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1、实验：探究加速度与力、质量的关系实验：探究加速度与力、质量的关系 教学目标教学目标 一、知识与技能一、知识与技能 1. 学会通过实验探究物体加速度与力、质量的关系。 2. 在实验中掌握打点计时器的用法。 3. 对自己的实验结果进行归纳分析。 二、过程与方法二、过程与方法 1. 根据所学知识及日常经验初步分析 a、F、m 三个物理量间的关系（定性分析） 。 2. 采用控制变量的方法，通过实验对 a、F、m 三个物理量间的数量关系进行定量研究。运用列表法 及图象法处理数据。根据实验数据，归纳、推理实验结论（定量分析） 。 三、情感、态度与价值观三、情感、态度与价值观 1. 通过实验探究激发学生的求
2、知欲和创新精神。 2. 学会与他人合作、交流，具有团队意识和团队精神。 教学重点、难点教学重点、难点 教学重点教学重点 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. 实验数据的分析和处理。 教学难点教学难点 1. 控制变量法的使用。 2. 误差来源分析。 教学方法教学方法 学生分组实验、实验探究、分析推理、讨论归纳。 教学准备教学准备 1.附有定滑轮的长木板 11 块、小车 11 辆（规格 187g） 、带小钩的细线 11 条、钩码若干、刻度尺。 2.12m 粗线绳若干、打点计时器、学生电源、投影仪、多媒体课件。 教学过程教学过程 一、导入新课一、导入新课 复
3、习提问：物体运动状态的改变是指哪个物理量的改变？标志物体运动状态变化快慢的物理量是什 么？ 回答：物体运动状态的改变是指速度的改变，加速度是反映物体运动状态变化快慢的物理量。 通过上一节学习，我们知道：物体的质量越大，物体的运动状态越难改变；物体的质量越小，物体的 运动状态较易改变。请同学们根据上节所学知识及日常见闻实例猜测一下：加速度的大小与哪些物理量有 关？ 学生猜想：加速度的大小与物体的受力、质量有关。 二、进行新课二、进行新课 （一）导入新课（一）导入新课 情景导入 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速启动的画面。 图 4-2-1 通过以上画面我们可以看出，摩托车启
4、动很快，而载重汽车启动很慢，这是为什么呢？ 通过上一节学习，我们知道：物体的质量越大，物体的运动状态越难改变；物体的质量越小，物体的 运动状态较易改变。请同学们根据上节所学知识及日常见闻实例猜测一下：加速度的大小与哪些物理量有 关？ 学生猜想：加速度的大小与物体的受力、质量有关。 （二）实验准备（二）实验准备 1. 实验器材实验器材 小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平。 教师引导：本节课我们探究的内容是加速度与力、质量的关系，那实验中肯定要测量计算加速度、质 量、合外力这三个物理量。 教师提问：对于物体运动的加速度的测量计算，哪位同学有好的思路建议？ 学
5、生回答：可以跟前面测量匀变速直线运动加速度一样用打点计时器。 教师提问：本节探究实验我们就是采用打点计时器来测量计算小车的加速度。对于小车质量的测量， 我想大家应该知道用什么样的测量仪器吧？ 学生回答：用天平！ 教师引导：现在我们已经解决了两个物理量的测量计算。那还有最后一个，就是如何测量计算小车所 受的合外力，这是今天这节课的一个重点，也是一个难点。 在思考如何测量物体所受的合外力前我们先思考如何才能给小车提供一个恒定的合外力。大家可以根 据老师给你们的实验仪器来思考回答这个问题。 学生回答：把附有滑轮的长木板平放在水平实验桌上，将细绳一端与小车相连，一端绕过滑轮，下面 挂上钩码。小车在钩码
6、的牵引力下运动。通过增减钩码数改变小车的受力；通过往小车上增减砝码改变小 车的质量。 教师评价：这位同学回答得非常好，非常全面。通过增减钩码数改变小车的受力，那我们如何来测量 小车所受的合外力呢？是不是钩码的重力就是小车所受的合外力呢？ 学生回答：小车受四个力，重力、支持力、摩擦力、绳子的拉力。重力和支持力相互抵消，物体的合 外力就等于绳子的拉力减去摩擦力。小车所受的合外力不是钩码的重力。 教师提问：那看起来比较麻烦，还要再去计算摩擦力，算摩擦力时又要 和压力 N。总之这样要得到 合外力的实验数据太麻烦困难了。能不能有好一点的解决方法呢？这里主要是摩擦力惹的麻烦，有没有办 法把摩擦力的影响给消
