学生实验教案推荐

实验：探究加速度与力、质量的关系

教学目标：

知识与技能

1．理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关．

2．通过实验探究加速度与力和质量的定量关系．

3．培养学生动手操作能力．

过程与方法

1．指导学生半定量的探究加速度和力、物体质量的关系，知道用控制变量法进行实验．

2．学生自己设计实验，自己根据自己的实验设计进行实验．

3．对实验数据进行处理，看一下实验结果能验证什么问题，

情感态度与价值观

1．通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度．

2．通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神．

3．培养与人合作的团队精神．

教学重点：

1．控制变量法的使用． 2．如何提出实验方案并使实验方案合理可行．

3．实验数据的分析与处理．

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教学难点：

1．如何提出实验方案并使实验方案合理可行．

2．实验数据的分析与处理．

教学方法：探究、讲授、讨论、练习

教具准备：

多媒体课件，小轧一端带滑轮长木板、带小钩或小盘的细线两条；钩码(规格：10 g＼20 g，用作牵引小车的力)；砝码(规格：50e＼100 g＼200g，用来改变小车的质量)；刻度尺；粗线绳(用来牵引小车)．打点计时器、学生电源、纸带、天平

课时安排：2课时

新授课（1课时）

教学过程：

[新课导入] 利用多媒体投影图；

分组定性讨论

师：物体质量一定，力不同，物体加速度有什么不同?力大小相同，

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作用在不同质量的物体上，物体加速度有什么不同? 生：当物体质量一定时，物体的加速度应该随着力的增大而增大．

生：当力大小相同时，物体质量越大，运动状态越难以改变，所以质量越大，加速度越小．

师：物体运动状态改变快慢取决于哪些因素?定性关系如何? 生l：应该与物体的质量和物体所受的力有关系．力越大，加速度越大；质量越大，加速度越小．

生2：这里指的力应该是物体所受的合力，以上图为例，物体所受的重力和支持力相等，不参与加速度的提供．

师：刚才进行多媒体演示时一次是固定力不变，一次是固定质量不变，这样做有什么好处呢? 生：方便我们的研究． 师：这是研究多个变量之间关系的非常好的方法，我们把它称作控制变量法．我们以前在什么地方学到过这种方法? 生1：在初中我们在探究物体的密度与质量、体积之间的关系时 师：好，我们这节课就用这种方法进行探究加速度和力、质量之间的关系．

[新课教学] 一、加速度与力的关系

师：设计一个实验，保持物体的质量不变，测量物体在各个不同

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的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系．大家分组讨论并且每组设计一个实验方案，并说明实验的原理．

生1：我们是用了一辆小车，小车后面连接一纸带，用打点计时器记录小车的运动情况，根据所打的点计算小车的加速度，然后再看所受的力和加速度的关系．

生2：为了消除摩擦力的影响，我们在木板下面垫了一个小木块，当小车没有拉力时让它在木板上匀速运动．

师：好的，在进行实验之前还应该先设计自己的实验表格来记录一下自己的实验数据．那么你是怎样设计表格使你的实验数据得以记录的呢? 表一

次数

小车加速度a/(m·s－2) 砂和小桶的质量m/kg 拉力F/N 1

2

3

4

5

6

表二

次数

小车加速度a/(m·s－2) 小车质量M/kg /kg

－11

2

- 4 - 3

4

5

6

生2：用一辆小车，测量加速度

师：好，现在大家就根据自己设计的方案进行实验，把数据填人设计的表格内．

学生进行实验，老师巡回指导，帮助实力较弱的小组完成实验

师：现在请同学们简要进行一下实验报告． 组2生：我们通过处理小车后面的纸带，计算出小车的加速度，通过作图验证了小车的加速度和物体所受的合力成正比． 师：大家做得都非常好，那么你们在实验中遇到的困难是什么呢?能不能想出办法来克服? 组2生：我们在做实验时发现了这样一个问题，即当砝码的质量和小车的质量差不多时，a—F图象不能再是一条直线，而是发生了弯曲．

