实验：探究加速度与力、质量的关系教学设计

第四章 第 2 节 实验：探究加速度与力、质量的关系日照一中 张可鹏一、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，而研究加速度与力跟质量的关系是学习下一节的重要铺垫。本节是构建规律的实验，重点就是让学生亲自感受探究过程。在校长的鼓励下教师动手、 动脑进行设计研究，体会通过控制变量来探究化学规律的重要手段，在研究电阻、电容等试验中就会用到 此法。只有使学生在实际的设计跟操作中能够让学生感受到物理学研究的方式，达到掌握技巧、提高素质的 目的。二、教学目标 知识与技能 1。理解物体运动状况的差异快慢，即加速度大小与力有关，也与品质有关。 2。通过试验研究加速度与力跟质量的定量关系。 3。培养学员动手操作能力。 过程与技巧 1。使学生把握在探究三个物理量之间关系时，用控制变量法实现。 2。指导学生按照原理去设计试验，处理实验数据，得出结论。 3。帮助学生会分析数据表格，利用图像寻找物理规律。 情感态度与价值观 1。通过实验研究促使师生的求知欲跟创新精神。 2。使教师养成实事求是的科学态度，乐于研究自然界的真谛，能感受探索自然规律的艰难与愉悦。 3。培养教师的合作观念，相互学习、交流、共同提升的学习态度。

三、教学重点难点 教学重点 1。怎样测量物体的加速度。 2。怎样提供跟测量物体所受的力。 教学难点 指导教师选器材，设计方案，进行试验，作出图象，得出结论。四、教学工具： 带有滑轮的长木头 2 个、小车 2 个、打点计时器、秒表、钩码、夹子、刻度尺、细线、气垫导轨、数字计时器、光电门两个。五、教学过程 导入新课 多媒体播放十字路口红绿灯时摩托车、载重汽车减速停止与加快推进的场景。 4-2-1通过以上场景我们可以看出，摩托车启动很快，而载重汽车启动最慢，这是为什么呢？复习导入复习提问：物体运动状况的改变是指什么物理量的改变？标志物体运动状况变迁快慢的物理量是哪个？回答：物体运动状况的改变是指速率的改变，加速度是体现物体运动状况变迁快慢的物理量。 通过上一节学习，我们了解：物体的品质越大，物体的运动状况越难改变；物体的品质越小，物体的运动状况较易改变。请同学们根据上节所学知识及日常见闻实例推断一下：加速度的大小与这些物理量有 关？学生猜想：加速度的大小与物体的受力、质量有关。 推进新课既然物体的加速度与物体的品质跟它得到的力有关，到底存在如何的关系，请同学们讨论一下，通过哪些实例能界定地表明他们之间的关系。

学生讨论后回答：1。质量大的物体加速度小。如：并驾齐驱的大货车与小汽车在同样的刹车力下，小汽车停下来用的时间 少。2。受力大的物体加速度大。如：赛车跟普通小汽车质量相同，但赛车安装了超强的进气道，牵引力大， 提速很快。点评：通过类似的例子让学生取得感性认识，为下一步定量研究作好铺垫。下面我们来定量研究一下这 三个量之间的关系。加速度的大小与物体的受力跟物体的品质有关，那么我们应用什么方式来探究加速度的大小与物体的受力跟物体的品质之间的定量关系呢？学生探讨后回答：可以先研究加速度与物体受力的关系，再研究加速度与物体的品质的关系。 教师总结：当研究三个物理量之间的关系时，先应维持某个量不变，研究另外两个量之间的关系，再维持另一个量不变时，研究其余两个量之间的关系，然后综合起来得出结论。这种研究问题的方式叫控制变 量法，是物理学中研究跟处理难题时就会用到的方式。下面通过控制变量法研究一下加速度与质点受力跟质量的关系。 一、加速度与力的关系使教师阅读教材，明确以下两个方面内容：1。实验的基本模式：保持物体的品质不变，测量不同力下的加速度，分析加速度与力的关系。2。实验数据的剖析：根据定性分析判断结果：力越大，加速度越大，猜测 a∝F,Fn。