7、除了呢？ 学生回答：不可能吧？物体在现实中不可能不受摩擦力！ 教师引导：我们虽然不能消除摩擦力，但我们可以消除摩擦力的作用效果，通过前面的学习中我们已 经了解到，一对平衡力的作用效果是可以相互抵消的，我们能不能用一个与摩擦力平衡的力来抵消摩擦力 的作用效果呢，使摩擦力有等于没有。 2. 学生思考学生思考 教师提问：其实答案我早就给你们了，大家还记得这样一道题吗？ 如图 4-2-2 所示，一个木块正在倾角为 的三角斜面上匀速下滑，试求斜面的动摩擦因数。 N Gcos Gsin G 图 4-2-2 解：因为匀速，所以合外力为 0。物体受重力 G、支持力 N、摩擦力 f。这三个力的合力为 0。如何利
8、 用这个关系呢？我们可以将重力分解，分解后则有 ，又，c co os sm mg gN N s si in nm mg gN N 所以：，得，所以动摩擦因数为。s si in ng gc co os sm mg gm m s si in n t ta an n c co os s t ta an n 教师提问：如果此时给物体加上一个沿斜面向下的力 F，那物体现在受到的合外力是多少？ 学生回答：加了一个力以后刚才的那三个力都没有变，所以它们的合力还是 0，再加上一个力 F，所 以物体现在的合力是 F。 3. 平衡摩擦力平衡摩擦力 我们将长木板倾斜一定角度，应该等于，此时物体在斜面上受到的合外力为
9、 0。做实验 a ar rc ct ta an n 时肯定无法这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点来判 断） ，这就说明此时物体合外力为 0，摩擦力被重力的沿斜面向下的分力（下滑力）给抵消了。由于小车的 重力 G、支持力 N、摩擦力 f 相互抵消，那小车实验中受到的合外力就是绳子的拉力了。 教师提问：那如何来测量绳子的拉力呢？ 学生回答：看钩码的重力就行了，钩码的重力不就是绳子的拉力吗？ 教师提问：是吗？那请同学们先回答我一个问题：什么情况下绳子的拉力等于钩码的重力？或当绳子 拉力等于钩码重力时，钩码做的是什么运动？ 学生回答：当绳子拉力等于钩码重力时
10、，钩码做的是匀速直线运动或静止。 教师提问：实验钩码做的是匀速直线运动吗？ 学生回答：不是！钩码与小车一样做匀加速直线运动，绳子的拉力应该小于钩码的重力。 教师提问 ： 那怎么办呢？理论计算发现当砝码质量比小车质量小得多时（1/6） ，绳子的拉力近似等于 砝码的重力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。这个结论在我们学完本章之后自己就可以证明。 （三）进行实验探究（三）进行实验探究 第一种方案第一种方案 F a O 1.实验装置 如图 4-2-3 所示。 图 4-2-3 2.探究加速度与力的关系 （1）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
11、力的关系。 （2）实验数据的记录处理：设计一个表格，把同一物体在不同的力的作用下的加速度填在表中。为 了更直观地判断加速度 a 与合力 F 的数量关系，我们以 a 为纵坐标，F 为横坐标，根据各组数据在图 4-2-4 坐标系中描点。如果这些点在一条过原点的直线上，说明 a 与 F 成正比，如果不是这样，则需要进一步分 析。 实验数据实验数据 实验次数实验次数 aF 第一次第一次 第二次第二次 第三次第三次 3.探究加速度与质量的关系 （1）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。 （2）实验数据记录处理：设计第二个表格，把不
12、同物体在相同力的作用下的加速度填在表中。根据 我们的经验， 在相同 力的作用下， 质量 m 越大， 加速度 a 越小。 这可能是“a与m成反比”， 但也可能是 “a 与 m2成反比”，甚至更复杂的关系。我们从最简 单的情况入手，检验是否 “a 与 m 成反比”。 按照初中的知识，检查 a 与 m 图象是不是双曲线， 就能判 图 4-2-4 1/m a O 断它们之间是不是反比例关系， 但检查这条曲线是不是双曲线并不容易。首先，你并不知道这条曲线延长 下去是否会与坐标轴相交 ； 其次，你并不知道是与 m 成反比还是与 m2成反比。 是否成反比不容易看出来，但是否成正比还是比较容易看的，只要图象是