师：这组同学的问题非常好，实际上砝码和盘的重力并不严格等于小车受到的拉力，简单证明如下：设砝码及盘的质量为m，小车的质量为M，则分别对它们进行受力分析，对小车，受拉力和摩擦力，对砝码和盘，受重力和拉力，那么它们之间的关系是什么呢?如果相等，根据物体受合力为零则物体做匀速运动，而实际上砝码及盘实际的运动应该是做加速运动，所以说重力和拉力并不相等，而是应该重力大于拉力，而我们在实验中认为二者相等，所以实验的误差有一部分来源于此．控制的方法就是尽可能地使砝码和盘的质量远小于小车

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及砝码的质量，具体的分析方法我们将在下一节学到．

师：以上我们是通过控制物体的质量不变来探究物体的加速度与物体所受力之间的关系，下面同学们继续做实验，通过控制物体所受的力不变来探究物体的加速度和质量的关系．

二、加速度与质量的关系

学生进行实验，老师巡回指导，帮助实力较弱的小组实现实验

由于和以上的实验方法非常类似，所以可以直接让学生得出结论．

师：大家得出的结论是什么? 生：物体加速度在物体受力不变时，和物体的质量成反比．

师：这时候我们应该怎样通过图象来验证问题呢? 生：我们如果作a—M图象则图象是曲线，我们可以作a—1／M图象来解决这个问题，物体的加速度和质量成反比，所以a—1／M图象应该是一条过原点的直线．

三、由实验结果得出的结论

师：通过大家的实验，排除误差的影响，大家讨论总结一下加速度和物体所受的力以及物体质量之间的关系．

[分组讨论] 生1：我们可以得出这样的结论：物体的加速度和物体所受的力成正比，和物体的质量成反比．

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生2：应该是和物体所受的合力成正比．

生3：我想力是矢量，加速度也是矢量，加速度的方向应该和物体所受力的方向相同．

师：(总结)大家的发言非常好，那么我们得出的结论是不是一个定理性的结论呢?仅靠少量的实验是不行的，应该通过更为精确的实验和更多次的实验进行证明，不过我们大家在现有水平下能够得出这个结论是非常了不起的，这是我们下节课要学的牛顿第二定律的内容．

师：请同学们总结一下该实验的注意事项

生：1.实验中应先接通电源后释放小车. 2.在平衡摩擦力时，不要悬挂小桶，但小车应连着纸带且接通电源.用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点间隔均匀，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.改变砂的质量过程中，要始终保证砂桶(包括砂)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分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去. [课堂训练] 用如图所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小

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车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：

A．用天平称出小车和小桶及内部所装沙子的质量；

B．按图装好实验器材；

C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；

D．将电磁打点计时器接在电压为6V的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；

E．保持小桶及其中沙子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验；

F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；

G．作a－M关系图象，并由图象确定a－M关系。

(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________________，该步骤应排在________________步实验之后。

(2)在上述步骤中，有错误的是________________，应把______________改为________________。

(3)在上述步骤中，处理不恰当的是__________________，应把________________改为________________。

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2. 广西河池市2014～2015学年高一上学期期末)在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，某同学使用了如图所示的装置，打点计时器的打点频率为50Hz。

(1)该同学得到一条纸带，在纸带上取连续的六个计时点，如图所示，相邻两点间的距离分别为10.0mm、12.0mm、14.0mm、16.0mm、18.0mm，则打E点时小车的速度为_____m/s，打A、F两点的过程中小车的平均速度为______m/s，小车的加速度为____m/s2。

(2)该同学要探究小车的加速度a和质量M的关系，应该保持拉力不变；得到多组数据后他应描绘的图象是________________(选填a­M还是a­1M)。

[小结] 本节我们学习了：

1．力是物体产生加速度的原因．

2．用控制变量法探究物体的加速度与合外力、质量的关系；设计实验的方法．

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3．物体的质量一定时，合外力越大，物体的加速度也越大；合外力一定时，物体的质量越大，其加速度越小，且合外力的方向与加速度的方向始终一致．

4．实验数据的处理方法． 作业：

1．完成实验报告．

2．设计一种方案，测量自行车启动时的平均加速度

板书设计: 与加速度有关的因1．物体受的合外力 素

实验方法

2．物体的质量

控制变量法

物体的质量一合外力一定时，定时，合外力物体的质量越实验过程与结论

越大，物体的大，其加速度越加速度也越大

小

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