2实验：探究加速度与力、质量的关系ppt专用说课稿内容

2　实验：探究加速度与力… 高中物理       人教2003课标版

（1）通过对物理情景的思考，学生发现影响物体加速度的因素，体会用控制变量研究物理问题的物理方法。
（2）经历实验方案的优化过程，提高综合运用数学知识解决实际问题的能力。

（3）经历实验操作、数据分析、评估的过程，体会利用图像寻找物理量之间的关系的方法。

       要让学生体验科学探究的过程，认识物理实验和数学工具在物理学发展过程中的作用。本设计首先让学生分析现象，提出问题，通过师生、生生的交流评估，优化实验方案，在学生的充分的实验活动的基础上，共享探究的成果。

       学生有一定的生活实践经验，对控制变量法比较熟悉，但实验方案的设计和改进，实验数据的处理能力较差。需要在教学过程中多加以引导。

实验方案的设计、优化、实验数据的处理以及实验评估和误差分析。

（1）通过对物理情景的思考，学生发现影响物体加速度的因素，体会用控制变量研究物理问题的物理方法。
（2）经历实验方案的优化过程，提高综合运用数学知识解决实际问题的能力。

（3）经历实验操作、数据分析、评估的过程，体会利用图像寻找物理量之间的关系的方法。

实验方案的设计、优化、实验数据的处理以及实验评估和误差分析。

实验评估和误差分析。

猜想与假设

根据已有的知识经验，对所要研究的问题大胆的进行猜想与假设。从而明确实验探究的方向。

课题引入：请思考，1.怎样可以让一列火车尽快的启动起来?

根据已有的知识经验，学生不难说出可以采用双车头（增大牵引力）和减少车厢节数（减小火车质量）的方法。

2.那么，物体要的加速度，可能和哪些物理量有关系呢？

在第一个问题的铺垫下，学生能够猜想出加速度可能与物体的质量以及它所受到的外力有关。

这就明确了实验探究的方向：加速度与物体质量、所受外力之间的关系。

选择实验的思想方法

高中物理常用的研究方法大致有一下几种

1.等效替代法

2.类比法

3.理想实验法

4.建立（构建）物理模型法

5.控制变量法

而在物理实验中我们一般都用控制变量法来定量研究和探究各物理量之间的关系。控制变量法最大的好处就是把一次研究的物理量变为两个，这样就可以使物理量间的关系更容易的显现出来。而且，每次实验要采集的实验数据也就缩减为两个。

如果想进一步探讨加速度与物体质量、所受外力之间的定量关系，我们必须用实验的方法进行探究。这是探究一个量与另外两个量之间的关系，所以我们要用控制变量法。

确定实验目的

根据实验探究的方向，明确要通过实验探究的具体问题是什么，即确定实验目的。

既然选择了用控制变量法进行探究，那么实验就要分为两步进行：一是探究加速度与物体质量间的关系；二是探究加速度与物体所受外力之间的关系。这就是这个实验的两个目的。

（以下举例部分以探究加速度与物体质量间的关系为例）

设计实验数据表格

为了达到实验的目的，要把必须采集到的数据列出一个实验表格，以备实验

时方便快捷的记录和最后的数据分析。

为了探究加速度与物体质量间的关系，必须采集两组数据，一是加速度，二是物体的质量。因此，实验数据表格可以这样设计：

控制变量F=___________

实验次数         加速            度质量

1

2

3

4

5

设计实验方案选择实验器材

在用控制变量法研究问题时，所涉及到的物理量往往有多种测量方法，我们要遵循实验必须便于操作和误差尽量小这两个原则设计实验方案，进而选择实验器材和确定实验的步骤。

在设计实验方案时必须解决如何测量加速度和物体的质量这两个问题。物体的质量可以用天平来称量；而物体的加速度，我们最常用的是处理纸带的方法，即在运动物体上安装一条打点计时器的纸带，根据打出的点来测量加速度。（说明：为了使该模式呈现一般性，本实验用处理纸带方法测量加速度）