13、一条过原点的直线，那两个 变量就是成正比。所以在数据处理时我们用下面的技巧 ： “a 与 m 成反比”也就是“a 与 m m 1 1 成正比”，如果以 a 为纵坐标，以 m m 1 1 为横坐标，在图 4-2-5 坐标系中作出图象，根据图象是不是过原点的直线就可以判断 a 与 m 是不是成反比。要不是再用 2 2 1 1 m m 来试。 实验数据实验数据 实验次数实验次数 am m m 1 1 第一次第一次 第二次第二次 第三次第三次 第二种方案第二种方案 （1）诀窍：其实在这个实验中也可以不测加速度的具体数值，因为我们探究的是加速度与合外力、 质量之间的比例关系。 探究加速度与合外力关系时，
14、只要保持质量不变，改变钩码个数，得到两次实验的钩码重力之比， 再通过纸带得出两次加速度之比，看钩码重力之比是不是等于加速度之比，如果是，说明加速度与合外力 成正比。 探究加速度与质量关系时，保证钩码数量不变即合外力不变， 改变质量，得到两次质量之比，再通过纸带得到两次加速度之比， 看加速度之比是不是等于质量之反比，如果是，说明加速度与质量 成反比。 教师提问：在不需要计算出具体加速度数值的情况下如何从纸 带上计算两次加速度之比呢？ 学生回答：如果能让两次实验的时间相同，则根据初速度为 0 的匀加速直线运动，在相同时间内的位 移之比等于加速度之比。 2 2 1 11 1 2 2 1 1 t ta
15、 as s ， 2 2 2 22 2 2 2 1 1 t ta as s ， 2 2 1 1 2 2 1 1 a a a a s s s s 。 教师引导：这位同学设想得很好，怎样才能让两次实验的时间相同呢？我给大家提供一种方案（教材 P73 参考案例一） 。 （2）实验数据处理 图 4-2-5 加速度与力的关系 加速度与质量的关系 次数 2 1 2 1 a a x x 2 1 m m 1 2 m m 1 2 3 4 带领学生观看视频文件。 （四）实验结论（四）实验结论 怎样由实验结果得出结论？ 在这个实验中，我们根据日常经验和观察到的事实，首先猜想物体的加速度与它所受的合外力及它的 质量有最
16、简单的关系，即与合外力成正比，与质量成反比。F Fa a ， m m a a 1 1 。如果这个猜想正确，那么 根据实验数据以 a 为纵坐标、以 F 为横坐标，和以 a 为纵坐标、以 m m 1 1 为横坐标作出的图象，都应该是经 过原点的一条直线。但实际情况往往不是这样：描出的点有些离散，并不是严格地位于某条直线上；用来 拟合这些点的直线并非准确地通过原点。 这时我们会想，自然规律真的是F Fa a 和 m m a a 1 1 吗？如果经过多次实验，图象中的点都十分靠近某 条直线，而这些直线又都十分接近原点，那么实际的规律很可能就是这样的。 可见，到这时为止，我们的结论仍然带有猜想和推断的性
17、质。只有根据这些结论推导出的很多新结果 都与事实一致时，它才能成为“定律”。本节实验只是让我们对于自然规律的探究有所体验，实际上一个规 律的发现不可能是几次简单的测量就能得出的。由此看来，科学前辈们在根据有限的实验事实宣布某个定 律时，既需要谨慎，也需要勇气。 次数 2 1 2 1 a a x x 2 2 1 1 F F F F 1 2 3 4 F1/F2 x1/x2 O m2/m1 x1/x2 O 图 4-2-6 图 4-2-7 （五）课堂训练（五）课堂训练 在水平路面上，一个大人推一辆重车，一个小孩推一辆轻车，各自做匀加速运动（阻力不计） 。甲、 乙两同学在一起议论，甲同学说：大人推力大，
18、小孩推力小，因此重车的加速度大。乙同学说，重车质量 大，轻车质量小，因此轻车的加速度大。你认为他们的说法是否正确？请简述理由。 答：甲、乙两同学的结论和理由都不全面和充分，物体的加速度决定于物体所受的合外力和物体的质 量。大人的推力虽然大，但车的质量也大，因此重车的加速度也不一定就大。小车的质量小，但是小孩的 推力也小，因而轻车的加速度也不一定大。判断谁的加速度大，必须看各自的质量和合外力。 三、课堂小结三、课堂小结 本节我们学习了： 1力是物体产生加速度的原因。 2用控制变量法探究物体的加速度与合外力、质量的关系，设计实验的方法。 3物体的质量一定时，合外力越大，物体的加速度也越大；合外力一定时，物体的质量越大，其加 速度越小，且合外力的方向与加速度的方向始终一致。 4实验数据的处理方法。