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2023届高考物理一轮实验专题：探究加速度与力、质量的关系
1．（2022·山东日照·三模）某同学利用图甲所示的装置探究“加速度与合外力的关系”，实验操作步骤如下∶
（i）挂上沙桶（含沙砾），改变木板的倾角，使小车拖着纸带沿木板匀速下滑；
（ii）取下沙桶，测出沙桶（含沙砾）的质量m，让小车沿木板下滑，测出加速度大小a；
（iii）改变沙桶内沙砾的质量和木板倾角，多次测量，通过作图可得的关系。
回答以下问题∶
（1）实验中必要的是______
A．与小车相连的细线必须与长木板平行
B．平衡摩擦力时要取下细绳和沙桶
C．先接通打点计时器的电源再释放小车
D．电火花打点计时器应选用4~6V交变电源
（2）实验获得多条纸带，其中一条如图乙所示，计数点a、b、c、d、e间均有四个点未画出，电源的频率是50Hz，小车的加速度大小a=___m/s2（保留两位有效数字）。
（3）把沙桶（含沙砾）的重力mg作为小车受到的合力F，作出图像，当沙桶（含沙砾）的质量接近小车的质量后，可能会出现图丙中的图线____（选填①、②或③）。
2．（2022·天津市西青区杨柳青第一中学模拟预测）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）在探究加速度与力的关系实验之前，需要思考如何测“力”。为了简化“力”的测量，如图2所示，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
3．（2022·安徽·模拟预测）某同学用如图所示的实验装置验证物体的加速度与合外力间的关系，所用器材包括：气垫导轨、滑块（上方安装有宽度为d的遮光片）、两个与计算机相连接的光电门、砝码盘和砝码等。
实验步骤如下：
（1）开动气泵，调节气垫导轨，轻推滑块，当滑块上的遮光片经过两个光电门的遮光时间相等时，可认为气垫导轨水平；
（2）用天平测砝码与砝码盘的总质量m1、滑块（含遮光片）的质量m2；
（3）用细线跨过轻质定滑轮将滑块与砝码盘连接，并让细线水平拉动滑块；
（4）让滑块在砝码和砝码盘的拉动下从左边开始运动，和计算机连接的光电门能测量出遮光片经过A、B两处的光电门的遮光时间、及遮光片从A运动到B所用的时间t12，则滑块加速度的大小为a=___________。（用题中给出的物理量表示）
（5）在遮光片随滑块从A运动到B的过程中，系统所受合外力的大小F=___________。（用题中给出的物理量及重力加速度g表示）
（6）若实验数据满足=___________，则表明系统质量一定时，加速度与合外力成正比。（用题中给出的物理量表示）
4．（2022·天津·耀华中学一模）某同学采用如图甲所示的实验装置探究加速度和力的关系，其中小车的质量为M，砂和砂桶的总质量为m（滑轮光滑），交流电频率为f=50Hz。
（1）本实验中____________（需要或不需要）满足m<（2）松开砂桶，小车带动纸带运动，若相邻计数点间还有4个点未画出，纸带如图乙所示，则小车的加速度a=___________（结果保留三位有效数字）；
（3）改变砂桶内砂子的质量，重复实验，以弹簧测力计示数F为横坐标、小车对应的加速度a为纵坐标，做出的a-F图像如图丙，可知小车的质量M=___________kg。（结果保留三位有效数字）。
5．（2022·广东·模拟预测）小华同学设计如图甲的实验装置做“探究加速度与力、质量的关系”创新实验。实验操作步骤如下：
（ⅰ）挂上托盘和适量砝码，改变长木板的倾角，让带遮光片的小车沿长木板匀速下滑。
（ⅱ）取下砝码盘和砝码，读出砝码的质量为m，小车和遮光片的总质量为M。让小车从靠近滑轮处沿长木板下滑，测出加速度a。
（ⅲ）改变砝码质量和木板倾角，多次测量，作出a—mg图，得出a—mg的关系。（g为重力加速度）
（1）用游标卡尺测量遮光片的宽度d，游标卡尺的示数如图乙所示，其读数为______cm；
（2）在步骤（ⅰ）调节长木板倾角，让小车匀速下滑时，发现通过光电门A的时间大于通过光电门B的时间，应______（选填“增大”、“减小”）长木板倾角。
（3）该实验方案______（选填“需要”、“不需要”）满足。
（4）在图丙A、B、C、D四幅图中，与该实验操作对应的a—mg图应为______。
A． B． C． D．
