学生实验教案2

探究加速度与力和质量的关系

一、教学目标：

1、知识与技能

（1）学会用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系

（2）能应用计算机和图像法分析处理实验数据

（3）从实验中得出加速度与力成正比，与质量成反比

2、过程与方法

（1）体验科学研究的基本步骤

（2）知道一种常用的研究方法——控制变量法

3、情感态度与价值观

（1）使学生在互相协作中，体验团队精神

（2）培养学生尊重事实，实事求是的科学研究作风

二、教学重点、难点

1、 教学重点及其教学策略：

重点：用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系

教学策略：通过教师的引导，学生的互相讨论，得出实验的步骤和数据处理的方法。

2、 教学难点及其教学策略：

难点：利用Excel处理实验数据并画出相关的图像

教学策略：通过教师的讲解和演示，让学生体验用计算机处理实验数据的方法。

三、设计思路

本课题设计思路旨在让学生体验科学研究的基本步骤。

通过复习牛顿第一定律等已经学过的知识引出课题——探究加速度与力和质量的关系。 在教师的引导下，学生通过讨论、交流，根据已有的器材，设计实验方案，进行实验验证。并利用Excel处理实验数据并画出相关的图像,找出各个量之间的关系。

四、教学资源

1、

学生实验器材：光滑的水平板（一端带有定滑轮）；砝码，沙和沙桶，细绳，十台装有office软件的计算机。

2、 演示器材：与学生器材相同

3、 有关物体运动的录像和图片

4、 多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。

五、教学过程

教师活动

引入新课

（确定课题）

学生活动

回答：

1、物体运动状态改变快慢用加速度来描述；加速点评

让学生观看录像和动画，使学生对物体运动状态的改变有一个感性认识，由此创设情

播放有关物体运动的录像和图片。

提问：

1、物体运动状态改变快慢用什么物理量来描述，物体运动状态改变与何因素有关？关系是什么？

2、刚才的回答只是定性说明了加速度与力和质量的关系，它们的关系到底是正比和反比关系还是一次函数或二次函数关系呢？本节课我们就通过实验来探究这一关系。

新课教学

（设计实验方案）

1、根据加速度与物体质量及物体受力的关系，我们很容易猜想它们之间可能是正比或反比的关系，那么我们如何来证实自己的猜想是否正确呢？

2、那么我们应该通过实验来测定那些物理量呢？

3、我们知道质量可以用天平进行测量，力

可以用弹簧秤测量，那么加速度怎么来测定呢？

4、请大家回想前面学过的与加速度有关的各种公式，看看能不能发现测定加速度办法。

5、我们可以发现前面三个公式都要涉及到速度，而要测量速度也比较困难，后面两个公式只要测定位移和时间就可以了，位移可以用直尺测量，时间可以用秒表或打点计时器测量，我们先看公式，请问这个公式在什么时候成立呢？当满足什么条件时，加速度和位移成正比关系？

6、而利用公式我们可以来判断一度与物体质量及物体受力有关，关系是：物体受力越大，物体加速度越大；物体质量越大，物体加速度越小．

景，引出课题。

讨论、回答：

1、可以通过实验来验证。

2、加速度，质量和力三个量。

3、用打点计时器进行测定加速度。

4、与加速度有关的公式有：

个物体是不是做的匀加速运动，判断的条件是什么？

7、现在我们还不清楚物体在力的作用下到底做什引导学生进行猜想影响加速度的因素，确定需要研究的物理量，将问题量化。

根据已经学过的知识来确定实验原理，可以使学生体会如何将所学的知识指导实践，加深对知识的理解。

5、是初速度为零的匀加速运动的位 移公式。当运动时间相同时,两个物体的位移和加 速度成正比。

么样的运动，所以我们选用来测定加速度应该更为科学，那么以前我们在实验中用打点计时器测定加速度时用的公式是什么呢？

8、请大家设计一个用打点计时器探究加速度与力和质量的关系的实验原理图。

7、该实验装置中，水平方向是不是只受到钩码的拉力作用？还有没有其他力？这个力对实验有没有影响？如何消除这一影响呢？

8、我们可以利用斜面，让重力的下滑分力来抵消摩擦力的影响。这样物体的加速度就完全由拉力来产生了。

9、那么怎样才能确定重力的下滑分力已经把摩擦力的影响抵消了呢？

6、△S是常数，则物体就做匀加速运动。

通过引导学生对影响实验的各种因素进行分析，让学生进一步体会所学的知识的实践意义，培养他们的创新能力。

7、还受到摩擦力的作用，对实验有影响。

9、当小车在斜面上能够匀速下滑时就说明已经抵消了。

学生讨论，回答：

分别研究比较好，同时改变的话，无法确定加速度的改变是由哪个量变化引起的。

1、研究加速度跟力的关系

实验步骤：（学生设计）

（1）摆放好实验装置，调整倒小车能在斜面上匀速下滑。用弹簧秤测出沙桶重力F计入表格，将车拉到打点计时器附近。

在老师的指导下，学生通过讨论，确定实验的研究方法——控制变量法。

让学生自己设计实验步骤，并互相交流，从中确定最佳实验方案，制作记录实验数据的表格，和数据处理的方法。培养他们的实验能力，为以后进行实验探究打下基础。

（设计实验步骤）

1、我们现在要研究加速度与力和质量三者的关系，如何进行研究比较好？为什么？

2、这种方法在科学研究中称为控制变量法，所以我们可以先保持小车质量不变研究加速度跟力的关系，再保持力不变研究加速度跟小车质量的关系，请大家按照这个思路设计实验步骤和实验数据记录表。

