2. 探究加速度与力、质量的关系教学设计实例

尹华松高中物理名师工作室

3.2 探究加速度与力、质量的关系

设计教师：尹华松

【教材分析】

本课依据的教材是教科版物理必修1第三章《牛顿运动定律》中的第2节《探究加速度与力、质量的关系》，本节内容是力学部分的教学重点之一。学生在独立学习了物体的直线运动和力的基础上，进一步学习研究力和物体的运动状态有何关系，从定量的角度去分析物体运动状态改变与外力和物体自身的因素（质量）的数量关系，找到加速度的决定量，本课对牛顿第二运动定律建立有至关重要的作用。

教材突出了师生的探究活动，把科学方法的学习和科学知识的学习放到同等重要的地位，更加注重让学生亲身体验物理规律的得出过程，让学生在体验中感受探究的快乐，感受成功的喜悦。

【学情分析】

学生在初中就学习了力和物体运动的关系，但理解很有限，知道力是改变运动状态的原因，但怎样改变不具体。通过前面第一、二章的学习，对运动状态的描述量有了明确的认识，对物体的受力分析有了更准确的作图和合力的求解手段，所以在此基础上来学习牛顿定律是很恰当的，学生有强烈的愿望要了解力和物体的运动究竟是怎样的制约关系。课堂设计的探究方案也是学生过去学习接触过的形式，所以进行教学应该比较符合学生的愿望。

探究性实验是以获取新知识为目的的学习方法。要在深入领会牛顿第一定律的基础上，确定研究课题和方法，设计探究加速度、力、质量三者关系的研究方案，并体会探究过程所用的科学方法——控制变量法。

【教学目标】

（1）知识与技能

1、用控制变量法探究物理规律探究加速度与力、质量的关系; 2、会用图像法处理实验数据，分析得出结论。

（2）过程与方法

1、体验用“比较法”确定加速度的研究方法。

2、通过经历实验探究过程，培养学生描述现象、归纳结论的能力。

3、通过交流汇报，培养学生的概括能力、语言表达能力。

（3）情感态度与价值观

1、激情投入，全力以赴，领会人类探索自然规律中严谨的科学态度。

2、培养学生实事求是的科学态度。

【教学重点】

1、控制变量法的使用； 2、图像的处理，实验数据分析。。

【教学难点】

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利用“比较”的方法确定加速度的大小。

【教学媒体】

（1）自制多媒体课件：

（2器材：双层斜面轨道，配套小车，2克钩码，50克钩码，

【教学方法】讲授、启发、实验探究、交流讨论相结合

【学习方法】导学案预习，课堂探究，课后巩固作业

【教学过程】

一

基础准备

1．

实验要探究的内容

力是物体产生加速度的原因，有力作用在物体上，就有加速度产生，且力越大，产生的加速度也越大。在相同力的作用下，加速度的大小还与物体的质量有关。因此，本实验要探究的内容是寻找加速度与力、质量三者间的关系。

2．

探究实验的设计思路

加速度既与力有关，又与质量有关，怎样通过实验研究它们间的关系呢？当一个物理量与多个因素有关时，为了弄清它们之间的关系，物理学中常用的一种方法叫做“控制变量法”，即：首先保持物体的质量不变，研究加速度与力的关系；然后保持物体所受的外力不变，研究加速度和质量的关系；最后经过总结推理，得出加速度与力、质量的关系。

本实验需要测量的物理量有加速度、力与质量，其中质量可用天平测量。那么，怎样测量（或比较）加速度呢？又怎样对物体提供和测量恒力呢？

3．

怎样测量（或比较）物体的加速度

在第二章中，我们已经介绍过，运用打点计时器在与运动物体连接的纸带上打点，由纸带上打出的点来测量加速度的方法。

由于本实验的目的是探究加速度与力、加速度与质量间的比例关系，因而也可不测加速度的具体数值，而测不同条件下加速度的比值。若两物体做初速度为0的匀加速运动，由x得，物体的加速度与在相同时间内发生的位移成正比，即a ∝

x。

4．

怎样提供和测量物体所受的恒力

我们以教材提供的实验“参考案例”为例，教材图4.2-4所示实验装置中，为实验研究对象——小车（连同车内的砝码）提供恒力的是小盘和砝码。实验中我们认为，使小车做匀加速运动的力，与小盘和砝码的重力大小相等。为此，必须满足以下两个实验条件：

