2实验：探究加速度与力、质量的关系课件配套优秀公开课教案设计

2　实验：探究加速度与力… 高中物理       人教2003课标版

本班学生学习习惯较好，学习物理的兴趣较浓，基础较好。

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。

3、培养学生动手操作能力

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

 4    指导学生选器材，设计方案，进行实验；实验数据的分析与处理

一、引入新课

教师活动： 

定性讨论：物体质量一定，力不同，物体加速度有什么不同？力大小相同，作用在不同质量物体上，物体加速度有什么不同？

物体运动状态改变快慢取决哪些因素？定性关系如何？

学生活动：学生讨论后回答：第一种情况，受力大的产生加速度大，第二种情况：质量大的产生加速度小。

          学生再思考生活中类似实例加以体会。

说明：    教师还可举日常生活中一些实例，如赛车和普通小汽车质量相仿，但塞车安装了强大的发动机，牵引力巨大，可产生很大加速度。再如并驾齐驱的大货车和小汽车在同样大的制动力作用下，小汽车容易刹车．通过类似实例使学生获得感性认识：加速度大小既与力有关，也与质量有关，为下一步定量研究做好铺垫．

二、进行新课

1、介绍实验方法

师：我们今天来学习一种实验方法。控制变量法

（演示幻灯片）介绍实验方法（用控制变量法）：对a、F、m来说要研究这三者之间的关系，这三个量都改变我们就无法判断一个量变化是因为哪个量变化而引起的。所以，研究在质量不变的前提下，力和加速度的关系：再研究在力不变前提下，质量和加速度的关系，我们把这种方法叫控制变量法。在今后学习中我们会经常用到。

2、物体加速度与它受的力定量关系探究

教师活动：现在我们来探究物体加速度与力、质量的定量关系（用控制变量法）。保持物体的质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，探究加速度与力的定量关系。请同学生跟据老师刚开始所举的日常生活中的实例，猜测一下它们最简单关系。

学生猜测回答：加速度与力可能成正比。

教师活动：如何测量加速度a？需什么器材？请同学样设计方案。

学生回答：第二章我们已探究过小车速度随时间变化规律，可用该实验器材测加速度。小车在钩码牵引下作匀加速运动，利用打出纸带求加速度。

教师活动：现实中，除了在真空中抛体（仅受重力）外，仅受一个力的物体几乎不存在，但一个单独的力作用效果与跟它等大、方向相同的合力作用效果相同，因此实验中力F的含义可以是物体所受的合力。如何为运动物体提供一个恒定合力？如何测？请同学们想办法。

教师引导：可利用前边测加速度的器材，在钩码质量远小于小车质量条件下，钩码重力大小等于对小车拉力（至于为什么以后再讨论），但必须设法使木板光滑，这样小车受的合力就等于钩码重力。但是在具体实验过程中肯定会不可避免受到摩擦力对实验结果造成影响。有什么方法可以进一步减少摩擦呢？请同学们想办法。

教师提示：因为长木板一端不可能光滑，故将长木板略微抬起，用小车的重力平衡掉摩擦力。（注意：“略微抬起”到什么程度，这是一个难点，请同学想办法如何控制）减少摩擦也可以直接使用气垫导轨。

教师对学生设计方案的可行性进行评估，筛选出最佳方案进行实验。 

学生活动：学生思考，设计可行方案测量，也可借鉴教师提供案例进行设计。

教师活动：指导学生分组实验，把小车在不同拉力下的加速度填在设计好的表格中。（也可以让学生参考如下图1）

已知小车质量m

次数

砝码（g）

加速度

1

2

3

4

                 图1

学生活动：学生设计实验步骤，进行分组实验，取得数据。

教师活动：如何直观判断加速度a与F的数量关系？指导学生以a为纵坐标，以F为横坐标建立坐标系，利用图象找规律。利用实物投影展示某同学做的图象，让大家评价。（参考图象如下图2）

(图2)

学生活动：学生在事先发给的坐标纸上描点，画图象，看图象是否是过原点的直线，就能判断a与F是否成正比。

分析研究表格中数据，得出结论。

3、物体的加速度与其质量的定量关系探究

教师活动：保持物体所受力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，探究加速度与质量关系，请同学们用最简单关系猜测一下二者是什么关系？ 