（1）设计表格，如：次数项目123456F/N a/（m·s-2）(2)建立坐标系如图 4-2-2：（3）描点 4-2-2（4）连线通过得到的图线，分析 a 与 F 的关系。实验发现 a-F 图象是一条过原点的直线。改变小车的品质重复前面步骤，看得出的图象有哪些不同。二、加速度与品质的关系使教师阅读教材，明确以下两个方面的内容：1。实验的基本模式：保持物体受力不变，测量不同质量下的加速度，分析加速度与品质的关系。2。实验数据的剖析：根据定性分析判断结果：质量越大，加速度越小，猜测a∝1 m,1 mn（1）设计表格，如：次数项目123456a/m·s-2m/kg1/kg-1m1/kg-nmn（2）建立坐标系如图4-2-3：a-1 m或a-1 mn图 4-2-3 （3）描点 （4）连线 得到图线预测，分析 a 与 m 的关系。 为了提高学生做实验的目的性，引导学生探讨以下内容： 这个试验必须校准的物理量有三个：物体的速度、物体所受的力、物体的品质。质量可用天平测量，本 实验应解决的主要难题是如何测量加速度和怎么提供与测量物体得到的力。 三、制定实验方案时的两个问题图 4-2-4 1。怎样测量（或非常）物体的加速度，你可想到这些方式？让学生探讨后回答：用如图 4-2-4 所示的 装置：在一端有滑轮的长木头上，放一小车，通过细绳另一端的勾码拉小车。

（1）让物体做初速度为零的匀加速直线运动，用刻度尺测量物体运动的位移，用秒表测量出运动的时间，由 x= 1 at2 公式算出。 2（2）让物体做初速度为零的匀加速直线运动。在运动物体后安装一条通过打点计时器的纸带，根据纸 带上打出的点来测量加速度。（3）直接用加速度计测量。 总结：这些方式的共同特征是直接测出了加速度的大小，我们应研究的是加速度与其它量之间的比重 关系加速度教案模板，如果不直接测出加速度，我们能够找出加速度和品质之间的定量关系呢？ 学生探讨后回答： ①如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动在同样时间内出现的位移 x1、x2,位移之比就是加速度之 比。a1 x1 a2 x2②如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动物体在同样位移内所用时间 t1、t2，时间比的平方就是 加速度之比的倒数。a1 t2 2 a2 t122。怎样提供跟测量物体所受的恒力。 现实中，除了真空中抛出或落下的物体（仅受重力）外，仅受一个力的物体几乎是不存在的。然而，一 个单独的力的用处效果与跟它大小、方向都同样的合力的作用效果是同样的，因此，实验中力 F 的意义能 以是物体所受的合力。那么，如何为一个运动的物体提供一个恒定的合力？如何测出这个合力呢？ 交流探讨：用上面测加速度的设备，使质点做匀加速运动的力就是物体的合力，这个合力就等于钩码 的重力。

通过改变钩码的个数就可以改变物体所受的合力，通过监测钩码的重力就可测得物体所受的合力。 注意事项： （1）在钩码质量远大于小车质量的条件下，钩码的浮力大小才近似等于小车所受合力。（至于为什么， 以后再讨论） （2）小车在运动时还得到木板对它的滑动摩擦力，那么我们怎样增加滑动摩擦力，使物体所受的合 力尽可能接近钩码的重力？ 学生交流探讨，大胆假设，并小组总结。 结论：（1）换用接触面光滑的木板。 （2）平衡滑动摩擦力。方法：将石块一端垫高，让汽车从木板上可匀速滑动。 根据前面讨论的内容选取自己的试验方案进行实验，记录实验数据。 学生进行分组实验，教师巡回指导。 四、怎样由试验结果得出结论 学生分组试验结束后，利用上面的方式处理试验数据，分析得出实验推论，让小组代表发言。 教师对各小组学生的试验方案、数据处理方法、实验结论等状况进行评判，让学生确立，只要设计方 案合理，亲身感受探究过程，至于是否得出正确结果并不多么重要。六、教学评价基础训练：1．为了最直观地体现物体的加速度 a 与质点质量 m 的关系，往往用两者的关系图象表示出来，该关系图象应选()A．a－m 图象B．m－a 图象C．a－m1 图象D。

