高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系教学设计及反思

第四章   运动和力的关系

4.2 实验:探究加速度与力 质量的关系

牛顿第二定律是在实验基础上建立起来的重要规律，它是动力学的核心规律，也是学习其它动力学规律的基础。“通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系，理解牛顿第二定律。”本条目要求学生通过实验，探究加速度、质量、力三者的关系，强调让学生经历实验探究过程。

在教材的编排上本节探讨加速度相关因素入手，学生设计探究实验，对现象进行分析归纳，最后总结出加速度与力、质量的关系，这样的编排符合学生的认知规律.

【物理观念】树立相互作用观念，通过实验探究加速度与力和质量的定量关系；

【科学思维】让学生感悟控制变量法、图象法等科学研究方法的应用；

【科学探究】对实验数据进行处理，看一下实验结果能验证什么问题；

【科学态度与责任】通过实验，培养学生实事求是、尊重客观规律的科学态度。

【教学重点】

1．控制变量法的使用．

2．如何提出实验方案并使实验方案合理可行．

3．实验数据的分析与处理．

【教学难点】

1．如何提出实验方案并使实验方案合理可行．

2．实验数据的分析与处理．

PPT

加速度的大小与物体受力的大小，物体的质量有关，如何研究这三个变量之间的关系呢？

用控制变量法研究a、F、m三者之间的关系，先保持物体的质量m不变，研究加速度a与受 力F的关系，再保持受力F不变，研究加速度a与物体的质量m的关系，最后把研究的结果综合起来，即可得物体的加速度a与物体所受外 力F，物体的质量m三个量之间的关系。

1.怎样测量物体的加速度？

2.物体的质量用什么测量？

3.怎样给小车提供一个恒定的合力？

参考方案一：用打点计时器探究

平衡摩擦力：

三、【实验器材】

打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小盘和砝码，细绳，低压交流电源，导线，天平，刻度尺．

三、实验步骤

1.用天平测出小车和砝码的总质量M,小盘和砝码的总质量m,把数值记录下来.

2.按如图所示把实验器材安装好,只是不把悬挂小盘的细绳系在车上,即不给小车施加牵引力.

3.平衡摩擦力:在长木板不带定滑轮的一端下面垫一块木板.反复移动木板的位置,直至小车在斜面上运动时可以保持匀速直线运动状态.这时,小车拖着纸带运动时受到的摩擦阻力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力平衡.

4.把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘,先接通电源再放开小车,打点计时器在纸带上打下一系列的点,打完点后切断电源,取下纸带,在纸带上标上纸带号码。

5.保持小车和砝码的质量不变,在小盘里放入适量的砝码,把小盘和砝码的总质量m′记录下来,重复步骤4.在小桶内再放入适量砝码,记录下小盘和砝码的总质量m″,再重复步骤4.

6.重复步骤5两次,得到三条纸带.

7.在每条纸带上都选取一段比较理想的部分,标明计数点,测量计数点间的距离,算出每条纸带上的加速度的值.

8.用纵坐标表示加速度a,横坐标表示作用力F,作用力的大小F等于小盘和砝码的总重力,根据实验结果在坐标平面上画出相应的点,如果这些点是在一条过原点的直线上,便证明了加速度与作用力成正比.

9.保持小盘和砝码的质量不变,在小车上加砝码,重复上面的实验,用纵坐标表示加速度a,横坐标表示小车和砝码总质量的倒数,根据实验结果在坐标平面上画出相应的点.如果这些点是在一条过原点的直线上,就证明了加速度与质量成反比.

四、数据处理：

1、探究加速度与合外力的关系

实验基本思路：保持物体的质量不变，测量物体在不同的合力作用下物体的加速度，分析加速度与合外力的关系。

2、加速度与质量的关系

实验的基本思路：保持物体所受的合外力相同，测量不同质量的物体在该力的作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。

注意事项

1.一定要做好平衡摩擦力的工作,也就是调出一个合适的斜面,使小车的重力沿着斜面方向的分力正好平衡小车受的摩擦阻力.在平衡摩擦力时,不要把悬挂小盘的细线系在小车上,即不要给小车加任何牵引力,并要让小车拖着打点的纸带运动.

2.实验步骤2、3不需要重复,即整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力.

3.每条纸带必须在满足小车与车上所加砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量的条件下打出.只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力.

4.改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,再放开小车,且应在小车到达滑轮前按住小车.

5.作图象时,要使尽可能多的点分布在所作直线上,直线外的点应尽可能对称分布在所作直线两侧.

6.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,坐标点间距不至于过密,误差会小些.

实验探究（方案二）

实验器材：小车、一端带滑轮的长木板、粗线、砝码、小盘、天平、刻度尺、宽口夹子。

实验原理:

在实验中，我们可以根据两个小车的运动时间相同，结合运动学公式,得到加速度的比值等于运动位移的比值，在实验中我们就可以不必求出加速度而是直接求位移的比就可以表示加速度的比值关系，从而使实验数据的处理变得简单，直观。

保持物体的质量不变，测量物体在不同的力作用下的加速度，分析加速度与力的关系

思考：

为什么x2 /x1可以表示小车2的a？

为什么F2 / F1可以表示小车2的F?

保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系

思考：

为什么x2 /x1可以表示小车2的a？

为什么M2 / M1可以表示小车2的M?

为什么M2 / M1又表示小车2的1/M?

教师是探究的主导，学生是主体，教师引导学生设计探究方案，学生自主操作，得出结论。采用实验法、探究法和讨论法等教学方法，引导学生自主学习、合作学习。