学生实验新颖的课程导入教案

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系

一、教材分析

牛顿第二定律是动力学的核心规律，是本章重点和中心内容，而探究加速度与力和质量的关系是学习下一节的重要铺垫。本节内容是探索规律的实验，重点就是让学生亲身体验探究过程。在教师的引导下学生进行设计研究，体会通过控制变量的物理研究方法与图像数据分析法。

二、三维目标

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。

过程与方法

1.使学生掌握在研究三个物理量之间关系时，用控制变量法实现。

2.指导学生根据原理去设计实验。

3.帮助学生会分析数据表格，利用图象寻求物理规律。

情感态度与价值观

1.通过实验探究激发学生的创新精神。

2.使学生体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

3.培养学生的合作意识，相互学习、交流、共同提高的学习态度。

三、教学重点难点

教学重点

1.探究方案的制定（如何测量加速度与如何提供恒定外力并测量） 2.实验数据的处理方法

教学难点

指导学生设计合理的方案，作出图象，得出结论。

实验器材

小车、砝码、小桶、砂、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、交流电源、纸带、刻度尺、天平．

教学方法

讨论法，启发引导法，实验探究法

课时：1课时

新课教学

一、实验原理

实验的基本思想——控制变量法

研究三个物理量之间的关系时，先要保持某个量不变，研究另外两个量之间的关系。再保持另一个量不变时，研究其余两个量之间的关系。

1．保持研究对象即小车的质量不变，改变小桶内砂的质量，即改变作用力，测出小车的对应加速度，验证加速度是否正比于作用力．

2．保持小桶中砂的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象的质量，测出对应不同质量的加速度，验证加速度是否反比于质量．

二、实验方案的设计

1．三个物理量的测量方法——近似法

放在长木板上的小车在拉力的作用下做匀加速直线运动．(装置如图1所示)．

图1 (1)小车质量的测量

1

利用天平测出，在小车上增减砝码可改变小车的质量．

(2)拉力的测量

当小桶和砂的质量远小于小车的质量时，可以认为小桶和砂的重力近似等于对小车的拉力，即F≈mg. (3)加速度的测量：根据纸带用逐差法求出．

2．实验数据的处理方法——图象法、“化曲为直”法

(1)研究加速度a和力F的关系

以加速度a为纵坐标，以力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出图象，如图2所示，若图象是一条通过原点的直线，就能说明a与F成正比．

图2

(2)研究加速度a与物体质量m的关系

如图3甲所示，因为a－m图象是曲线，检查a－m图象是不是双曲线，就能判断它们之间是不是反比例关系，但检1查这条曲线是不是双曲线，相当困难．若a和m成反比，则a与必成正比．我们采用“化曲为直”的方法，以am1111为纵坐标，以为横坐标，作出a－图象，若a－图象是一条过原点的直线，如图乙所示，说明a与成正比，即ammmm与m成反比．

图3 三、实验步骤

1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来．

2．按图4所示的装置把实验器材安装好．

图4 3．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，多次移动木块位置，直到轻推小车，使小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止．

FFNfmg

2

抬高斜面，使重力沿斜面的分力可以平衡摩擦力。若小车可以在不受拉力的情况下，在该斜面上匀速运动，则可以判断已平衡摩擦力。

4．在小桶里放入适量的砂，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，并记录下来．接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带．

5．保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验．

6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值并记录在表格的相应位置．

次数

1

2

3

4

5

6 －2小车加速度a/(m·s)

砂和小桶的质量m/kg

拉力F/N

7.用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的a－F图象，从而得出a－F的关系．

8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下．根据1实验结果画出小车运动的a－图象，从而得出a－M的关系. M次数

－2小车加速度a/(m·s)

小车质量M/kg

1－1/kg

1

2

3

4

5

6

M9.整理实验器材，结束实验．

五、注意事项

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．

六、板书设计：

4. 2 实验：探究加速度与力、质量的关系

一、定性关系

当力的大小一定时，质量越大，加速度越小。

当物体质量一定时，力越大，加速度越大。

二、研究方法

控制变量法

三、制定实验方案时的两个问题

1.怎样测量（或比较）物体的加速度：打点计时器、或者光电门

2.怎样提供和测量物体所受的恒力：垫高轨道

四、数据处理

图像法

七、教学反思：

本节课先通过多媒体展示的画面，让学生从生活现象发现物理问题，总结物理规律。再通过设计实验方案、搜集实验数据，利用图象通过对数据分析，得出结论来验证假设，最后反复验证得出定律。让学生深刻体会了探究实验的模式，培养了学生实事求是的科学态度，乐于探究自然界的奥秘。但是实验方案的设计学生大多是参考课本内容，让学生独立设计实验方案进行探究仍有一定困难。其次由于本节课是牛顿第二定律的探究课，学生未学习牛顿第二运动定律，本堂课并不能对实验方案与结果进行细致的分析。

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