因此，实验要用到的器材就是天平、砝码、打点计时器、纸带、学生电源、刻度尺等。

做实验，采集数据

在做实验时要注意物理仪器的操作规范和注意事项，读数时要尽量减小实验的偶然误差。

在控制变量F不变的条件下，改变物体（小车）的质量，先后做五次实验，并分别把实验测得的数据填入上面的实验表格。

实验数据的分析与处理

实验数据的处理一般有两种方法：

1.数学归纳法。就是根据两组数据，归纳出两个物理量间确定的函数关系式关系，即公式。

2.图像处理法。高中物理几乎所有实验数据的处理都是用了这种方法。就是直接或间接的把所采集的两组数据分别做为平面直角坐标系的横纵坐标，然后用描点法画成图像，进而根据图像所体现出来的函数关系，得出两个物理量之间的数学关系表达式。

需要注意的是，物理学在用图像法分析实验数据时，通常采用“化曲为直”的思想方法。因为，如果根据数据画出的图像是曲线的话，就很难简单的概括出他们之间定量的关系。所以，必须要用转化的方法把其中的一个量进行转化（如把其中一个量变成原来的倒数或平方），使根据转化后的数据所画出的图像是一条直线，这样，就可以根据图像得到要探究的两个物理量之间确定的函数关系式了。

容易发现，在所受外力不变的情况下，物体的加速度随其质量的增加而减小，并且它们之间不是简单的线性递减关系。那么，加速度和质量之间会不会是成反比的关系呢？如果真成反比，那么图像应该是双曲线。但是，我们无法简单的根据图像来推出它们间的反比关系。

这时，要想到来探究一下加速度和质量的倒数之间的关系。因为，如果加速度和质量之间真是反比例的关系，那么加速度一定和质量的倒数成正比。如果把加速度和质量的倒数作为横纵坐标画出图像，它必然是一条过原点的直线。这样加速度和质量之间的关系也就明确了。

这就是物理实验数据处理时经常用到的“化曲为直”的思想。需要说明的是，因为涉及到要对原始实验数据的转化，所以往往需要在原来设计的实验数据表格中再添加一行或是几行，变为：

实验次数        加速度a                质量m                1/m    

1

2

3

4

5

这是在用图像法处理实验数据时最常用的方法。

得出实验结论

从图像所揭示的两个物理量之间的函数关系用简明扼要的语言表述出来，就得到了实验的结论。

根据画出的加速度与质量的图像，我们可以得到实验结论：在物体所受外力不变时，物体的加速度与其质量成反比。

实验评估和误差分析

即对整个实验方案从操作的可行性和误差的尽量小两方面进行分析评估。因为每一个物理量的测量往往有多种方法，所以自己设计的实验方案与其它方案相比，在操作上是不是简单易行，还要进行认真的反思。而且，还要从系统误差和偶然误差两个方面，把影响实验数据的因素与其它方案加以分析比较，以求寻得最佳的实验方案。

回顾整个实验，用处理纸带的方法测量加速度，无论在实验操作上还是数据处理上，都比较复杂。因此，这个方案从可操作性来上看，并不是最佳的。

其实，在这个实验中也可以不测加速度的具体数值，这是因为我们探究的是加速度与其它量之间的比例关系。因此，测量不同情况下（即不同受力时、不同质量时）物体加速度的比值，就可以了。

由于a=2x/t2，如果测出两个初速度为0的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1、x2，则位移之比就是加速度之比，即a1/a2=x1/x2 

因此，测量加速度的实验方案可以加以改进，改进为一个使用双层小车的对比实验：上下两层的平滑轨道上各放一个小车，后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止。打开夹子，两小车同时开始运动，关上夹子，两小车同时停下来。用刻度尺测出两小车通过的位移，位移之比就等于它们的加速度之比。改进后的方案将使实验操作和数据处理的过程大为简化。

另外，需要对与本实验的误差进行分析。系统误差主要有两个：

1）是小车受到的恒定外力的提供方法。实验中，用小桶和砝码牵引小车的方案来提供小车所受的恒力，并且认为这一恒力等于小桶和砝码的重力。这样就产生了系统误差，根据后面的知识可以知道，这一误差将会导致所外力偏大。进一步分析可以得出，只有在小桶和砝码的质量比小车的的质量小很多的条件下，系统误差才比较小。

