所示装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验，
小车后面固定一条纸带，穿过打点计时器，细线一端连着小车，力传感器与滑轮间的轻绳与长木板平行。
(1)实验前，把木板的一侧垫高，调节木板倾斜度，使小车不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动，调整长
木板上滑轮的高度使细线与长木板平行，实验条件 （填“需要”或“不需要”）钩码与动滑轮的总
质量远小于小车的质量；
(2)该同学在验证加速度与力的关系时，改变钩码的质量，同时 （填“改变”或“不改变”）长木板
的倾角；
(3)该同学根据实验数据作出了小车的加速度
与拉力传感器示数
的关系图像如图乙所示，图像不过原点
的原因是 ，若直线斜率为
，则小车的质量
。
1．
（2025·辽宁葫芦岛·一模）某软件能够调用手机内置加速度传感器，实时显示手机加速度的
数值。小明通过安装有该软件的智能手机（其坐标轴如图1 所示）探究加速度与力、质量的关系，实验装
置原理图如图2 所示。已知当地重力加速度为g。
（1）分别称量出小桶的质量
和手机的质量
。
（2）开始时，整个实验装置处于静止状态，小桶里没有装砝码。
（3）用手突然向上托起小桶，使得细绳松弛，此瞬间手机受到的合力大小为 （用题目所给字母表
示），读出此瞬间手机y 轴上的加速度a 的数值。
（4）往小桶中增加砝码，重复步骤（3），测得实验数据如下：
实验次数
1
2
3
4
5
6
小桶和砝码的重力
（N）
0.245
0.445
0.645
0.845
1.045
1.245
手机加速度a（
）
1.76
2.58
3.39
4.20
4.98
根据图3 所示的软件截图，上表中空白处的数据约为
（保留2 位有效数字）。利用数据作出a
－F 图像，在图4 中描出第一组数据的点并连线 。
（5）由a－F 图可知手机质量约为 kg（保留2 位有效数字）。上述实验可以得到结论是： 。
2．
（2025·山东滨州·二模）某实验小组利用智能化装置验证牛顿第二定律，装置如图所示。小
车后端搭载超声波测距传感器，实时测量小车与固定反射挡板之间的距离，距离数据与时间数据相结合计
算得到小车运动的加速度，通过力传感器测得绳的拉力
。
实验步骤如下：
（1）调整木板倾角使小车匀速运动，平衡摩擦力；
（2）将挂有重物的细绳与小车相连，调整滑轮高度使细绳与木板平行。释放小车，小车开始运动后，利
用车载的超声波测距模块测出小车经过两个连续相等的时间间隔
的位置1、2、3 与反射挡板之间的距离
、
、
，如图所示。则小车的加速度大小为 （用字母
和
表示）；
（3）保持小车质量不变，挂不同质量的重物，测得数据如下表：
0.1
1
0.2
6
0.2
8
0.3
7
0.3
9
0.6
2
1.3
0
1.3
9
1.6
9
1.7
9
（4）根据实验数据描点连线，得到
图像如下图所示。结合实验原理，分析纵轴截距不为0 的原因可
能为 。
（5）随着
继续增大，
图像的变化趋势应为 。（选填①②③）
3．
（2025·天津·二模）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）。
1．（2025·陕晋青宁卷·高考真题）下图为探究加速度与力、质量关系的部分实验装置。
(1)实验中应将木板 （填“保持水平”或“一端垫高”）。
(2)为探究加速度a 与质量m 的关系，某小组依据实验数据绘制的
图像如图所示，很难直观看出图线
是否为双曲线。如果采用作图法判断a 与m 是否成反比关系，以下选项可以直观判断的有_________。
（多选，填正确答案标号）
0.2
0.618
0.33
0.482
0.40
0.403
0.50
0.317
1.00
0.152
A．
图像
B．
图像
C．
图像
D．
图像
(3)为探究加速度与力的关系，在改变作用力时，甲同学将放置在实验桌上的槽码依次放在槽码盘上；乙同
学将事先放置在小车上的槽码依次移到槽码盘上，在其他实验操作相同的情况下， （填“甲”
或“乙”）同学的方法可以更好地减小误差。
2．（2024·甘肃·高考真题）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
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。
3．（2024·广东·高考真题）下列是《普通高中物理课程标准》中列出的三个必做实验的部分步骤，请完成
实验操作和计算。
(1)图甲是“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验装置示意图。图中木板右端垫高的目的是
。图乙是实验得到纸带的一部分，每相邻两计数点间有四个点未画出。相邻计数点的间距已在图中给出。
打点计时器电源频率为50Hz，则小车的加速度大小为
（结果保留3 位有效数字）。
(2)在“长度的测量及其测量工具的选用”实验中，某同学用50 分度的游标卡尺测量一例柱体的长度，示
数如图丙所示，图丁为局部放大图，读数为 cm。
(3)在“用双缝干涉实验测量光的波长”实验调节过程中，在光具座上安装光源、遮光筒和光屏。遮光筒不
可调节。打开并调节 。使光束沿遮光筒的轴线把光屏照亮。取下光屏，装上单缝、双缝和测量头。
调节测量头，并缓慢调节单缝的角度直到目镜中观察到 。
4．（2024·浙江·高考真题）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 ；
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．
5．（2025·安徽·高考真题）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”）
6．（2024·江西·高考真题）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
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： 。
7．（2023·上海·高考真题）如图所示，是某小组同学“用DIS 研究加速度与力的关系”的实验装置，实验
过程中可近似认为钩码受到的总重力等于小车所受的拉力。先测出钩码所受的重力为G，之后改变绳端的
钩码个数，小车每次从同一位置释放，测出挡光片通过光电门的时间Δt。
(1)实验中 （选填“必须”或“不必”）测出小车质量m 车。
(2)为完成实验还需要测量 和 。
(3)实际小车受到的拉力小于钩码的总重力，原因是 。
(4)若导轨保持水平，滑轮偏低导致细线与轨道不平行，则细线平行时加速度a1，与不平行时加速度a2相比，
a1 （选填“大于”“小于”或“等于”）a2。
