4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系

课题

探究加速度与力、质量的关系

教

学

目

标

1．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，与质量也有关。

通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。

培养学生动手操作能力。

2．过程与方法

指导学生探究加速度与力和质量的关系，知道用控制变量法进行实验。

引导学生自己设计实验，并根据设计进行实验。

3．情感、态度、价值观

通过实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。

通过探究激发学生的求知欲和创新精神。

培养与人合作的团队精神。

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。

教

学

难

点

1．在老师引导下提出切实可行的实验方案。

2．规范学生的语言表达。

教

学

资

源

多媒体课件，力学轨道小车（每辆车的质量为200g，），一端带有滑轮的力学轨道（12个），牛顿第二定律演示仪（4个），自制两端带有定滑轮的力学轨道（4个），50g规格钩码20盒（每盒10个），刻度尺（米尺），线绳、纸带若干，打点计时器（6个），计算机和大屏幕投影系统一套，秒表（6个）、计算器。

教 教

学 学

方 手

法 段

以启发式教学为指导思想，采用实验探究法 、分组讨论法等配合多媒体辅助手段进行教学。

教学活动设 计

教师活动

学生活动

设计意图

新

课

引

入

讨论加速度与力、质量之间的关 系

设

计

实

验

设

计

测

量

加

速

度

的

方

案

设

计

测

量

加

速

度

的

方

案

学

生

交

流

如

何

测

量

小

车

所

受

的

外

力

布

置

作

业

新课引入

视频1：质量相同的汽车，黄色汽车发动机功率大，看谁提速快？

视频2：汽车、飞机、摩托车三者比赛，看一下谁提速快

师：好，大家观察的很细致。

加速度都与哪些因素有关？

发现加速度与力、质量两个物理量有关，我们应该采用什么样的研究方法？

师：结合这两个视频和生活中的经验，请同学们定性的描述加速度与力、质量的关系。

师：高中阶段我们不满足于知道定性的关系，还需要知道加速度与力、质量的定量关系。

师：为了知道定量的关系，下面我们就要进行实验探究。

首先，设计一个物理情境，即放在水平轨道上的小车，钩码通过细绳牵引小车做加速运动。

其次，在上述情境中，我们的研究对象是什么？

研究过程是什么？

最后，看一下质量、加速度、力如何测量？

（1）如何让测量实验小车的质量？

（2）如何测量物体的加速度？回忆与加速度有关的几个物理公式。

 事先准备好了四组不同的仪器，让学生交流回答，仪器的不同点。

请完成以下问题：

1、介绍本组所用的实验仪器

2、介绍实验原理

3、需要测量那些物理量？如何测量？

4、演示实验过程

教师参与学生活动，与学生交流，指导、点拨学生，

学生展示：

学生提出的方案，其他组的成员认真听讲，可以提出问题。

师：通过大家的观察找到试验不完善的地方，那么如何改进，如何能准确的测量物体发生的位移?

师：实验时应注意什么？

如何控制小车？

如何记录小车的位置？

师：好了，通过探究我们找到了测量加速度的几种方法。大家的思路非常开放，关于测量加速度的方法我们就先研究到这。

让学生总结哪种测量加速度的方法比较好？

（3）如何测量小车所受的外力？

师：首先看一下小车所受的外力是什么？

师：那么就给我们提出了一个新的问题，如何减小摩擦力带来的影响，

师：大家的想象力非常好，能够想到这么多减小摩擦力的方法。由于学校里面气垫导轨很少，大家能不能联系力的知识，来消除掉摩擦力的影响呢？

好了，现在三个物理量的测量我们都搞清楚了，

师：请同学们自己根据实验台上的仪器完成实验方案的设计包括以下内容：

（1）    实验原理

（2）    实验仪器

（3）    实验步骤

（4）    数据记录表格

（5）    误差分析

学生观察、体会

生：黄色汽车提速快

生：摩托车提速快

生：加速度不仅与力有关，还与质量有关

生：控制变量法。

生：质量一定，力越大加速度会越大，力一定，质量越大加速度会越小。

学生讨论，汇报猜想

生A：质量一定，加速度与力成正比，

力一定，加速度与质量成反比

生B：质量一定，加速度与力的二次方成正比，

      力一定，加速度与质量的二次方成反比。

生：小车

生：小车加速的过程。

用天平来测量

Δx=at2

x= at2/2

生A：计时仪器是秒表，力学轨道是单层。

生B：计时仪器是打点计时器，力学轨道是单层。

生C：无计时仪器，双层力学轨道。

生D：无计时仪器，两端带有定滑轮的力学轨道。

学生设计实验，相互交流

学生展示

方案一、

秒表测时间t,刻度尺测出静止释放一段时间后的位移x，根据公式

x= at2/2

求出加速度

方案二、

用打点计时器测出加速度，原理     

 Δx=aT2

方案三、

用牛顿第二定律演示仪演示，

介绍仪器

原理  x= at2/2                

将两个小车同时由静止释放，经过相同的时间，他们走过的位移比即为加速度的比值，

所以，

也就是说我们不用计算加速度的值，通过位移的关系来验证加速度与力和加速度与质量的关系。

如何测量位移？

如何控制物体的运动？

方案四、

用碰撞小车演示  

将两个小车同时由静止释放，经过相同的时间，他们走过的位移比即为加速度的比值，

所以，

车前端绑有充有液体的橡胶管，两车相撞，撞击时挤压橡胶管，橡胶管的液体被挤出，就可以准确的记录撞击时的位置，

学生交流，总结

方案二、三、四可以，方案一误差太大故舍弃。

生:绳子的拉力和小车所受的摩擦力，

学生讨论，汇报结果

生A：换用更加光滑的轨道，

生B：让小车与轨道间加上润滑油

生C：让小车漂浮在轨道上方

生D：磁悬浮

生E：气垫导轨

。。。。。。

减小摩擦力（气垫导轨）投影图片

学生讨论，汇报结果

生A；增加拉力来平衡摩擦力

生B：用重力的分力平衡掉摩擦力

用重力分力平衡掉摩擦力（投影图片）

讲如何平衡掉摩擦力（倾斜板，直到小车放上后恰能静止或匀速，本次采用轻推后匀速）采用垫两本书的方式。指出与物体的质量无关。     

那么绳子的拉力就等于小车所受的外力。而我们做实验时认为钩码的重力就等于绳子的拉力（勾码质量远小于小车质量）。

演示

通过观察视频，激发学生兴趣

自然得出影响加速度的因素

明确研究方法

定性的描述加速度与力、质量的关系

定量的猜想加速度与力、质量的关系

设计实验

1．明确物理情境

2．确定研究对象

3．明确探究过程

4．质量、加速度、力是如何测量？

公式可以作为设计实验的依据

明确仪器不同，让学生设计实验时，充满竞争的意识。

明确任务，有目的的完成实验设计

相互交流，动手操作实验，进一步明确实验过程。

突出实验理论依据，并且渗透了比较法，效果明显，

学生的想法，具有发散性，且能与现代科技知识相连。

温故而知新

布置的作业为下节操作实验做准备