①

水平板应尽可能光滑，最好将水平板的一端垫高成为倾角不大的斜面，轻轻推动小车（未第

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挂小盘），使小车能在板上匀速运动，即用小车重力沿斜面方向的分力平衡摩擦力。

②

小盘和砝码的质量要比小车的质量小很多。对此，学习了本章第七节“用牛顿定律解决问题（二）”中的“超重与失重”，你就明白了。

5．

实验注意事项

对于教材提供的实验“参考案例”，操作时应注意以下几点：

①

牵引小车的砝码应有10g、20g、50g等规格。没有小规格砝码，可用沙桶装沙替代，质量用天平称量。

②

探究加速度与力的关系：小车质量为200g，两车上面均可加100g左右的砝码。保持其中一个小车所挂砝码不变（如20g），另一小车所挂砝码逐渐加大，但不要过大。砝码质量过大，会使图象线性变差。

③

探究加速度与质量的关系：一车质量固定为300g，另一车质量可自200g起，逐次增加砝码至700g~800g。牵引小车的砝码以30g~40g为宜。小车质量过大，夹子不容易夹注车后拖线，造成位移误差。

④

小车后所系线绳要用适当粗些的棉绳，当夹子夹住线绳时不会滑动。如果用表面较光滑的尼龙绳，当夹子闭合时线绳还会被小车拖一段距离才会停住。解决的办法可在尼龙绳上擦一些松香，以增大线绳与夹子之间的摩擦力。

⑤

选择口宽、弹力大的夹子，使夹子张开和闭合动作要迅捷有力。动作缓慢，会使某些夹子张开夹口时两侧张开的程度不一样，张开较小的一侧所控制的小车拖绳受阻，影响到小车运动。

⑥

注意小车运动停止的位置不能与定滑轮相碰。实验中如果小车碰到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰的小车位移偏小而产生误差。

6．

数据处理方法

本实验的数据处理可以采用计算法和图象法两种不同的方法：

①

计算法

测得加速度或加速度之比（等于位移之比）后，通过计算看看是否满足

a1F1am、12。

a2F2a2m1

②

图象法

测得加速度后，用拉力F为横坐标，加速度a为纵坐标，描绘a—F图象，看看图象是否为过原点的倾斜直线；用11为横坐标，加速度a为纵坐标，描绘a—图象（想想看，mm为什么不是描绘a—m图象），看看图象是否为过原点的倾斜直线。或者在测得加速度之比（等于位移之比）后，用两车拉力之比F2/F1为横坐标，两车位移之比x2/x1表示加速度之比a2/a1为纵坐第

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标，描绘a—F图象，看看图象是否为过原点的倾斜直线；用m1/m2为横坐标，加速度a2/a1为纵坐标，描绘a—1图象，看看图象是否为过原点的倾斜直线。

m二

课堂探过程

1．探究a与F、m的定量关系

（一）消除摩擦力的影响

1.平衡摩擦力：为了克服台面对小车的摩擦力，可使台面稍微倾斜，从而使小车的重力沿斜面的分力与摩擦力成为一对

，这叫平衡摩擦力。2.让滑块在

导轨上运动，摩擦力很小，可以忽略

（二）F的测量

方法1. 当小车的质量远远大于砝码与托盘的质量之和时，用天平测量砝码质量，用F=mg算出F。

方法2.力的传感器固定在小车上测出F。

(四)加速度测定[来源:学科网]

方法.位移比较法确定加速度比值。

2．思考：误差来源

1．测量误差

2．操作误差：(1)拉线不与木板平行．(2)倾斜角度不当，平衡摩擦力不准．3．原理误差。

3. 数据处理误差

【板书设计】

3.2探究加速度与力、质量的关系

一探究a与F、m的定量关系

二、实验步骤及数据处理

三：注意事项

问题1．在平衡摩擦力时，不要把__________系在小车上，即不要给小车加任何牵引力，并要让小车

运动．

2．在满足________________远大于______________的条件下小车受到的拉力才可视为等于小盘和砝码的总重力．

3．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近_________，

4．作图象时，要使尽可能

的点分布在所作直线上，不在直线上的点应尽可能

分布在所作直线两侧．

5．作图时两轴标度比例要选择适当，各量须采用国际单位．这样作图线时，坐标点间距不至于第

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过密，误差会小些．

【教学流程】

实验准备---探究装置的介绍和调节—实验原理---数据记录—数据处理---探究结论。

作业：优化训练3.2同步练习题

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