学生猜测回答：加速度与质量可能成反比。

教师活动：保持钩码质量一定，即拉力大小一定，如何改变小车质量？

学生回答：在小车上加砝码。

教师活动：让学生将不同质量的小车的加速度填入设计好的表格中（参考表格如图3），建立a一m坐标系作图象，并分析图象。

已知砝码质量(即力F)

次数

小车（g）

加速度

1

2

3

4

                 图3

学生回答：学生设计实验步骤，进行分组实验，测出不同质量时加速度。在坐标纸上描点，作a－m图象（参考如图4）

(图4)

教师提示：根据a－m图象学生不太容易直接找到a－m的定量关系；可以提示让学生来研究 a与1／m的关系，作a与1／m图象（参考如图5）

（图5）

学生活动：学生在事先发给的坐标纸上描点，画图象，看图象是否是过原点的直线，就能判断a与1/m是否成正比,从而来判断a与m是否成反比。

分析研究表格中数据，得出结论。

说明：由于学生刚开始从事探究实验，缺乏经验，需要教师指导，比如设计方案，利用图象处理数据，学生一无经历，二不习惯，所以宜采用定向探究，逐步使学生走向自由探究。

4、学生交流讨论

  让学生交流心得体会，体验探究过程中的艰辛与喜悦

5、对实验可靠性进行评估

教师活动：如果同学们猜想是正确的，那么根据实验数据，以a为纵坐标，以F横坐标，或以a为纵坐标，1／m为横坐标，作出图象都应该是过原点的直线，但实际描的点并不严格在某直线上，也不一定过原点。若真是a∝F，a∝l／m得需多次实验才能证实。

附录1

实验分析

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。该实验的器材选取、方案设定，因第二章使用过，学生自然会想到用该器材测加速度。但测力有一定困难，还需平衡摩擦。为此可借助气垫导轨避免这一点。另外，测加速度可在气垫导轨上安放两个光电计时门，通过微机辅助系统记录，小车通过两个计时门的时间间隔，测出两计时门间距离，可由 求加速度a，数据完全可由微机处理，甚至a－F，a－1／m图象由微机处理作出，收到事半功倍的效果。

该实验是探索规律的实验，学生对加速度与力和质量的关系的定量关系是未知的，但通过实例，对加速度与力和质量的定性关系是可以理解的。怎样定量研究需在教师指导下，学生动手、动脑进行设计研究，教师只是一个引导者、评判者，只要学生的设计方案合理，亲身体验探究过程，至于能否得出正确结果并不重要。

2　实验：探究加速度与力、质量的关系　

2　实验：探究加速度与力、质量的关系　

一、引入新课

教师活动： 

定性讨论：物体质量一定，力不同，物体加速度有什么不同？力大小相同，作用在不同质量物体上，物体加速度有什么不同？

物体运动状态改变快慢取决哪些因素？定性关系如何？

学生活动：学生讨论后回答：第一种情况，受力大的产生加速度大，第二种情况：质量大的产生加速度小。

          学生再思考生活中类似实例加以体会。

说明：    教师还可举日常生活中一些实例，如赛车和普通小汽车质量相仿，但塞车安装了强大的发动机，牵引力巨大，可产生很大加速度。再如并驾齐驱的大货车和小汽车在同样大的制动力作用下，小汽车容易刹车．通过类似实例使学生获得感性认识：加速度大小既与力有关，也与质量有关，为下一步定量研究做好铺垫．

二、进行新课

1、介绍实验方法

师：我们今天来学习一种实验方法。控制变量法

（演示幻灯片）介绍实验方法（用控制变量法）：对a、F、m来说要研究这三者之间的关系，这三个量都改变我们就无法判断一个量变化是因为哪个量变化而引起的。所以，研究在质量不变的前提下，力和加速度的关系：再研究在力不变前提下，质量和加速度的关系，我们把这种方法叫控制变量法。在今后学习中我们会经常用到。

2、物体加速度与它受的力定量关系探究

教师活动：现在我们来探究物体加速度与力、质量的定量关系（用控制变量法）。保持物体的质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，探究加速度与力的定量关系。请同学生跟据老师刚开始所举的日常生活中的实例，猜测一下它们最简单关系。

学生猜测回答：加速度与力可能成正比。

教师活动：如何测量加速度a？需什么器材？请同学样设计方案。

学生回答：第二章我们已探究过小车速度随时间变化规律，可用该实验器材测加速度。小车在钩码牵引下作匀加速运动，利用打出纸带求加速度。

教师活动：现实中，除了在真空中抛体（仅受重力）外，仅受一个力的物体几乎不存在，但一个单独的力作用效果与跟它等大、方向相同的合力作用效果相同，因此实验中力F的含义可以是物体所受的合力。如何为运动物体提供一个恒定合力？如何测？请同学们想办法。

