2实验：探究加速度与力、质量的关系优质课一等奖

2　实验：探究加速度与力… 高中物理       人教2003课标版

知识与技能

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
在实验中掌握打点计时器的用法
培养学生动手操作能力。

过程与方法

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）。
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）。

情感态度与价值观

通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神
学会与他人合作、交流，具有团队意识和团队精神。

如何测量物体的加速度
怎样提供和测量物体所受的力
实验数据的分析和处理。

一、教学导入：

师：同学们首先看到我们的导学案课前预习1,2两个问题，牛顿第一定律的内容是什么？（请学生回答），那么牛顿第一定律反映了什么呢？力是改变物体运动状态的原因，而物体运动状态一旦改变，就意味着物体在这个过程中产生了加速度，即力是产生加速度的原因，由此说明加速度和力有关，那到底是什么关系呢？播放视频（解释两辆质量相同的黄色车和蓝色车进行赛车，黄车的发动机功率比较大，因此它获得的牵引力比较大，那么它的加速度又怎么样呢）由此说明物体质量一定时，力越大，加速度越大。

师：我们在前面还学到，质量时物体惯性大小的量度，而惯性是反映物体运动状态改变的难易程度，那因此加速度还与什么因素有关。

生：质量

师：同学们想想，我们一般去进行赛车，是选择质量大的车还是质量小的车呢？

生：质量小的，

师：为什么呢？

生：………

师：由此说明在力一定时，质量越小，加速度越大

师：现在我们已经定性知道物体加速度与质量和力均有关，但是物理研究对此并不满足，还需进一步研究物体加速度和质量、力二者的定量关系。今天我们就以小车为实验研究对象，探究小车加速度与小车所受力及小车质量的关系。

二．探究过程

提出问题     小车的加速度a与其受到的合外力F、小车质量m有怎样的定量关系？

师：同学们首先想想，我们能不能同时研究小车加速度和小车所受合外力F及小车质量m两者的关系。

生：不能

师：那应该怎么办？

生：控制变量法

师：我们在初中学过控制变量法没?这是我们高中第一次见到控制变量法。如果我们要研究小车加速度a与合外力F的关系时，需控制小车质量不变；如果要研究小车加速度a与其质量的关系时，就需控制小车所受合外力不变。

师：在前面，伽利略关于自由落体运动研究中认为，自然界的一切规律都是简洁明了的，因此我们也可以认为小车加速度与其所受合外力及其质量二者的关系也是简洁明了的，因为在此信念基础之上我们就可以进行大胆的猜想与假设。

大胆猜想与假设 ：小车m一定， 小车a∝ F；小车F一定，小车a∝1/m

师：在进行实验前，我们首先需要明确几个问题。

在本实验中需要测量哪些物理量？

生：a，F，m

如何来进行测量这些物理量？

师：质量我们可以用天平，当然，今天就不辛苦大家了，因为小车质量在小车上已经标注了，那么如何为小车提供一个恒定的并能测量的合外力？用手拉行吗？用弹簧测力计好吗？那咋办？

生：可以悬挂重物，让重物牵引小车运动，小车合外力就等于重物的重力。

师：那么，小车所受合外力是否就等于绳子的拉力？你试着对小车受力分析，合外力应该等于绳子拉力减去摩擦力，而摩擦力计算又需要知道其它量，显然很麻烦，那咋办呢？

生：可以让小车倾斜，轻推小车，小车能做匀速直线运动，说明小车合外力为0，再吊上重物，小车所受合外力就等于绳子的拉力。

师：我们管这个叫平衡摩擦力，要减小实验误差，就必须要进行此操作。那接下来同学再思考绳子的拉力是否就等于重物的重力。想想如果重物重力等于绳子拉力，重物会做什么运动

生：匀速直线运动或者静止。

师：而实际上是在做匀加速直线运动。理论分析表明，只有当小车质量远远大于重物质量时，绳子的拉力才近似等于重物的重力。至于为什么，这里给大家打个问号，你们可以下来思考，所以这个实验要减小实验误差，就必须保证小车质量远远大于重物质量。

师：好的，现在质量和力的测量问题都解决了，那接下来就是如何来测量小车的加速度呢？

生：打点计时器，光电门，等等。

师：很好，这些都可以直接测出小车的加速度，大家之前也预习过，还能想出其它方案吗？能不能不直接测小车的加速度，通过测小车的其它易测的物理量，进而来反映物体加速度的大小呢？

