学生实验教学内容

第二节

《探究加速度与力、质量的关系》

（第一课时：理论探究部分）

课题

普通高中课程标准实验教科书人教版

必修1

第四章

作者及

工作单位

教材分析、学情分析及处理

1、牛顿第一定律告诉我们，物体的运动状态及其改变是由它所受的力决定的，而运动状态改变的难易程度又与物体自身的质量有关，因此，探究加速度与力、质量的定量关系是自然而又十分必要的。

关于实验的基本思路：可以先结合一段视频，让学生从自身的生活经验和一些小常识出发，对加速度与力、质量的定量关系进行合理的猜想，因为这与实验数据的处理直接相关。正比、反比的关系用图象进行数据处理比较直观，而且有利于减小误差的影响，所以本实验用图象方法处理数据。

基于简单、方便的原则，考虑用打点计时器成本不高，其配备比较普遍，打算安排学生在第二课时动手进行实验测量加速度，探究加速度与力、质量的定量关系，但实验中要注意消除摩擦力的影响。

由于探究的是加速度与力、质量间的比例关系，教科书上的第二套方案的实验设计很有启发性，但实验操作和数据处理对学生要求比较高，实验前要注意做好引导工作。

2、新课程注重学生学习方式的改变，将过去学生被动听、练，改变为现在的主动探究、合作交流。给学生提供探究的平台，让学生在探究中体验和感悟。

3、本节内容很多，考虑到学生的接受状态，将探究工作分步进行，第一课时为理论探究部分，第二课时为操作探究部分。

教学目标

知识与技能 1.理解探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性。

2.理解实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性。

3.经历假设与猜想、方案的设计、方案的讨论以及实验数据的处理过程，体会整个探究过程的科学严谨性。

过程与方法 1.循序渐进地指导学生探究加速度与力、质量的关系，知道用控制变量法进行实验

2.引导学生自己设计实验，并共同讨论方案的可行性。

情感态度与价值观 1.通过对实验方案的探究激发学生的求知欲，培养学生的创新精神。

2.通过对实验方案的探究培养学生良好的合作习惯。

教学重点和难点

重点：如何提出实验方案并使实验方案合理可行

难点：实验方案的探究以及实验数据的处理方法

教法、学法

实验方案探究法、自主探究、交流合作。

教学用具

自制：实物投影仪、多媒体课件

教学过程

教学

环节

引

入

新

课

新

课

教

学

教师活动

预设学生行为

设计意图

视频中赛车场景不仅在学生的认识情感中掀起了巨大的波澜，还会唤起强烈的求知欲。

请学生观看“F1赛车”、载重积极思考，给出各种原因

货车的启动视频课件并思考：为什么赛车在十几秒内就能获得很大的速度，而载重货车的加速过程非常缓慢？

如果你是法拉利赛车的设计增加外力

师你会作什么样的

减小质量

改进让赛车启动更快?