6．（2022·湖北·襄阳五中模拟预测）某学习小组利用图甲所示的装置“验证牛顿第二定律”的实验，图中大的轻质定滑轮可绕水平轴转动，绕过定滑轮的轻绳两端分别系有钩码和弹簧测力计，弹簧测力计下端挂装有细砂的小桶并在外壳上固定一金属片。实验的主要步骤如下：
①用螺旋测微器测量A处金属片的厚度d，其示数如图乙所示。
②用手控制钩码不动，读出弹簧测力计的示数为F0
③释放钩码后，读出弹簧测力计的示数为F1，记下金属片通过光电门的遮光时间t1
④钩码下方再挂一个钩码，用手控制钩码，调整金属片的位置仍在A处静止不动，释放钩码后，读出弹簧测力计的示数为F2，记下金属片通过光电门的遮光时间t2
⑤重复步骤④，进行多次实验。
请回答下列问题：
（1）d=___________mm。
（2）要完成本实验，下列物理量中还必须要测量的是：___________。
A．金属片与光电门间的高度差h
B．钩码的总质量M
C．弹簧测力计、金属片、砂和小桶的总质量m
（3）若用F表示钩码释放后弹簧测力计的示数，则能正确反映“质量一定时，加速度与合外力的关系”的是___________。
A． B．C． D．
（4）要“验证牛顿第二定律”，即验证第（3）问中所选图像的斜率与___________是否相等（用（2）中选择的量以及d，F0，g表示）
7．（2022·上海市南洋模范中学模拟预测）如图甲为用来探究“小车质量一定时，加速度a与合外力F之间的关系”的实验装置图。
（1）本实验中的位移传感器利用两种脉冲的传播速度不同来测量距离，图（a）代表发射红外线脉冲和超声波脉冲时刻，图（b）表示接收红外线脉冲和超声波脉冲时刻，其中脉冲________（选填“脉冲1”或“脉冲2”）对应表示超声波脉冲，已知脉冲1和2在空气中的传播速度分别为v1和v2，结合图中时刻t1和t2，计算机利用公式s=____________运算即可得到发射端到接收端的距离。
（2）将钩码挂于跨过定滑轮的细绳的另一端，由静止释放小车，位移传感器记录下小车位移大小随时间变化的图像，某次实验的结果如图乙所示，则t=0.5s时，小车的速度大小为
_________m/s，加速度大小为________m/s2（结果保留两位有效数字）。
（3）如果钩码的个数不断地增大，图像将由直线逐渐变为向________轴（“a”或“F”）曲线，那么该曲线所逼近的渐近线的方程为________。
8．（2022·广东·模拟预测）某同学欲利用如图所示的装置探究质量一定时，加速度与合力的关系，其中A为滑块，B为电火花计时器，C为力传感器（可以测量细绳的拉力大小），D为一端带有定滑轮的气垫导轨，E为小桶，小桶系在轻小动滑轮的下端，可装砂，动滑轮两侧的细绳竖直。主要实验步骤如下：
①正确安装好实验器材，气垫导轨正常工作，接通电火花计时器的电源后由静止释放滑块，滑块向右运动，读出力传感器的示数，取下纸带，计算出滑块的加速度大小；
②增加小桶中砂的质量，重复步骤①，获得多组力传感器的示数F和滑块的加速度大小a的数据，以a为纵坐标、F为横坐标，用描点法画出图像。
（1）在步骤①中，关于气垫导轨的调节，下列做法正确的是___________。（填正确答案标号）
A．气垫导轨调成水平
B．气垫导轨左端垫高，以平衡摩擦力
C．气垫导轨右端垫高，以平衡摩擦力
（2）在步骤②中，增减小桶中砂的质量时，小桶与砂的总质量___________（填“一定远小于”、“一定等于”或“可能大于”）滑块的质量。
（3）按正确操作进行实验，下列图像可能正确的是___________。
A． B． C．
（4）将滑块从图示位置由静止释放，在滑块向右运动的过程中，小桶的加速度大小与滑块的加速度大小间的关系为___________。
9．（2022·广东·揭阳市教育局教育装备中心模拟预测）在探究物体质量一定时加速度与力的关系实验中，某同学作了如图甲所示的实验改进，在调节桌面水平后，添加了用力传感器来测细线中的拉力。
（1）关于该实验的操作，下列说法正确的是________。
A．必须用天平测出砂和砂桶的质量
B．一定要保证砂和砂桶的总质量远小于小车的质量
C．应当先释放小车，再接通打电计时器电源
D．需要改变砂和砂桶的总质量，打出多条纸带
E．力传感器示数始终等于砂和砂桶的总重力
（2）实验得到如图乙所示的纸带，已知打点计时器使用的交流电源的频率为50Hz，相邻两计数点之间还有四个点未画出，由图中的数据可知，小车运动的加速度大小是_____m/s2（计算结果保留三位有效数字）。
