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1、必修一必修一 4.24.2 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1 1、教材分析教材分析 这是一节学生实验课，目的是为了让学生体会物理探究过程中所用的科学方法。书 中没有给出确定的实验方案，要学生自己设计，但是给出了实验的基本思路：控制变 量法。学生在初中已经接触过控制变量法，难度应该不大。 二、教学目标二、教学目标知识与技能知识与技能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过程与方法过程与方法1指导学生半定量的探究加速度和力、物体质量的关系，知道用控制变量法进行实 验2学生自己
2、设计实验，自己根据自己的实验设计进行实验3对实验数据进行处理，看一下实验结果能验证什么问题，情感态度与价值观情感态度与价值观1通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度2通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神 （2）培养与人合作的团队精神 三、教学重难点三、教学重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实验数据的分析与处理教学难点教学难点1如何提出实验方案并使实验方案合理可行 2实验数据的分析与处理 四、学情分析四、学情分析学生对控制变量法应以掌握，关键是实验设计，实验操作能力不强，应让其做好充分的 课前预习 五、教学方法五、教学方法探究、讲授、讨
3、论、练习六、课前准备六、课前准备 多媒体课件，小车（20 辆，每辆车上贴上质量为 200g，贴上“参照车”与“实验车”字样） ，一端带有滑轮的长木板（20 个） ，一次性小塑料口杯及棉线套（20 个，质量可忽略） ，50g 规格钩码 10 盒（每盒 10 个） ，托盘天平砝码 20 盒，刻度尺（米尺） ，线绳若干，铁文件夹 10 个，计算机和大屏幕投影系统一套，计算器。七、课时安排七、课时安排1 1 课时课时八、教学过程八、教学过程（一）预习检查、总结疑惑（二）情境导入、展示目标利用多媒体投影图 421；分组定性讨论 组 I：物体质量一定，力不同，物体加速度有什么不同? 组 2：力大小相同，作
4、用在不同质量的物体上，物体加速度有什么不同? 师：请组 1 的代表回答一下你们讨论的结果 组 1 生：当物体质量一定时，物体的加速度应该随着力的增大而增大 师：请组 2 的代表回答你们组讨论的问题， 组 2 生：当力大小相同时，物体质量越大，运动状态越难以改变，所以质量越大，加速 度越小 师：物体运动状态改变快慢取决于哪些因素?定性关系如何? 生 l：应该与物体的质量和物体所受的力有关系力越大，加速度越大；质量越大，加 速度越小 生 2：这里指的力应该是物体所受的合力，以上图为例，物体所受的重力和支持力相等， 不参与加速度的提供 师：刚才进行多媒体演示时一次是固定力不变，一次是固定质量不变，这
5、样做有什么好 处呢? 生：方便我们的研究 师：这是研究多个变量之间关系的非常好的方法，我们把它称作控制变量法我们以前 在什么地方学到过这种方法? 生 1：在初中我们在探究物体的密度与质量、体积之间的关系时 生 2：在研究电流与电压、电阻的关系时 师：好，我们这节课就用这种方法进行探究加速度和力、质量之间的关系 首先来看本届的学习目标知识与技能知识与技能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过程与方法过程与方法1指导学生半定量的探究加速度和力、物体质量的关系，知道用控制变量法进行 实验2学生自己设计实验，自己
6、根据自己的实验设计进行实验3对实验数据进行处理，看一下实验结果能验证什么问题，情感态度与价值观情感态度与价值观1通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度2通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神3.培养与人合作的团队精神（3）合作探究、精讲点拨一、加速度与力的关系一、加速度与力的关系 师：设计一个实验，保持物体的质量不变，测量物体在各个不同的力的作用下的加速度， 分析加速度与力的关系大家分组讨论并且每组设计一个实验方案，并说明实验的原理 分组讨论 组 l 生 1：我们是根据课本上的参考案例设计实验的(在投影仪上展示实验装置如图 422)组 1 生 2：我们设计实验的实验原理如下；因为两
7、个小车的初速度都为零，拉力大小 不同，但对每个小车来说保持不变，所以小车应该做匀加速直线运动根据初速度为零的匀 加速直线运动的位移公式 x=at2/2 可知，加速度和位移成正比，只要测量位移就可以得到加 速度与受力之间的关系，力的大小可以根据盘中的砝码求出来 师：下面请组 2 的代表发言 组 2 生 1：我们设计的方法和组 1 的差不多，我们是用了一辆小车，小车后面连接一纸 带，用打点计时器记录小车的运动情况，根据所打的点计算小车的加速度，然后再看所受的 力和加速度的关系 组 2 生 2：为了消除摩擦力的影响，我们在木板下面垫了一个小木块，当小车没有拉力 时让它在木板上匀速运动 师：这个同学的