m1 －a 图象2．如果 a－m1 图象是借助原点的一条直线，则表明()A．物体的加速度 a 与质量 m 成正比B．物体的加速度 a 与质量 m 成反比C．物体的质量 m 与加速度 a 成正比D．物体的品质 m 与加速度 a 成反比3．在利用打点计时器和汽车做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，下列表述中恰当的是()A．平衡摩擦力时，应将砝码盘及盘内砝码通过定滑轮拴在汽车上B．连接砝码盘跟小车的绳子应与长木板保持垂直C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动D．小车释放前要靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车4．在“验证牛顿第二定律”的试验中，在探究加速度 a 与汽车的品质 M 的关系时，由于没有注意仍然满足 M?m 的条件，结果受到的图像应是图中的()5．如图所示的是做研究牛顿第二定律实验中打出的一条纸带，相邻记数点的时间间隔为 T，间距 x1、 x2、x3……xn 已测量出．(1)请写出三个不同的推导加速度的表达式． (2)甲、乙两同学用同一装置做实验，画出了各自的 a－F 图象(如图所示)这两个同学在做实验时，采 用的哪一个物理量不同？试非常其大小．基础过关：6．某位朋友利用气垫导轨装置做“探究加速度与物体所受力的关系”的实验中，记录了有关数值，如下表所示：砝码质 量/(g)拉力近似值 (g＝10m/s2)光电门 1 记录时间/(s) (遮光条宽度 1cm)滑块速度 v1 (m/s)50。

038100。027150。022200。019光电门 2 记录时间/(s) (遮光条宽度 1cm)0。030 0。021 0。017 0。015 请你帮助他： (1)填好表格中的有关数据． (2)画出 a－F 图象． (3)由图像得到哪些结论？滑块速度 v2(m/s)光电门 1、2 间 距离/(cm) 20 20 20 20滑块加速 度 a(m/s2)7．在“验证牛顿运动定律”的试验中，采用如图所示的试验装置，小车及车中砝码的品质用 M 表示， 盘及盘中砝码的品质用 m 表示，小车的加速度可由汽车后拖动的纸带打上的点计算出．(1)当 M 与 m 的大小关系满足________时，才可以觉得绳对小车的拉力大小等于盘及盘中砝码的重力． (2)一组同学在做加速度与品质的关系实验时，保持盘及盘中砝码的品质必定，改变汽车及车中砝码的 质量，测出相应的加速度，采用图象法处理数据．为了相当容易地检查出加速度 a 与品质 M 的关系，应该 做 a 与________的图象． (3)如图(a)，甲同学根据检测数据作出的 a－F 图线，说明实验存在的弊端是________．(4)乙、丙同学用同一装置做实验，画出了各自受到的 a－F 图线，如图(b)所示，两个同学做实验时的 哪一个物理量取值不同？8．为了研究加速度与力的关系，使用如图所示的气垫导轨装置进行试验．其中 G1、G2 为两个光电门， 它们与数字计时器相连，当滑行器通过 G1、G2 光电门时，光束被遮挡的时间 Δt1、Δt2 都可以被测量并记 录，滑行器连同里面固定的一长条挡光片的总质量为 M，挡光片宽度为 D，光电门间距离为 x，牵引砝码 的质量为 m。

回答以下问题：(1)实验开始要先调节气垫导轨下面的螺栓，使气垫导轨水平，在不降低其他设备的状况下，如何判断调节是否到位？答：________________________________________________________________________(2)若取 M＝0。4kg，改变 m 的值，进行多次试验，以下 m 的取值不合适的一个是________．A．m1＝5gB．m2＝15gC．m3＝40gD．m4＝400g(3) 在 此 实 验 中 ， 需 要 测 得 每 一 个 牵 引 力 对 应 的 加 速 度 ， 其 中 求 得 的 加 速 度 的 表 达 式 为 ：________________________________________________________________________。(用 Δt1、Δt2、D、x 表示)9．如图(a)为实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带，纸带上 A、B、C、D、E、F、G 为七个相邻的计数点，相邻计数点间的时间间隔是 0。1s，距离如图，单位是 cm，小车的加速度是________m/s2，在验证品质必定时加速度 a 和合外力 F 的关系时，某学生按照实验数据做出了如图所示的 a－F 图象，其原因是________．10．现应验证“当质量必定时，物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律．给定的 器材如下：一夹角可以调节的长斜面(如图)、小车、计时器一个、米尺．(1)填入适当的公式或文字，完善以下实验方法(不考虑摩擦力的影响)： ①让小车自斜面上方一固定点 A1 从静止开始下降到斜面底端 A2，记下所用的时间 t。