（3）由实验得到小车的加速度a与力传感器示数F的关系如图丙所示，则小车与轨道的滑动摩擦力_____N。（计算结果保留两位有效数字）
10．（2022·福建·模拟预测）实验目的：探究加速度与力、质量的关系
（1）在小车做匀加速直线运动过程中，若已平衡摩擦力，小车及车中砝码质量为M，砂桶及砂的质量为m，重力加速度为g，则绳的张力实际大小T___________mg（填写“大于”、“小于”或“等于”）
（2）下列关于实验操作步骤和原理，说法正确的是( )
A．平衡摩擦力时，砂桶应用细线通过定滑轮系在小车上且小车后面的纸带也必须连好
B．每次改变小车质量M时，都需要重新平衡摩擦力
C．实验时，先接通计时器的电源，再放开小车
D．若用拉力传感器测量小车和砂桶之间的拉力，则本实验需要m远远小于M
（3）在“探究小车速度随时间的变化规律”实验中，得到的纸带，从中确定五个计数点，量得d1=6.00 cm，d2=13.98 cm，d3=23.99 cm，d4=36.01 cm。每相邻两个计数点间的时间间隔是0.1 s。小车的加速度a=___________ m/s2.（保留3位有效数字）
11．（2022·山西·太原五中二模）某同学用如图所示的装置测量滑块与长木板间的动摩擦因数，将长木板水平固定在桌面上，调节长木板左端定滑轮的高度及力传感器固定在竖直墙上的位置，使滑块上的动滑轮两边的细线均与长木板平行。打点计时器所接交流电的频率为50Hz，重力加速度为g。
（1）调节砂桶中砂的质量，轻推物块。如果打点计时器打出的纸带上的点间隔逐渐变小，应适当___________（填“增大”或“减小”）砂桶中砂的质量，直到打点计时器打出的纸带上的点间隔均匀，这时力传感器的示数为，滑块及滑块上动滑轮的质量为M，则滑块与长木板间的动摩擦因数μ=___________。
（2）用该装置验证牛顿第二定律。加大砂和砂桶的质量，释放滑块，打点计时器打出的纸带如图乙所示，图中各点为计数点，每相邻两计数点之间还有4个点（图中未标出），根据图中数据计算出滑块运动的加速度大小a=___________（结果保留两位有效数字）。若这时力传感器的示数为F，则表达式___________（用F、、M及a表示）成立，则牛顿第二定律得到验证。
12．（2022·湖北·襄阳五中模拟预测）某实验小组做验证牛顿第二定律的实验。
（1）小熊同学用如图甲所示的实验装置来做实验，验证质量一定时，物体的加速度与所受合外力成正比。图中带滑轮的长木板水平放置于桌面上，拉力传感器可直接显示轻绳上的拉力大小F。
①小熊做实验时，下列操作不需要的是________。
A．将长木板右端适当垫高，使小车不连接砂桶时能沿长木板匀速下滑
B．让小车停在靠近打点计时器的地方，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录传感器的示数F（写在对应的纸带上）
C．改变砂和砂桶质量，打出几条纸带
D．用天平测出砂和砂桶的质量
E．务必每次都要保证砂和砂桶的质量远小于小车的质量
F．检查拉小车的上下两根细绳是否都与长木板平行
②图乙为小熊在实验中打下的一条纸带，每两计数点间还有四个计时点未画出，打点计时器的频率为50Hz，则小车的加速度大小为__________m/s2。（保留一位有效数字）
③小熊通过改变砂桶中砂的质量，多次实验得出的a—F关系图像，斜率为k，则小车质量为__________。
（2）小明同学用如图丙所示的实验装置来做实验，验证外力一定时，物体的加速度与质量成反比。图中带滑轮的长木板水平放置于桌面上，小明同学在砂和砂桶质量保持不变的情况下，满足砂和砂桶的质量远小于小车的质量。通过多次实验，得出数据，以小车和车内砝码的总质量的倒数为横坐标，以加速度为纵坐标，描绘出a—图像，发现图像是一条不过原点的直线，图像斜率为k＇，纵截距为－b，已知当地的重力加速度为g，通过图像可得小车和长木板间动摩擦因数为__________，砂和砂桶的质量为__________。
13．（2022·海南·西南大学东方实验中学模拟预测）小明利用如图甲所示实验装置探究加速度与力的关系，滑块放在长木板上，长木板置于水平桌面上，砂桶通过滑轮与细线拉滑块，在细线上接有一个微型力传感器，通过力传感器可以直接读出细线的拉力大小F。保持滑块质量不变，在砂桶中添加少量细砂来改变力传感器的示数F，利用打点计时器打出的纸带求出对应拉力F时的加速度a，从而得到如图乙所示的图像。