（2）打开打点计时器电源，释放小车，得到纸带，并在纸带上计下沙桶的重量。

（3）改变沙的质量，重复以上的步骤4次。

（4）分别在纸带上定下7个清晰的点，用尺量出相邻点之间的距离填入表格。

加拉次速S1

S2

S3

S4

S5

S6

力数

度F

a

1

…

…

…

…

…

…

…

…

…

2、研究加速度跟质量的关系：

实验步骤：（学生设计）

（1）保持沙桶质量不变。用天平测出小车质量m计入表格，将车拉到打点计时器附近。

（2）打开打点计时器电源，释放小车，得到纸带，并在纸带上计下车的质量。

（3）在车上放砝码改变车的质量，重复2~3的步骤4次。

（4）分别在纸带上定下7个清晰的点，用尺量出相邻点之间的距离计入表格。

次车加S1

S2

S3

S4

S5

S6

数

质速量

度a

1

（实验探究）

指导学生安装实验装置，进行实验。

为节省时间，所以我们共同完成这个实验：每各小组协作完成实验。

在学生进行实验时，老师应该进行必要的指导，让每个学生都有动手的机会。

…

…

…

…

…

…

…

…

…

2组共同完成一个表格数据的测量，每个组测量三组数据。

（数据处理）

为了提高效率，我们采用计算机处理数据，下面以“探究加速度与力的关系”测得的数据为例，介绍用Excel软件处理实验数据的方法。（投影演示）

打开电脑中的Excel软件，将实验中测得的数据输入电脑。在Excel中的“加速度”一列中第一个空格输入：“=(G2+H2+I2-(D2+E2+F2))/(9*0.04)”后回车，则在C2格中就出现了加速度的值。然后将鼠标选中C2格并移到右下脚当光标变为实心的十字架时按下鼠标左键向下拖动，即可算出其他的加速度值。

从这些加速度的数值上还是无法确定加速度与力的关系，因为单有数值还不直观，根据这些数据如何才能比较直观的确定加速度与相关物理量的关系？

现在利用计算机可以很方便的作出加速度与拉力之间的关系图，下面介绍用Excel软件作图的方法。

1、在Excel中选中需要作图的数据区域，单击“插入”菜单中的“图表”。

2、在跳出的对话框中选中“XY散点图”，单击“下一步”进入“步骤二”，再单击“下一步”进入“步骤三”。

3、在“步骤三”中完成对图表标题，坐标轴的标题等的设置，单击“完成”就生成了实验数据的分布图。

4、选中图中的数据点，在右键菜单中选择“添加趋势线”，在对话框中的“类型”项选中“线性”，在“选项”项中勾选“显示公式”和“显示R平方学生跟着教师的操作，输入数据并计算出加速度的值。

学生讨论回答

最好有方程或图线，用图象来寻找关系比较直观和简单。

学生跟着教师的演示进行操作，作出图线。

利用计算机处理实验数据要求学生有一定的计算机操作能力，如果学生以前对计算机接触较少，可以在课前进行相关的培训。

利用计算机处理数据，可以极大的提高数据处理的效率，而且可以方便地作出图线，并模拟出方程，确定各个量之间的关系。

培养学生利用计算机处理数据的能力，也有利于学生今后独立进行探究实验。

根据方程得出加速度与力的关系。

并独立操作，完成加速度与质量关系的图象和方程。

画出 “a—1/m”的图线，进一步确定a与m的关系。

值”两项，单击“确定”按钮。

5、图中的散点之间就被画上了直线，在图线旁边有直线的方程，R2值越接近1说明数据点与图线的吻合程度越好，方程所描述的关系就越能反映实际情况。

让学生按照这一方法画出“a—m”图线，老师在教室巡视，及时指导学生画图，学生画好图线后发现在添加趋势线后如果仍然用“线性”，R2的值偏离1较大，而且很多点也不在直线上。

这说明“a—m”的关系不一定是线性的，可以在图线上右击选中“趋势线格式”，打开对话框“类型”，改选“乘幂”后“确定”，发现图线变成了曲线，方程变为了幂函数形式，指数接近-1，R2的值非常接近1，因此可以确定a与m成反比关系。

为了进一步熟练数据处理的方法和软件，可以让学生用刚才的方法画出 “a—1/m”的图线，进一步确定a与m的关系。

小结并布置作业。