1、實驗：探究加速度與力、質量的關系【教材分析】本節選自人教版高中物理教材第四章第2節實驗：探究加速度與力、質量的關系， 牛頓第二定律是動力學的核心規律，是本章重點和中心內容，而探究加速度與力和質量的關 系是學習下一節的重要鋪墊。教材中實驗的基本思路是采用控制變量法。本實驗要測量的物 理量有質量、.加速度和外力。測量質量用天平，需要研究的是怎樣測量加速度和外力。（1）測量加速度的方案：方法1：小車做初速度為0的勻加速直線運動，直接測量 小車移動的位移x和發生這段位移所用的時間t，a=2x/t2計算出加速度a。方法2：將打點計時器的紙帶連在小車上，根據紙帶上打出的點來測量加速度。方法3：讓兩個做初速

2、度為0的勻加速直線運動的物體的運動時間t相等，那么由a=2x/t2可知，它們的位移之比就等于加速度之比。（2）提供并且測量物體所受的外力的方案：由于我們上述測量加速度的方案只能適用 于勻變速直線運動，所以我們必須給物體提供一個恒定的外力，并且要測量這個外力。但 測力有一定困難，還需平衡摩擦，教材的參考案例提供的外力比較容易測量。【教學目 標與核心 素養】一、教學目標.學會通過實驗探究物體加速度與力、質量的關系.在實驗中掌握打點計時器的用法.對自己的實驗結果進行歸納分析二、核心素養物理觀念：在處理實驗問題時建立采用控制變量的方法對a、F、m三個物理量間的數 量關系進行定量研究和根據實驗數據，歸納

3、、推理實驗結論定量分析的物理觀念。科學思維：理解實驗思路的合理性，以及用圖象處理實驗數據的有效性科學探究：經歷實驗的操作和測量過程，以及通過圖象處理實驗數據的過程，體驗如 何平衡摩擦阻力、減少系統誤差的操作方法。科學態度與責任：通過探究實驗，培養實事求是、尊重客觀規律的科學態度；學會與 他人合作、交流，具有團隊意識和團隊精神。【教學重點】.控制變量法的使用.如何提出實驗方案，并使實驗方案合理可行.實驗數據的分析和處理【教學難點】.控制變量法的使用.誤差來源分析【教學過程】教學環節教師活動學生活動設計意圖導入知識回顧學生回為了新課1.牛頓第一定律的內容是什么？答：1.牛頓說明加速教師總結并強調：

4、一切物體總保持勻速直線運動狀態或靜止狀第一定律的度與力、態，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態。內容和慣性嶺之間2.慣性與質量的關系是什么？與質量的關的定量關教師總結并強調：系系做鋪質量是慣性大小的唯一量度，質量越大慣性越大。墊，明白可見力是改變物體運動狀態的原因，質量大的物體運動狀態不本節所要容易改變。所以加速度與力、嶺之間必然存在一定的關系。研究的內下面我們通過實驗分別從兩方面來探究加速度與力、坦之間容。的定量關系：加速度與力的關系；加速度與質量的關系。講一、實驗：探究加速度與力、質量的關系學生閱鍛煉授新1 .實驗目的：定量分析a、F、m的關系。讀課文說出學生的自課2.實驗方法：控制變

5、量法實驗目的、主學習能例如：在研究某個物理量y與另外兩變量餐、x2的關系時，先實驗思路、力。固定一個變量x2不變，研究y與另一個變量x1之間的定量關系；實驗方法。對加然后再固定變量、不變，研究y與x2之間的關系。學生觀速度、力3.實驗思路看動畫和坦之將小車置于水平木板上，通過滑輪與槽碼相連。小車可以在槽閱讀課間的關系碼的牽引下運動。文理解掌握有一個定出示圖片實驗中需要性了解(1)加速度與力的關系測量哪些物為下保持物體的質量不變，測量不同力下的加速度，分析加速度與理量面實驗的力的關系。閱讀課順利進行(2)加速度與質量的關系文掌握加速做鋪墊保持物體受力不變，測量不同質量下的加速度，分析加速度與度的

6、測量的鍛煉質量的關系。方法學生的觀出示動畫：探究加速度與力、質量的關系觀察圖察理解能4.物理量的測量本實驗需要測量的物理量有三個：物體的質量m、物體所受的 作用力F和物體運動的加速度。（1）質量的測量質量可以用天平測量。為了改變小車的質量，可以在小車中增 減砝碼的數量。（2）加速度的測量方法1：小車做初速度為0的勻加速直線運動，直接測量小 車移動的位移x和發生這段位移所用的時間t，a=2x/t2計算出加速 度a。方法2：將打點計時器的紙帶連在小車上，根據紙帶上打出 的點來測量加速度。方法3：讓兩個做初速度為0的勻加速直線運動的物體的運 動時間t相等，那么由a=2x/t2可知，它們的位移之比就等