8、想法很好，这样小车受到的绳子的拉力就等于小车受到的合力，下面请 组 3 的同学代表发言 组 3 生 1：前面两组的同学设计实验时都是物体的初速度为零，我们可以利用气垫导轨 设计一个更为一般的方法，让导轨倾斜不同的角度，滑块所受的力就是重力的分力，让滑块 滑过轨道中间的两个光电门，记录经过光电门的速度和两个光电门的距离，根据公式 x=(v2v02)/2a 可以求出加速度的大小，从而可以得到加速度和力的关系 师：好的，在进行实验之前还应该先设计自己的实验表格来记录一下自己的实验数 据那么你是怎样设计表格使你的实验数据得以记录的呢? 生 1：水平面长木板与小车，车后用绳控制小车运动，两车质量相同表格
9、设计如下： 参考表格生 2：用一辆小车，测量加速度次数 拉车砝码(g) 加速度 a1 拉车砝码(e) 加速度 a212小车 l 小车 2次数 拉车砝码(s) 位移 x1cm 拉车砝码(s) 位移 x2cm12345345师：好，现在大家就根据自己设计的方案进行实验，把数据填人设计的表格内 学生进行实验，老师巡回指导，帮助实力较弱的小组完成实验 师：现在请各小组简要进行一下实验报告 组 1 生 1：我们根据课本上的参考案例进行了实验，因为已知小车的加速度和位移成正 比，通过验证位移和受力之间的关系，即可得出加速度和受力的关系师：实验数据是怎样进行处理的呢? 组 1 生 2：我用的是位移和对应力的
10、比值 组 1 生 3：通过我们的讨论，我们发现用作图的方法能更好地表示位移(即加速度)和力 的关系关系图表如图 423 所示；可得在研究物体质量不变的情况下，物体的加速度与物体所受的外力成正比 组 2 生：我们通过处理小车后面的纸带，计算出小车的加速度，通过作图验证了小车的 加速度和物体所受的合力成正比组 3 生：我们用气垫导轨作出的加速度和所受力的关系图 象，实验结论是图象非常接近一条过原点的直线 师：大家做得都非常好，那么你们在实验中遇到的困难是什么呢?能不能想出办法来克 服? 组 1 生：当拉小车的砝码的质量较大时，绳子容易打滑，从而影响了位移的测量我们 用松香涂抹在绳子上，效果不错 组
11、 2 生：我们在做实验时发现了这样一个问题，即当砝码的质量和小车的质量差不多时， aF 图象不能再是一条直线，而是发生了弯曲 师：这组同学的问题非常好，实际上砝码和盘的重力并不严格等于小车受到的拉力，简 单证明如下：设砝码及盘的质量为 m，小车的质量为 M，则分别对它们进行受力分析，对小 车，受拉力和摩擦力，对砝码和盘，受重力和拉力，那么它们之间的关系是什么呢?如果相 等，根据物体受合力为零则物体做匀速运动，而实际上砝码及盘实际的运动应该是做加速运 动，所以说重力和拉力并不相等，而是应该重力大于拉力，而我们在实验中认为二者相等， 所以实验的误差有一部分来源于此控制的方法就是尽可能地使砝码和盘的
12、质量远小于小车 及砝码的质量，具体的分析方法我们将在下一节学到 组 3 生：虽然用气垫导轨做实验结果比较精确，但实验数据处理比较复杂 师：我们可以用计算机进行数据处理，使数据处理变得简单化，大家在课下讨论一下看 如何用数据处理软件处理实验中得到的数据 师：以上我们是通过控制物体的质量不变来探究物体的加速度与物体所受力之间的关系， 下面同学们继续做实验，通过控制物体所受的力不变来探究物体的加速度和质量的关系二、加速度与质量的关系二、加速度与质量的关系学生进行实验，老师巡回指导，帮助实力较弱的小组实现实验 由于和以上的实验方法非常类似，所以可以直接让学生得出结论师：大家得出的结论是什么? 生：物体
13、加速度在物体受力不变时，和物体的质量成反比 师：这时候我们应该怎样通过图象来验证问题呢? 生：我们如果作 aM 图象则图象是曲线，我们可以作 a1M 图象来解决这个问题， 物体的加速度和质量成反比，所以 a1M 图象应该是一条过原点的直线三、由实验结果得出的结论三、由实验结果得出的结论 师：通过大家的实验，排除误差的影响，大家讨论总结一下加速度和物体所受的力以及 物体质量之间的关系 分组讨论 生 1：我们可以得出这样的结论：物体的加速度和物体所受的力成正比，和物体的质量 成反比 生 2：应该是和物体所受的合力成正比 生 3：我想力是矢量，加速度也是矢量，加速度的方向应该和物体所受力的方向相同
14、师：(总结)大家的发言非常好，那么我们得出的结论是不是一个定理性的结论呢?仅靠 少量的实验是不行的，应该通过更为精确的实验和更多次的实验进行证明，不过我们大家在 现有水平下能够得出这个结论是非常了不起的，这是我们下节课要学的牛顿第二定律的内 容 （4）反思总结、当堂检测在水平路面上，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，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 小结小结 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 九、板书设计九、板书设计 表格 数据分析 1010、教学反思教学反思学生实验控制比较难，可能出现各种情况，课前教师应做好充分准备