今天我们就要来学习如何用实验来探究加速度与力、质量的关系

一、设计实验的基本思路：

1、如何同时研究a、F、m三

者之间的定量关系呢？

——控制变量法

物体的加速度a与受力F和质

量m两个变量有关，我们应该采

用

来研究。

回忆旧知，推进新知。让学生在复习中学习新知识

关系如何？

2、

猜想a-F、a-m之间的定量图像法

（1）.（m一定）a正比于F、

F2、F3

（F一定）a反比于m、m2、

m3

你能用一种形象且直观的方

法来判断吗？

a

图甲

①

②

思考问题，

③F

得出结论：

（2）.图甲中三个图像都有共同的特点：F逐渐增大，a也逐渐

，最简单的关系是图像②，a与F成

。

a

①

图乙

②

m

图乙中图像的共同特点是：m逐渐增大，a逐渐

。

（3）.图乙中图像的共同特点是：m逐渐增大，a逐渐

。

a F2 图丙

回忆旧知，推进新知。让学生在复习中学习新知识

激发学生的学F逐渐增大，a也逐渐

增习兴趣，唤起强大

，最简单的关系是图像②，烈的求知欲。

a与F成

正比

。

图乙中图像的共同特点是：m逐

渐增大，a逐渐

减小

。

提出质疑，怎样

得到准确的关

系呢？

激发学生的好

奇心，得出正确

的结论。

不能。

(4).若实验数据画出了如图丙的图像，你一定能说a∝F2吗？

a F2 如果要继续证明a∝F2，可以以F2为横轴，画出a-F2图像，若图像

是一条

，

得出结论：a∝F2。

若图像是一

条

，得出结论：

23a不是∝F。再尝试a-F图像……

直到得出结论。如果a与F成正

比，则a－F图象是一条过

．

（5）. 若实验数据画出了如图丁

的图像，你一定能说a∝1/m吗？

a 如果要继续证明a∝F2，可以以F2为横轴，画出a-F2图像，若图像是一条

过原点的倾斜直线

，得出结论：a∝F2，若图像是一条

曲线

，得出结论：a不是∝F2。再尝试a-F3图像……直到得出结论。如果a与F成正比，则a－F图象是一条

过原点的倾斜直线．

不能。

如果要继续证明a∝1/m，可以以1/m为横轴，画出a-1/m图像，若图像是一条

过原点的倾斜直线，得出结论：a∝1/m。若图像是一条

曲线

，得出结论：a不是∝1/m。再尝试a-1/m2图像……直到得出结论。如果a与m成反比，实际上a与1/m成正比，则a-1/m图像是一条

过原点的倾斜直线。

m 图丁

如果要继续证明a∝1/m，可以以1/m为横轴，画出a-1/m图像，若图像是一条

，得出结论：a∝1/m。

若图像是一条

，得出结论：a不是∝1/m。再尝试a-1/m2图像……直到得出结论。如果a与m成反比，实际上a与1/m成正比，则a-1/m图像是一a 老师的引导，学生自己理解得出正确地结论，更能深刻理解掌握方法。

老师的引导，学生自己理解得出正确地结论，更能深刻理解掌握方法。

图1/m 条

。

二、实验设计: 请同学们写出计算加速度的公式,每个公式你能设计出对应的实验方案吗？

参考方案一:用小车、纸带、打点计时器探究

1、探究加速度与力、质量的关系，所需测量的物理量有质量、力、加速度，如何测量呢？同学

们在实验室中曾经做过物体做匀加速运动的实验，装置如图：现在就要探究小车运动的加速度与力、质量的关系，质量、力、加速度，如何测量呢？

质量：

，可以通过小车上增减钩码来改变小车的

。

加速度：

，每改变一次质量或力，就获得一条纸带，计算出一个加速度。

力：

（钩码的质量要比小车质量小得多）。

2、在以上实验中，小车的加速度是力产生的，但小车的受力是一个吗?请画出受力图。为了更准确的找出加速度与力的关系，就要求小车只受一个力，该怎么办呢？先请思考下面的问题：由牛顿第一定律可知，物体不受力时做

；物体在光滑水平面上做

运动，所受合力为

。即物体所受合力为零时与不受力时的运动状态相同，可以认为合力为零与不受力产生的效果相同。

a=Δx/T2

a=(v-v0)/t a=(v2-v02)/2x

小车: 研究对象,可用天平称其质量,小车里增加钩码，改变它的质量

打点计时器:测量小车运动过程中的加速度：a=Δx/T2 钩码:重力提供拉力,增加钩码数目，改变拉力大小

FN

FT

f

G

平衡摩擦力：将小车轨道右侧垫高，重力沿斜面的分力G1平衡摩擦力。

钩码重力近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力F

让小车拖动纸带，在纸带上打出的点是均匀的，说明小车做匀速运动，G1平衡了摩擦力，或轻推一下小车，看小车是否能匀速的运动。

调动学生积极性，进行发散思维

教师精心引导下，从学生最熟悉的实验器材，实验方案入手，分析如何能达到实验目的，实验中应注意事项，设计可行实验方案。

老师引导，学生自主学习，体验成功。从而掌握实验原理和操作时注意的事项。

同理可得，物体在光滑水平面上

运动时只受一个力F和所受各力的合力为F产生的效果是一样的，这样只要使上面实验中的小车所受合力等于绳的拉力即可。也就是说小车的重力、支持力、摩擦力的合力为零，或是小车在重力、支持力、摩擦力作用下能做匀速直线运动。该怎么办呢？同学们能想出办法来吗？请写下来。