2）是轨道与小车间摩擦力，因此，必须把轨道的一端垫高，平衡掉摩擦力，如果平衡摩擦力不当，会使实验的系统误差增大。

偶然误差主要来自于测量时的读数，这里不再赘述。

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

（1）通过对物理情景的思考，学生发现影响物体加速度的因素，体会用控制变量研究物理问题的物理方法。
（2）经历实验方案的优化过程，提高综合运用数学知识解决实际问题的能力。

（3）经历实验操作、数据分析、评估的过程，体会利用图像寻找物理量之间的关系的方法。

实验方案的设计、优化、实验数据的处理以及实验评估和误差分析。

实验评估和误差分析。

猜想与假设

根据已有的知识经验，对所要研究的问题大胆的进行猜想与假设。从而明确实验探究的方向。

课题引入：请思考，1.怎样可以让一列火车尽快的启动起来?

根据已有的知识经验，学生不难说出可以采用双车头（增大牵引力）和减少车厢节数（减小火车质量）的方法。

2.那么，物体要的加速度，可能和哪些物理量有关系呢？

在第一个问题的铺垫下，学生能够猜想出加速度可能与物体的质量以及它所受到的外力有关。

这就明确了实验探究的方向：加速度与物体质量、所受外力之间的关系。

选择实验的思想方法

高中物理常用的研究方法大致有一下几种

1.等效替代法

2.类比法

3.理想实验法

4.建立（构建）物理模型法

5.控制变量法

而在物理实验中我们一般都用控制变量法来定量研究和探究各物理量之间的关系。控制变量法最大的好处就是把一次研究的物理量变为两个，这样就可以使物理量间的关系更容易的显现出来。而且，每次实验要采集的实验数据也就缩减为两个。

如果想进一步探讨加速度与物体质量、所受外力之间的定量关系，我们必须用实验的方法进行探究。这是探究一个量与另外两个量之间的关系，所以我们要用控制变量法。

确定实验目的

根据实验探究的方向，明确要通过实验探究的具体问题是什么，即确定实验目的。

既然选择了用控制变量法进行探究，那么实验就要分为两步进行：一是探究加速度与物体质量间的关系；二是探究加速度与物体所受外力之间的关系。这就是这个实验的两个目的。

（以下举例部分以探究加速度与物体质量间的关系为例）

设计实验数据表格

为了达到实验的目的，要把必须采集到的数据列出一个实验表格，以备实验

时方便快捷的记录和最后的数据分析。

为了探究加速度与物体质量间的关系，必须采集两组数据，一是加速度，二是物体的质量。因此，实验数据表格可以这样设计：

控制变量F=___________

实验次数         加速            度质量

1

2

3

4

5

设计实验方案选择实验器材

在用控制变量法研究问题时，所涉及到的物理量往往有多种测量方法，我们要遵循实验必须便于操作和误差尽量小这两个原则设计实验方案，进而选择实验器材和确定实验的步骤。

在设计实验方案时必须解决如何测量加速度和物体的质量这两个问题。物体的质量可以用天平来称量；而物体的加速度，我们最常用的是处理纸带的方法，即在运动物体上安装一条打点计时器的纸带，根据打出的点来测量加速度。（说明：为了使该模式呈现一般性，本实验用处理纸带方法测量加速度）

因此，实验要用到的器材就是天平、砝码、打点计时器、纸带、学生电源、刻度尺等。

做实验，采集数据

在做实验时要注意物理仪器的操作规范和注意事项，读数时要尽量减小实验的偶然误差。

在控制变量F不变的条件下，改变物体（小车）的质量，先后做五次实验，并分别把实验测得的数据填入上面的实验表格。

实验数据的分析与处理

实验数据的处理一般有两种方法：

1.数学归纳法。就是根据两组数据，归纳出两个物理量间确定的函数关系式关系，即公式。

2.图像处理法。高中物理几乎所有实验数据的处理都是用了这种方法。就是直接或间接的把所采集的两组数据分别做为平面直角坐标系的横纵坐标，然后用描点法画成图像，进而根据图像所体现出来的函数关系，得出两个物理量之间的数学关系表达式。