教师引导：可利用前边测加速度的器材，在钩码质量远小于小车质量条件下，钩码重力大小等于对小车拉力（至于为什么以后再讨论），但必须设法使木板光滑，这样小车受的合力就等于钩码重力。但是在具体实验过程中肯定会不可避免受到摩擦力对实验结果造成影响。有什么方法可以进一步减少摩擦呢？请同学们想办法。

教师提示：因为长木板一端不可能光滑，故将长木板略微抬起，用小车的重力平衡掉摩擦力。（注意：“略微抬起”到什么程度，这是一个难点，请同学想办法如何控制）减少摩擦也可以直接使用气垫导轨。

教师对学生设计方案的可行性进行评估，筛选出最佳方案进行实验。 

学生活动：学生思考，设计可行方案测量，也可借鉴教师提供案例进行设计。

教师活动：指导学生分组实验，把小车在不同拉力下的加速度填在设计好的表格中。（也可以让学生参考如下图1）

已知小车质量m

次数

砝码（g）

加速度

1

2

3

4

                 图1

学生活动：学生设计实验步骤，进行分组实验，取得数据。

教师活动：如何直观判断加速度a与F的数量关系？指导学生以a为纵坐标，以F为横坐标建立坐标系，利用图象找规律。利用实物投影展示某同学做的图象，让大家评价。（参考图象如下图2）

(图2)

学生活动：学生在事先发给的坐标纸上描点，画图象，看图象是否是过原点的直线，就能判断a与F是否成正比。

分析研究表格中数据，得出结论。

3、物体的加速度与其质量的定量关系探究

教师活动：保持物体所受力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，探究加速度与质量关系，请同学们用最简单关系猜测一下二者是什么关系？ 

学生猜测回答：加速度与质量可能成反比。

教师活动：保持钩码质量一定，即拉力大小一定，如何改变小车质量？

学生回答：在小车上加砝码。

教师活动：让学生将不同质量的小车的加速度填入设计好的表格中（参考表格如图3），建立a一m坐标系作图象，并分析图象。

已知砝码质量(即力F)

次数

小车（g）

加速度

1

2

3

4

                 图3

学生回答：学生设计实验步骤，进行分组实验，测出不同质量时加速度。在坐标纸上描点，作a－m图象（参考如图4）

(图4)

教师提示：根据a－m图象学生不太容易直接找到a－m的定量关系；可以提示让学生来研究 a与1／m的关系，作a与1／m图象（参考如图5）

（图5）

学生活动：学生在事先发给的坐标纸上描点，画图象，看图象是否是过原点的直线，就能判断a与1/m是否成正比,从而来判断a与m是否成反比。

分析研究表格中数据，得出结论。

说明：由于学生刚开始从事探究实验，缺乏经验，需要教师指导，比如设计方案，利用图象处理数据，学生一无经历，二不习惯，所以宜采用定向探究，逐步使学生走向自由探究。

4、学生交流讨论

  让学生交流心得体会，体验探究过程中的艰辛与喜悦

5、对实验可靠性进行评估

教师活动：如果同学们猜想是正确的，那么根据实验数据，以a为纵坐标，以F横坐标，或以a为纵坐标，1／m为横坐标，作出图象都应该是过原点的直线，但实际描的点并不严格在某直线上，也不一定过原点。若真是a∝F，a∝l／m得需多次实验才能证实。

附录1

实验分析

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。该实验的器材选取、方案设定，因第二章使用过，学生自然会想到用该器材测加速度。但测力有一定困难，还需平衡摩擦。为此可借助气垫导轨避免这一点。另外，测加速度可在气垫导轨上安放两个光电计时门，通过微机辅助系统记录，小车通过两个计时门的时间间隔，测出两计时门间距离，可由 求加速度a，数据完全可由微机处理，甚至a－F，a－1／m图象由微机处理作出，收到事半功倍的效果。

该实验是探索规律的实验，学生对加速度与力和质量的关系的定量关系是未知的，但通过实例，对加速度与力和质量的定性关系是可以理解的。怎样定量研究需在教师指导下，学生动手、动脑进行设计研究，教师只是一个引导者、评判者，只要学生的设计方案合理，亲身体验探究过程，至于能否得出正确结果并不重要。