7、于加速 度之比，即：，= X2 a2這樣，測量加速度就轉換成測量位移了。（2）力的測量現實中，僅受一個力作用的物體幾乎不存在，所以實驗中作用 力F的含義是物體所受的合力。那么，如何測小車所受合外力F合？我們通過下面具體實驗來說明。二、實驗設計實驗設計1：用阻力補償法探究加速度與力、質量的關系.實驗器材：小車、打點計時器、紙帶、一端帶滑輪的長木 板、細線、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平。編*-電源插頭Q 一 , ：A.實驗步驟片在理解的 基礎上說出 實驗器材根據實 驗步驟進行 實驗操作學生思 考討論：怎 樣平衡小車 的摩擦力？學生記 錄實驗數據 作圖并總結 實驗結論學生記 憶注意事項觀察圖 片在理解的

8、 基礎上說出 實驗器材根據實 驗步驟進行 實驗操作學生記 錄實驗數據 作圖并總結 實驗結論閱讀課 文理解控制變 量的意思力鍛煉 學生的動 手操作能 力掌握 平衡摩擦 力的方法鍛煉 學生的處 理數據的 能力和歸 納總結能 力。鍛煉 學生的記 憶能力掌 握實驗中 的細節鍛煉 學生的觀 察理解能 力鍛煉 學生的動 手操作能 力鍛煉 學生的處 理數據的 能力和歸（1）用天平測出小車的質量；學生練（2）按圖裝好實驗器材，平衡摩擦力。習（3）控制小車質量不變，用細線將鉤碼與小車相連，打開打點計時器，釋放小車，測出一組數據。（4）保持小車上的砝碼個數不變，改變鉤碼質量，并測量得F （鉤碼質量遠小于小車質量）

9、，多測幾組數據。注意：只有在鉤碼質量遠小于小車質量時，線的拉力近似等于 鉤碼的重力。（5）控制鉤碼質量不變，改變小車質量，再測幾組數據填入 表中。（6）分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值；（7）作a-F關系圖象，并由圖象確定aF關系。思考討論：怎樣平衡小車的摩擦力？在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復移動 薄木板的位置，直至小車在斜面上運動時以保持勻速運動狀態，這 樣小車所受合力為零，平衡了小車的摩擦力。納總結能 力。鍛煉 學生自主 學習的能 力鞏固 本節知識小車受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力 平衡。4 .進行實驗表1：小車質量一定拉力F0.100.200.

10、300.400.50加速度a0.150.310.430.590.76思考：如何更直觀地處理數據？以a為縱坐標、F為橫坐標建立直角坐標系。根據各組實驗數據在坐標紙上描點，觀察圖像。0.M/0.7/0.6亞50.403U.2墨 00+104(L6這些點在一條過原點的直線附近，說明加速度。與拉力F成正 比。表彳：小車所受的拉力一定質量0.4000.5000.7501.0001.200m加速0.8610.6920.4700.3520.290度a質量2.502.001.331.000.83m在相同拉力作用卜，質量m越大，加速度a越小。 tfl/nrs-30.8仆小0,20 31011,S我們很難直觀看出

11、圖線是否為雙曲線，那么，怎樣判斷a與m 成不成反比呢？如果am圖像是雙曲線，a與m成反比，也就是a與1/m成 正比。L(1 萬Ih4yL0 - ni0123如圖的圖線為過原點的直線，所以在相同拉力作用卜。與1/m 成正比，即：a與m成反比注意事項.實驗中應先接通電源后釋放小車.在平衡摩擦力時不要懸掛任何物體。.改變鉤碼的質量過程中，要始終保證鉤碼質量遠小于小車 質量時，線的拉力近似等于鉤碼的重力。.作圖時應使所作的直線通過盡可能多的點，不在直線上的 點也要盡可能的分布在直線的兩側，但若遇到個別偏離較遠的點可 舍去。實驗設計2：通過位移之比測量加速度之比.實驗器材：兩輛相同的小車、一端帶滑輪的長