参考方案二:利用气垫导轨来

探究

你有想到气垫导轨吗？如图两光电门的距离为X，滑块的挡光板宽为Δx，滑块经过两光电门的时间分别为Δt1、Δt2，从光电门1到光电门2用时t，请解出滑块的加速度。

xxvv0t2t1att老师引导，学生自主学习，体验成功。

x2x2)()2v2v0t2t1a2x2x(气垫导轨使用时应怎样调节？

参考方案三:设计对比实验

学生通过计算加速度的计算公式你还能写出其分析，要测出加它的吗？

速度之比，只要（1）练习：倾角为θ1光滑斜面测出位移之比。12 上静止释放的小车做匀加速直线X2=a2t将难测量的物2运动，时间t内的位移理量转化为易x1=

，倾角为θ2（θ1＜测量的物理量。

a1: a2 =

X1: X2 θ2）光滑斜面上静止释放的小车

做匀加速直线运动，时间t内的位

移x2=

，则两小车的加

速度a1：a2=

。

（2）思考：方案一中的实验小车

用两个，都由静止释放，测出在

时间t内的位移x1、x2，求出a1：要平衡摩擦力，同样利用控通过实例的计a2，再探究a与F、m的关系。实制变量法进行对比实验

算，学生更深刻验装置如下图所示，在两条并排

理解对比实验的导轨上放置两辆小车，车的一

的原理。

端连接细绳，细绳的另一端跨过

定滑轮挂一个小桶；车的另一端

通过细线连接到一个卡口上，它

可以同时释放两辆小车。辆车从

静止开始做匀加速直线运动，相

等时间内通过对位移与它们的加

速度成正比，因此实验中不必计

算出加速度，可以采用比较位移

的方法，比较加速度的大小。

实验中要平衡摩擦力吗？

（3）、例如：某小组设计双车位在实验误差范围内当小车质量保在学生最近发移比较法来探究加速度与力的关持不变时，

展区域内，通过系。通过改变砝码盘中的砝码来由于x∝ F，说明a∝F。

实验数据分析，改变拉力大小。已知两车质量均

培养学生的数为200g，实验数据如表中所示：

据处理能力和得出结论的能分析表中数据可得到结论：在实能用图像分析

力。

验误差范围内当小车质量保持不

变时，由于x F，说明a

F。

1X1=a1t2 2如果有多组数据，能用图像来分析吗？

拉拉力位移

验小位移力比F比x

次车

x/cm /F

/x

F/N

数

甲

0．1 22．3 0．50 0．51 1

乙

0．2 43．5

甲

0．2 29．0 0．67 0．67 2

乙

0．3 43．0

甲

0．3 41．0 0．75 0．74 3

乙

0．4 55．4

（4）、在（3）中实验得出数据，

实甲甲乙乙

通过对比实画出了以下两个图像，由甲可以由甲可以得出a与F成

正比，由乙可验数据的处得出a与F成

比，由乙可以以得出a与m成

反

比。

理，学会认得出a与m成

比。

识图像，找

出物理量之X1

间的关系

X2

·

·

·

·

·

·

F1

F2

甲

X1

X2

·

·

·

·

·

·

m2

m1

乙

三、如何由实验结果得出结论？

1、加速度与力的关系

猜想

2、加速度与质量的关系

实验

实验数据作出的图像与猜想存在出入，科学家如何得出结论呢？

让学生了解一切物理规律都不可能是几次简单的测量就能得出的。体验科学家们的研究方法，也体会科学研究的谨慎和勇气

可见，到这时为止，我们的结论仍然带有猜想和推断的性质。只

有根据这些结论推导出的很多新结果都与事实一致时，它才能成为“定律”。

本节实验只是让我们对于自然规律的探究有所体验，实际上一个规律的发现不可能是几次简单的测量就能得出的。

科学前辈们在根据有限的实验事实宣布某个定律时，既需要谨慎，也需要勇气！

课本节课以实验为依据，采用控制变量法进行研究，根据已掌感悟物理研究堂握的物理知识设计实验方案，探索物理规律是物理学研究的方法

总重要方法

结

课完成方案一：“用小车、纸带、打点计时器探究加速度与力、质量关系”的实验后方案设计

学

习

板书设计

实验：探究加速度与力、质量的关系

一、提出问题：物体运动的加速度与哪些因素有关？

二、猜想：加速度可能与力、质量有关

三、实验探究

1、思想方法：控制变量法

2、需要解决的两个问题

四、实验方案

方案一：通过打点计时器探究加速度与力、质量的关系

方案二：利用气垫导轨来探究

方案三：通过比较法探究加速度与力、质量的关系

学生学习活动评价设计

评价方法或工具（说明在教学过程中将用到哪些评价工具，如何评价以及目的是什么）：

1、评选本节课表现最优秀的学生。

2、给自主合作探究表现突出的小组加分。

3、将学生由本节课学到的实验方案一作为研究性学习课题，分6人一小组，写出实验方案设计，在班级内展出，通过这样的评价，让学生将实验设计思路落到实处。

教学反思