①关于该实验，下列说法正确的是___________。
A．需要略微垫起长木板左端来平衡摩擦力
B．砂桶和砂的总质量应远小于滑块的质量
C．需要让细线与长木板保持平行
②实验中打出的一条纸带如图丙所示，打点计时器打点的周期，在纸带上依次标上1、2、3、4、5、6，7等计数点，相邻两个计数点之间还有四个点没有画出来，测得、、、、、。利用以上数据可知，打该纸带时滑块的加速度大小___________。（结果保留三位有效数字）
③图乙中直线的延长线没有经过原点的原因是___________（任写一条即可），由图乙可知滑块的质量___________（结果保留两位有效数字）。
14．（2022·辽宁·模拟预测）某实验小组为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，设计了如图（a）所示的实验装置。
（1）下列有关实验操作的描述正确的是( )；
A．平衡摩擦力时，纸带不必与小车连接
B．每次改变沙桶中沙的质量时，不需要重新平衡摩擦力
C．实验时，先放开小车，后接通电源
D．调节长木板左端定滑轮的高度，使两滑轮间细绳与长木板平行
（2）图（b）是实验中打出的一条纸带，在纸带上有个计数点，相邻两个计数点之间还有个计时点未标出，打点计时器打点频率为，则小车（含滑轮）运动的加速度大小为_______m/s2（结果保留位有效数字）；
（3）当力传感器的示数为时，小车（含滑轮）的加速度大小为，则小车（含滑轮）的质量为_______；如果A、B两同学先、后用该装置做实验，但所用小车（含滑轮）的质量不同，根据实验数据在同一坐标系中画出的图线如图（c）所示，则A同学所用小车（含滑轮）的质量_______（填“大于”或“小于”）B同学所用小车（含滑轮）的质量。
15．（2022·黑龙江·哈尔滨市第六中学校一模）某研究性学习小组的同学欲探究小车质量不变时其加速度与力的关系，该小组在实验室设计了一套如图甲所示的装置，图中A为小车，B为打点计时器，C为力传感器（测绳子的拉力），P为小桶（内有砂子），M是一端带有定滑轮的水平放置的足够长的木板。不计绳子与滑轮间的摩擦。
（1）要顺利完成该实验，除图中实验仪器和低压交流电源（含导线）外，还需要的实验仪器是__________（选填“毫米刻度尺”“天平”或“秒表”）。
（2）本实验是否需要平衡摩擦力后再做实验 ___________（选填“是”或“否”）
是否要求小桶和砂子的总质量远小于小车的质量 __________（选填“是”或“否”）。
（3）已知交流电源的频率为50Hz，某次实验得到的纸带如图乙所示，图中相邻两计数点之间还有4个点未画出，由该纸带可求得小车的加速度a=____m/s2。（结果保留两位有效数字）
16．（2022·海南·模拟预测）某实验小组利用图1所示装置探究加速度与物体所受合外力的关系。主要实验步骤如下：
①用游标卡尺测量遮光条的宽度d，示数如图2所示，_______；
②小球A、B用跨过光滑轻质定滑轮的足够长轻绳相连、B球上套有5个相同的槽码，系统静止；
③将n（依次取，2，3，4，5）个槽码套在A球上，其余个仍留在B球上；
④接通电源，每次让遮光条由距离光电门处由静止释放，记录A球上槽码个数n与对应的遮光条挡光时间，求相应的加速度a；
⑤对应不同n的a值如下表．时，求出此时小球A的速度大小为______，系统的加速度_______（结果均保留2位有效数字）；
n 1 2 3 4 5
0.19 0.59 0.80 1.00
⑥根据表中数据在图3上描点，绘制图线。______
⑦若每个槽码的质量，重力加速度g取，则A、B球的总质量_______（结果保留2位有效数字）。
17．（2022·辽宁·东北育才学校二模）为了探究物体质量一定时加速度与力的关系，甲、乙同学设计了如图（a）所示的实验装置，其中M为小车的质量，m为砂和砂桶的总质量，为滑轮的质量。力传感器可测出轻绳中的拉力大小。
（a）
（1）实验时，一定要进行的操作是______。
A．用天平测出砂和砂桶的总质量
B．将带滑轮的长木板右端垫高，以平衡摩擦力
C．为减小误差，实验中一定要保证砂和砂桶的总质量m远小于小车的质量M
D．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录力传感器的示数
