3. 牛顿第二定律优质课教学设计

探究加速度与力、质量的关系（牛顿第二定律）

四川省华蓥中学

唐春光

一、课前自主学习

1．物体的加速度与_________和________两个因素有关。

⑴如果物体的加速度为零，物体的速度（运动状态）不会发生变化。物体的速度（运动状态）在发生变化，说明物体的加速度不为零。

物体只有受到力的作用，速度（运动状态）才可能发生变化，所以可以说“力是改变物体运动状态的原因”，也可以说“力是产生加速度的原因”

。在质量相同的情况下，合力越大，物体的加速度______。

⑵在合外力相同的情况下，物体的质量（惯性）越大，运动状态改变越______（慢、快），即加速度越_____（大、小）。

2．加速度既与力有关，又与质量有关。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_____________法。即：首先保持物体所受的外力不变，研究_________与_____的关系；然后保持物体的质量不变，研究__________和________的关系；最后经过总结推理，得出加速度与力、质量的关系。

3．实验装置如图所示，我们可以近似地认为小车受到的拉力等于盘和重物的总重量，可以通过增减小盘中的重物可以改变____________。通过在小车内增减重物以以改变小车的__________。

4．怎样消除打点计时器对小车的阻力及其他阻力？

平衡摩擦力时，应将小盘用细绳通过定滑轮系在小车上吗？_______________________。

每一次改变了改变了小车的质量后，需要重新平衡摩擦力吗？

5．为什么只能近似地认为小车受到的拉力等于盘和重物的总重量？（此问题可以待以后再解释）高盘和重物的质量为m，小车的质量为M，在本实验中m和M之间应满足什么关系？

6．怎样通过纸带求出小车的加速度？

7．如何直观地判断a与F的关系？如何检验a与m是否成反比？

8．当物体做初速度为零的匀加速直线运动时，为什么可以用位移x1∶x2之比代替加速度a1∶a2之比？

二、第一种方案（图象法）

㈠实验步骤：

1．安装实验装置。

2．平衡摩擦。调整轨道的倾角，轻推小车，使小车在不受牵引时能拖着纸沿沿木板匀速运动。

3．在小车质量不变的情况下，探究加速度与力的关系。

⑴用天平测出小盘和重物的质量m，计算出拉力F=mg，将小盘用细绳通过定滑轮系在小车上。将小车靠近打点计时器，先接电源再释放小车，打出纸带，计算出加速度a。将F和a记录在表1中。

⑵逐次增加小盘中的重物的质量，重复第⑶步。

⑶以F为横坐标，a为纵坐标，作出a—F图象，判断a与F的关系。

4．在小车所受拉力不变的情况下，探究加速度与质量的关系。

⑴测出小车的测质量，保证小车所受的拉力不变，在小车上放置不同数量的重物，改变小车的质量，测出小车不同质量对应的加速度。将小车的质量M和加速度a记录在表2中。在表格中计算出M的倒数，记录在表中。

⑵以1/M为横坐标，以a为纵坐标，作出a—1/M图象，判断a与M的关系。

5．综合上述两个实验结论，总结出实验结论。

1

㈡数据记录：

表1：

表2：

F a 实验次数

实验次数

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

㈢数据处理：

M

1/M

a

由上述实验得到的结论：_________________________________________________________________。

三、第二种方案（对比分析法）（见课本P73参考案例一）

1．研究加速度与力的关系：

⑴取两个质量相同的小车放在长木板上，小车的前端各系上细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘。（图见课本4.2-5）

⑵盘中放有数目不等的砝码，使两小车自静止开始在不同拉力作用下匀加速运动，小车所受拉力F的大小可以认为等于砝码和盘所受重力的大小（保证小车质量比砝码和盘质量大的多），小车后端系上细绳，用一只夹子夹住，以同时控制两小车。

⑶使两车同时运动，同时停止，分别测出两小车的位移x1和x2，所受的拉力F1和F2。

⑷判断x1∶x2与F1∶F2是否相等。改变F重做几次。

2．研究加速度与质量的关系：

⑴在两个盘子里放上相同数目的砝码，使两小车所受的拉力相等．而在一个小车

的上面加放砝码以增加其质量．

⑵使两车同时运动，同时停止，分别测出两小车的位移x1和x2，两小车的质量m1和m2。

⑶判断x1∶x2与m2∶m1是否相等。改变m重做几次。

3．数据记录：

表1：

表2：

实验次数

m2∶m1

x1∶x2

实验次数

F1∶F2

x1∶x2

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

四、问题讨论

1．图象出现①的情况是什么原因？

2．图象出现②的情况是什么原因？

3．图象出现③的情况是什么原因？

2

3