4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系-2022-2023学年高一物理精讲与精练高分突破考点专题系列（人教版2019必修第一册）

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4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系

一：知识精讲归纳

考点一、实验思路——控制变量法

1．探究加速度与力的关系

保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力，测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度

与拉力的定量关系．

2．探究加速度与质量的关系

保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量，测得不同质量的小车对应的加速度，分析加

速度与质量的定量关系．

考点二、物理量的测量

1．质量的测量：用天平测量．在小车中增减砝码的数量可改变小车的质量．

2．加速度的测量

(1)方法 1：让小车做初速度为 0的匀加速直线运动，用刻度尺测量小车移动的位移 x，用秒表测量发生这段位移所

用的时间 t，然后由 a＝计算出加速度 a.

(2)方法 2：由纸带根据公式 Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度．

(3)方法 3：不直接测量加速度，求加速度之比，例如：让两个做初速度为 0的匀加速直线运动的物体的运动时间 t

相等，测出各自的位移 x1、x2，则＝，把加速度的测量转换成位移的测量．

考点三．力的测量

在阻力得到补偿的情况下，小车受到的拉力等于小车所受的合力．

(1)在槽码的质量比小车的质量小得多时，可认为小车所受的拉力近似等于槽码所受的重力．

(2)使用力传感器可以直接测量拉力的大小，不需要使槽码的质量远小于小车的质量．

三、实验器材

小车、砝码、槽码、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平．

考点四、进行实验

1．用天平测出小车的质量 m，并把数值记录下来．

2．按如图 1所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系细线)．

图1

3．补偿阻力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫上垫木，反复移动垫木位置，启动打点计时器，直到轻推小车使

小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)，此时小车重力沿斜面方向的分力等于打点

计时器对小车的阻力和长木板的摩擦阻力及其他阻力之和．

4．把细线绕过定滑轮系在小车上，另一端挂上槽码．保持小车质量不变，改变槽码的个数，以改变小车所受的拉

力．处理纸带，测出加速度，将结果填入表 1中．

表1　小车质量一定

拉力 F/N

加速度 a/(m·s－2)

5.保持槽码个数不变，即保持小车所受的拉力不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，把

数据记录在表 2中．

表2　小车所受的拉力一定

质量 m/kg

加速度 a/(m·s－2)

考点五、数据分析

1．分析加速度 a与力 F的定量关系

由表 1中记录的数据，以加速度 a为纵坐标，力 F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出 a－F图像，如图 2所

示，若图像是一条过原点的直线，就能说明 a与F成正比．

图2

2．分析加速度 a与质量 m的定量关系

由表 2中记录的数据，以 a为纵坐标，以为横坐标，根据测量数据描点，然后作出 a－图像，如图 3所示．若 a－

图像是一条过原点的直线，说明 a与成正比，即 a与m成反比．

图3

3．实验结论

(1)保持物体质量不变时，物体的加速度 a与所受拉力 F成正比．

(2)保持拉力 F不变时，物体的加速度 a与质量 m成反比．

六、注意事项

1．打点前小车应靠近打点计时器且应先启动打点计时器后放开小车．

2．在补偿阻力时，不要(选填“要”或“不要”)悬挂槽码，但小车应连着纸带且启动打点计时器．用手轻轻地给

小车一个初速度，如果在纸带上打出的点的间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平

衡．

3．改变槽码的质量的过程中，要始终保证槽码的质量远小于小车的质量．

4．作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地均匀分布在直线的两侧，个别偏离较

远的点应舍去．

二：考点题型归纳

题型一：实验图像问题

1．（2021·江苏南京·高一）如图是用阻力补偿法“探究加速度与力的关系”的实验装置，小车的前端固定有拉力

传感器，跨过定滑轮的轻绳一端固定于传感器，另一端与装有砝码的托盘相连。实验中保持小车质量不变，改变

砝码的质量，测出绳中拉力大小 F与相应的加速度大小 a，作出 a

－

F图像，下列图像中正确的是（　　）

A．B．C．D．

2．（2021·全国·高一课时练习）如图（a）为“用 DIS 研究加速度和力的关系”的实验装置。某实验小组改变所挂

钩码的数量，多次重复测量，绘出如图（b）所示的图像。引起误差的主要原因是（　　）

A．小车与轨道之间存在摩擦 B．先点击“记录数据”，后释放小车

C．所挂钩码的总质量太大D．所用小车的质量太大

3．（2021·全国·高一）某同学做探究加速度与力、质量的关系的实验中由于忘记平衡摩擦力，所得的 a-F 图像为

图中的（　　）

A．B．C．D．

题型一、实验原理与实验操作与实验数据处理

4．（2022·广东·饶平县第二中学高一开学考试）用图甲所示装置“探究小车加速度与力、质量的关系”。请思考

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