实验4 探究加速度与力、质量的关系-2025年高考物理必考实验重难点突破（解析版）（高考实验）.docx

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实验4探究加速度与力、质量的关系

目录

01新高考命题热点

02核心考点综述

1）实验目的

2）实验原理

3）实验器材

4）实验步骤

5）数据处理与分析

6）注意事项

7）实验拓展与应用

03典型真题精练

04创新实验新考法

1）利用弹簧测力计测量物体的受力

2）利用力传感器改进测量物体的受力

3）利用光电门测量加速度

4）利用位移传感器测加速度

5）利用加速度传感器测加速度

05分层强化训练

本实验旨在通过控制变量法，探究物体加速度与其所受合外力及质量之间的定量关系，验证牛顿第二定律。理解并掌握控制变量法的应用，确保在探究加速度与力的关系时质量恒定，探究加速度与质量的关系时力恒定；学会使用打点计时器等实验器材准确测量加速度；掌握数据处理方法，通过图像直观展示加速度与力、质量的关系；理解实验原理，明确实验中为何用小桶和砂的总重力近似代替小车拉力，并分析由此产生的误差；注意实验操作的规范性，如平衡摩擦力、确保纸带与木板平行等，以减小实验误差。

一、实验目的

1.掌握用控制变量法研究物理规律的方法。

2.学会利用图像处理数据的方法。

3.验证牛顿第二定律，即物体的加速度与作用力成正比，与质量成反比。

二、实验原理

1.控制变量法：在探究加速度与力、质量的关系时，需要用到控制变量法。当研究加速度与力的关系时，要保持物体的质量不变；当研究加速度与质量的关系时，要保持力不变。例如，在研究加速度与力的关系实验中，可以通过在小车上添加砝码来改变小车的质量，而在每次实验中通过改变砝码的重力（用细线绕过滑轮悬挂砝码）来改变对小车的拉力，同时保证小车质量不变。

2.牛顿第二定律：根据牛顿第二定律，加速度。实验目的就是要通过测量不同情况下的加速度、力和质量，来验证加速度与力成正比，与质量成反比这一规律。

三、实验器材

电磁打点计时器、纸带及复写纸、低压交流电源、两根导线、小车、一端附有滑轮的长木板、薄木板（或平衡摩擦力的装置）、小桶、细绳、砂、天平、刻度尺、砝码等。

四、实验步骤

1.用天平测出小车和小桶的质量，并记录下来。

2.安装好实验器材，调整木板倾斜程度，平衡摩擦力。

3.控制小车质量不变，改变小桶内砂的质量，用细线将小桶与小车相连，打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。重复此步骤，多测几组数据。

4.保持小桶内砂的质量不变，改变小车的质量，再测几组数据。

5.算出每条纸带对应的加速度的值，并记录下来。

五、数据处理与分析

1.图像法：在探究加速度与力的关系时，以加速度为纵坐标，拉力为横坐标，将实验数据描点连线，得到的图像应该是一条过原点的直线，这就直观地验证了加速度与力成正比的关系。在探究加速度与质量的关系时，由于加速度与质量成反比，所以以加速度为纵坐标，为横坐标，将实验数据描点连线，得到的图像也应该是一条过原点的直线。

2.误差分析：实验中的误差主要来源于多个方面。一是摩擦力平衡不够精确，可能导致实验数据的偏差。二是测量纸带点间距离时的读数误差，因为毫米刻度尺的读数存在一定的人为误差。三是实验过程中打点计时器打点不稳定等因素，也会对实验结果产生影响。例如，如果电源电压不稳定，会使打点计时器打点的周期发生变化，从而影响加速度的计算。

六、注意事项

1.平衡摩擦力时，不要把悬挂小桶的细线系在小车上，即不要给小车加任何牵引力。平衡摩擦力后，不管是改变小车的质量还是改变小桶和砂的总质量，都不需要重新平衡摩擦力。

2.实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小桶和砂的总质量，只有如此，小桶和砂的总重力才可视为小车受到的拉力。

3.改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，再释放小车。

4.作图时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀分布在所作直线两侧。离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑。

七、实验拓展与应用

此实验可以加深对牛顿第二定律的理解，并且在实际问题中可以用于解决动力学问题。比如，在已知物体的质量和所受外力的情况下，能够根据加速度与力、质量的关系计算物体的加速度，进而分析物体的运动状态。还可以用于设计一些简单的加速装置，通过改变力或质量来控制物体的加速度。

【例1】（2024·天津·高考真题）某同学用图示装置探究加速度与力的关系。

(1)为补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力，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)某次实验得到一条纸带，部分计数点如下图所示（每相邻两个计数点间还有4个点，图中未画出），测得。已知打点计时器所接交流电源频率为，则小车的加速度（要求充分利用测量数据，结果保留两位有效数字）；

(3)该同学将