12、木板、細 線、小盤、夾子、不同的重物。出示圖片.實驗步驟(1)將兩輛相同的小車放在水平木板上，前端各系一條細 線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個小盤，盤中可以放不同的重 物。(2)把木板一端墊高，平衡摩擦力。(3)控制小車質量不變，在兩個小盤中放不同的重物，兩小 車后端各系一條細線，用夾子控制小車的動與停。(4)用刻度尺測出兩小車移動的位移餐、x2。由于兩小車運 動時間t相同，從它們的位移之比就可以得出加速度之比。小車的質量。次數小車1小車2比值F1/Nx1/cmF/N 2x2/cmF1/F219. 0028. 8014. 0045. 000. 6429. 0023. 2019. 0050. 5

13、00. 47314. 0029. 9024. 0052. 200. 58414. 0023. 4029. 0051. 200. 48(6)作x2/x1與F2/F1關系圖象，并由圖象確定它們的關系。 小車質量一定64465746Xi /Xi也7 /(f.5凡4U.30.2/0.1 LZ_.f2/f1。C.20.40.6也 8實驗結論：當小車的質量不變時，小車的加速度與拉力的關系 是：在誤差允許的范圍內，小車的加速度與拉力成正比；同理通過 實驗也可得出：在相同拉力作用下a與1/m成正比，即：a與m成 反比。科學方法：控制變量控制變量的方法是指在研究和解決問題的過程中，對影響事物 變化規律的獨立因素

14、加以人為控制，使其中只有一個因素按照特定 的要求發生變化，而其他因素保持不變，以利于尋找事物發展變化 的規律的方法。本節在探究加速度與力、四之間的關系時，就采用了控制變 量的方法，它是科學研究中常用的一種方法。課堂練習1.在“探究加速度與力、質量的關系”的實驗中，備有下列 器材：A.電火花計時器；B,天平； C.停表；D.交流電源； E.電池；F.紙帶；G.細繩、砝碼、滑塊；H.氣墊導軌(一端 帶定滑輪)；I毫米刻度尺；上小型氣泵。(1)實驗中應選用的器材有;實驗的研究對象是。(2)本實驗分兩大步驟進行：。答案：(1) A、B、D、F、G、H、I、J放在氣墊導軌上的滑塊(2)研究a與F的關系(

15、m 一定)研究a與m的關系（F 一定）.某小組利用如圖所示的實驗裝置做“探究加速度與力、物體質量關系”的實驗。實驗中平衡摩擦力后，他們還調節木板上定滑輪，使牽引小車的細線與木板平行，這樣做的目的（ ）A.避免小車在運動過程中發生抖動B.使打點計時器在紙帶上打出的點跡清晰C保證小車最終能夠做勻速直線運動D.使細線拉力等于小車受到的合力答案：D.實驗探究加速度與力、質量的定量關系，下列認識正確的 是（ ）A. F、m和a三個物理量都有直接測量的工具；B .實驗時為消除摩擦力對小車運動的影響，要將木板無滑輪 的一端墊高，直到小車不掛重物時也能自己沿長木板運動起來；C.實驗時重物通過細繩拉小車的力要比

16、重物的重力小；D.根據實驗數據，得到的F不變時的a-m圖象是過原點的傾 斜直線。答案：C.在研究物體的“加速度、作用力和質量”三個物理量的關 系時，我們用實驗研究了小車“在質量一定的情況下，加速度和作 用力的關系”；又研究了 “在作用力一定的情況下，加速度和質量 之間的關系”.這種研究物理問題的科學方法是（ ）A.建立理想模型的方法.控制變量法C.等效替代法D.類比法答案：B1.“探究加速度與力、質量的關系”實驗裝置如圖所示，為研究加速度a與力F之間的關系，下列說法正確的是（）小車打點計時器盤和祛碼A.需保持盤和砝碼質量不變；B.需保持小車質量不變；，盤和砝碼的重力一定與小車受到的拉力大小相等

17、D.處理數據時，作出a-1/F圖象能直觀判斷a與F之間的關 系。答案：B2.在實驗“探究加速度與質量的關系時”，下列說法中正確的是（）A.應改變拉力的大小；B.每次改變小車質量時，必須重新平衡摩擦力；，為了直觀判斷二者之間的關系，應作出a-1/m圖象；D.平衡摩擦力時，應將重物用細線通過定滑輪系在小車上。答案：C課堂小結.實驗目的：定量分析a、F、m的關系。.實驗方法：控制變量法.實驗思路（1）保持物體的質量不變，研究加速度與力的關 系。（2）保持物體受力不變，研究加速度與質量的關系。.作圖時應使所作的直線通過盡可能多的點，不在直線上的 點也要盡可能的分布在直線的兩側，但若遇到個別偏離較遠的點可 舍去