生：小组讨论交流（3分钟）

师：好，接下来就可以进行实验探究了。

实验探究

探究1.小车质量一定时，探究加速度与合外力的关系。（教师直接讲台演示）

师：两辆小车同时运动，同时停下，根据 ，就知道加速度之比就等于位移之比，如果加速度与合外力成正比，那么加速度之比就该等于合外力之比，我们看看是不是这样

探究2.探究合外力一定时，小车加速度与小车质量的关系。（学生分组实验，约10分钟）

小车所受合外力（即所吊重物质量）一定时，探究小车加速度与小车质量的关系。（为了节约时间，我们全班来合力完成这个实验，所以所有小组首先保证重物质量完全相同，要求每个小组统一悬挂20g和10g的砝码各一个，从而保证小车合外力一定，在小车上添加不同质量的砝码，从而改变小车质量，为了避免重复，1,2组在小车上不添加任何钩码，3,4组在小车上添加50g钩码，5，6组在小车上添加100g钩码，7,8添加150g钩码，第9组添加200g钩码，每组各打出一条纸带，计算出小车加速度，得到一组数据，记录在表格中）。

实验数据

实验次数

m

a

第1次

第2次

第3次

第4次

第5次

师：我们现在获得了五组数据，我们要能直观地得到a与m的关系，应该怎么办？

生：绘制，a-m图像。

师：我们可以通过Excel描点作图来作出a与m的图像。由于a-m图像是曲线，所以无法看出a、m是否成反比，那我们可以这样想，如果a与m成反比，那么就该和1/m成正比，所以我们还需绘制a-1/m图像，如果a-1/m图像是过原点的一条直线，那就不就说明a与m成反比了吗？

实验结论

在物体质量m一定时，a∝F合；F合一定时，a∝ 。

师：虽然我们已经得出结论，但在此过程中还是有很多猜测和验证的思想。实际上一个物理规律的得出，不是随随便便一节课就能得到的，那是需要付出大量的时间和精力，也需要经历一次有一次的失败才会成功的，所以今天这节课的主要目的还是想让大家体验一下科学探究这一过程，同学们下来以后还可以继续设计其它实验方案来进一步探究物体加速度与力、质量的关系。

2　实验：探究加速度与力、质量的关系　

2　实验：探究加速度与力、质量的关系　

一、教学导入：

师：同学们首先看到我们的导学案课前预习1,2两个问题，牛顿第一定律的内容是什么？（请学生回答），那么牛顿第一定律反映了什么呢？力是改变物体运动状态的原因，而物体运动状态一旦改变，就意味着物体在这个过程中产生了加速度，即力是产生加速度的原因，由此说明加速度和力有关，那到底是什么关系呢？播放视频（解释两辆质量相同的黄色车和蓝色车进行赛车，黄车的发动机功率比较大，因此它获得的牵引力比较大，那么它的加速度又怎么样呢）由此说明物体质量一定时，力越大，加速度越大。

师：我们在前面还学到，质量时物体惯性大小的量度，而惯性是反映物体运动状态改变的难易程度，那因此加速度还与什么因素有关。

生：质量

师：同学们想想，我们一般去进行赛车，是选择质量大的车还是质量小的车呢？

生：质量小的，

师：为什么呢？

生：………

师：由此说明在力一定时，质量越小，加速度越大

师：现在我们已经定性知道物体加速度与质量和力均有关，但是物理研究对此并不满足，还需进一步研究物体加速度和质量、力二者的定量关系。今天我们就以小车为实验研究对象，探究小车加速度与小车所受力及小车质量的关系。

二．探究过程

提出问题     小车的加速度a与其受到的合外力F、小车质量m有怎样的定量关系？

师：同学们首先想想，我们能不能同时研究小车加速度和小车所受合外力F及小车质量m两者的关系。

生：不能

师：那应该怎么办？

生：控制变量法

师：我们在初中学过控制变量法没?这是我们高中第一次见到控制变量法。如果我们要研究小车加速度a与合外力F的关系时，需控制小车质量不变；如果要研究小车加速度a与其质量的关系时，就需控制小车所受合外力不变。