需要注意的是，物理学在用图像法分析实验数据时，通常采用“化曲为直”的思想方法。因为，如果根据数据画出的图像是曲线的话，就很难简单的概括出他们之间定量的关系。所以，必须要用转化的方法把其中的一个量进行转化（如把其中一个量变成原来的倒数或平方），使根据转化后的数据所画出的图像是一条直线，这样，就可以根据图像得到要探究的两个物理量之间确定的函数关系式了。

容易发现，在所受外力不变的情况下，物体的加速度随其质量的增加而减小，并且它们之间不是简单的线性递减关系。那么，加速度和质量之间会不会是成反比的关系呢？如果真成反比，那么图像应该是双曲线。但是，我们无法简单的根据图像来推出它们间的反比关系。

这时，要想到来探究一下加速度和质量的倒数之间的关系。因为，如果加速度和质量之间真是反比例的关系，那么加速度一定和质量的倒数成正比。如果把加速度和质量的倒数作为横纵坐标画出图像，它必然是一条过原点的直线。这样加速度和质量之间的关系也就明确了。

这就是物理实验数据处理时经常用到的“化曲为直”的思想。需要说明的是，因为涉及到要对原始实验数据的转化，所以往往需要在原来设计的实验数据表格中再添加一行或是几行，变为：

实验次数        加速度a                质量m                1/m    

1

2

3

4

5

这是在用图像法处理实验数据时最常用的方法。

得出实验结论

从图像所揭示的两个物理量之间的函数关系用简明扼要的语言表述出来，就得到了实验的结论。

根据画出的加速度与质量的图像，我们可以得到实验结论：在物体所受外力不变时，物体的加速度与其质量成反比。

实验评估和误差分析

即对整个实验方案从操作的可行性和误差的尽量小两方面进行分析评估。因为每一个物理量的测量往往有多种方法，所以自己设计的实验方案与其它方案相比，在操作上是不是简单易行，还要进行认真的反思。而且，还要从系统误差和偶然误差两个方面，把影响实验数据的因素与其它方案加以分析比较，以求寻得最佳的实验方案。

回顾整个实验，用处理纸带的方法测量加速度，无论在实验操作上还是数据处理上，都比较复杂。因此，这个方案从可操作性来上看，并不是最佳的。

其实，在这个实验中也可以不测加速度的具体数值，这是因为我们探究的是加速度与其它量之间的比例关系。因此，测量不同情况下（即不同受力时、不同质量时）物体加速度的比值，就可以了。

由于a=2x/t2，如果测出两个初速度为0的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1、x2，则位移之比就是加速度之比，即a1/a2=x1/x2 

因此，测量加速度的实验方案可以加以改进，改进为一个使用双层小车的对比实验：上下两层的平滑轨道上各放一个小车，后端各系一条细绳，一起被一个夹子夹着而使小车静止。打开夹子，两小车同时开始运动，关上夹子，两小车同时停下来。用刻度尺测出两小车通过的位移，位移之比就等于它们的加速度之比。改进后的方案将使实验操作和数据处理的过程大为简化。

另外，需要对与本实验的误差进行分析。系统误差主要有两个：

1）是小车受到的恒定外力的提供方法。实验中，用小桶和砝码牵引小车的方案来提供小车所受的恒力，并且认为这一恒力等于小桶和砝码的重力。这样就产生了系统误差，根据后面的知识可以知道，这一误差将会导致所外力偏大。进一步分析可以得出，只有在小桶和砝码的质量比小车的的质量小很多的条件下，系统误差才比较小。

2）是轨道与小车间摩擦力，因此，必须把轨道的一端垫高，平衡掉摩擦力，如果平衡摩擦力不当，会使实验的系统误差增大。

偶然误差主要来自于测量时的读数，这里不再赘述。