（2）甲同学在实验中得到如图（b）所示的一条纸带（相邻两计数点间还有四个点没有画出），已知打点计时器采用的是频率为50Hz的交流电，根据纸带可求出小车的加速度为______（结果保留2位有效数字）。
（b）
（3）甲同学以力传感器的示数F为横坐标，加速度a为纵坐标，画出的a-F图线是一条直线，如图（c）所示，已知图线与横坐标的夹角为，图线的斜率为k，则小车的质量______。
（c）
18．（2022·福建省龙岩第一中学模拟预测）某实验小组利用如图甲所示的装置，探究加速度与小车所受合外力和质量的关系。
（1）下列做法正确的是___________；
A．实验前应先将木板左端适当垫高，以平衡摩擦力
B．实验时应满足砝码桶与砝码总质量远小于小车和车内砝码总质量
C．释放小车前应将小车靠近打点计时器，并使纸带尽量伸直
D．实验时为了安全应先释放小车再接通打点计时器的电源
E．在探究加速度与质量的关系时，应保持拉力不变，即只需要保持砝码桶和砝码总质量不变
（2）实验时得到一条如图乙所示的纸带，打点计时器的频率为50Hz，任意两个计数点间还有四个计时点未画出，由图中数据可计算小车的加速度为___________。（结果保留两位有效数字）
19．（2022·天津·模拟预测）为探究物体加速度a与外力F和物体质量M的关系，研究小组的同学们在教材提供案例的基础上又设计了不同的方案，如图所示：方案甲中在小车前端固定了力传感器与细线相连，可以从传感器直接读出细线拉力；方案乙中拉动小车的细线通过滑轮与弹簧测力计相连，从测力计示数可读出细线拉力；方案丙中用带有光电门的气垫导轨和滑块代替木板和小车，三种方案均以质量为m的槽码作为动力。
①关于上述不同实验方案的操作，下列说法正确的是________
A．各方案都需要使拉动小车（滑块）的细线与轨道平行
B．在研究加速度与质量关系的时候，需要保证槽码的质量不变
C．甲、乙两方案在计算加速度时必须将纸带上打的第一个点作为计数点进行测量
D．各方案通过做出图像即可得出加速度与质量的关系
②这些方案中，需要满足的是_______；必须倾斜轨道以平衡摩擦力的是_______
③如图示为一次记录小车运动情况的纸带，图中A、B、C、D、E、F、G为相邻的计数点，两个计数点间还有四个点未画出，小车运动的加速度为_______（结果保留两位有效数字）
20．（2022·陕西宝鸡·二模）如图甲所示是某研究性学习小组探究小车加速度与力关系的实验装置，长木板置于水平桌面上，一端系有沙桶的细绳通过滑轮与固定的拉力传感器相连，拉力传感器可显示绳中拉力F的大小，改变桶中沙的质量进行多次实验。完成下列问题：
（1）实验时，下列操作或说法正确的是______。
A．需要用天平测出沙和沙桶的总质量
B．为减小误差，实验中一定要保证沙和沙桶的质量远小于小车的质量
C．选用电磁打点计时器比选用电火花计时器实验误差小
D．小车靠近打点计时器，先接通电源，再释放小车，打出一条纸带，同时记录拉力传感器的示数
（2）实验中得到一条纸带，相邻计数点间有四个点未标出，各计数点到A点的距离如图乙所示。电源的频率为50Hz，则由纸带可知小车的加速度大小为_______m/s2。（保留三位有效数字）
（3）以拉力传感器的示数F为横坐标，以小车加速度a为纵坐标，画出的a—F图像可能正确的是_______。
A．B．C．D．
试卷第1页，共3页
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参考答案：
1． AC CA 0.48 ②
2． B AD DA
3．
4． 不需要 2.01 0.125
5． 0.520 减小 不需要 C
6． 2.612 A D
7． 脉冲2 1.0 2.0 F
8． A 可能大于 B
9． D 2.40 1.0
10． 小于 C 2.01
11． 增大
12． DE 4
13． AC 2.13 未平衡摩擦力或未完全平衡摩擦力 1.0
14． BD DB 0.45 小于
15． 毫米刻度尺 是 否 0.90
16． 0.40 0.20 0.40 0.95
17． BD 2.0
18． AC 2.4
19． AB 丙 甲乙 0.50
20． D 1.48 A
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