师：在前面，伽利略关于自由落体运动研究中认为，自然界的一切规律都是简洁明了的，因此我们也可以认为小车加速度与其所受合外力及其质量二者的关系也是简洁明了的，因为在此信念基础之上我们就可以进行大胆的猜想与假设。

大胆猜想与假设 ：小车m一定， 小车a∝ F；小车F一定，小车a∝1/m

师：在进行实验前，我们首先需要明确几个问题。

在本实验中需要测量哪些物理量？

生：a，F，m

如何来进行测量这些物理量？

师：质量我们可以用天平，当然，今天就不辛苦大家了，因为小车质量在小车上已经标注了，那么如何为小车提供一个恒定的并能测量的合外力？用手拉行吗？用弹簧测力计好吗？那咋办？

生：可以悬挂重物，让重物牵引小车运动，小车合外力就等于重物的重力。

师：那么，小车所受合外力是否就等于绳子的拉力？你试着对小车受力分析，合外力应该等于绳子拉力减去摩擦力，而摩擦力计算又需要知道其它量，显然很麻烦，那咋办呢？

生：可以让小车倾斜，轻推小车，小车能做匀速直线运动，说明小车合外力为0，再吊上重物，小车所受合外力就等于绳子的拉力。

师：我们管这个叫平衡摩擦力，要减小实验误差，就必须要进行此操作。那接下来同学再思考绳子的拉力是否就等于重物的重力。想想如果重物重力等于绳子拉力，重物会做什么运动

生：匀速直线运动或者静止。

师：而实际上是在做匀加速直线运动。理论分析表明，只有当小车质量远远大于重物质量时，绳子的拉力才近似等于重物的重力。至于为什么，这里给大家打个问号，你们可以下来思考，所以这个实验要减小实验误差，就必须保证小车质量远远大于重物质量。

师：好的，现在质量和力的测量问题都解决了，那接下来就是如何来测量小车的加速度呢？

生：打点计时器，光电门，等等。

师：很好，这些都可以直接测出小车的加速度，大家之前也预习过，还能想出其它方案吗？能不能不直接测小车的加速度，通过测小车的其它易测的物理量，进而来反映物体加速度的大小呢？

生：小组讨论交流（3分钟）

师：好，接下来就可以进行实验探究了。

实验探究

探究1.小车质量一定时，探究加速度与合外力的关系。（教师直接讲台演示）

师：两辆小车同时运动，同时停下，根据 ，就知道加速度之比就等于位移之比，如果加速度与合外力成正比，那么加速度之比就该等于合外力之比，我们看看是不是这样

探究2.探究合外力一定时，小车加速度与小车质量的关系。（学生分组实验，约10分钟）

小车所受合外力（即所吊重物质量）一定时，探究小车加速度与小车质量的关系。（为了节约时间，我们全班来合力完成这个实验，所以所有小组首先保证重物质量完全相同，要求每个小组统一悬挂20g和10g的砝码各一个，从而保证小车合外力一定，在小车上添加不同质量的砝码，从而改变小车质量，为了避免重复，1,2组在小车上不添加任何钩码，3,4组在小车上添加50g钩码，5，6组在小车上添加100g钩码，7,8添加150g钩码，第9组添加200g钩码，每组各打出一条纸带，计算出小车加速度，得到一组数据，记录在表格中）。

实验数据

实验次数

m

a

第1次

第2次

第3次

第4次

第5次

师：我们现在获得了五组数据，我们要能直观地得到a与m的关系，应该怎么办？

生：绘制，a-m图像。

师：我们可以通过Excel描点作图来作出a与m的图像。由于a-m图像是曲线，所以无法看出a、m是否成反比，那我们可以这样想，如果a与m成反比，那么就该和1/m成正比，所以我们还需绘制a-1/m图像，如果a-1/m图像是过原点的一条直线，那就不就说明a与m成反比了吗？

实验结论

在物体质量m一定时，a∝F合；F合一定时，a∝ 。

师：虽然我们已经得出结论，但在此过程中还是有很多猜测和验证的思想。实际上一个物理规律的得出，不是随随便便一节课就能得到的，那是需要付出大量的时间和精力，也需要经历一次有一次的失败才会成功的，所以今天这节课的主要目的还是想让大家体验一下科学探究这一过程，同学们下来以后还可以继续设计其它实验方案来进一步探究物体加速度与力、质量的关系。