实验：探究加速度与力、质量的关系教学案

实验：探究加速度与力、质量的关系本节选自人教版高中物理教材第四章第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》，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。

教材中实验的基本思路是采用控制变量法。

本实验要测量的物理量有质量、加速度和外力。

测量质量用天平，需要研究的是怎样测量加速度和外力。

（1）测量加速度的方案：①方法1：小车做初速度为0的匀加速直线运动，直接测量小车移动的位移x和发生这段位移所用的时间t，a=2x/t2计算出加速度a。

②方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。

③方法3：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，那么由a=2x/t2可知，它们的位移之比就等于加速度之比。

（2）提供并且测量物体所受的外力的方案：由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力。

但测力有一定困难，还需平衡摩擦，教材的参考案例提供的外力比较容易测量。

验中作用力F的含义是物体所受的合力。

那么，如何测小车所受合外力F？合我们通过下面具体实验来说明。

二、实验设计实验设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系1．实验器材：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平。

2．实验步骤（1）用天平测出小车的质量；（2）按图装好实验器材，平衡摩擦力。

（3）控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连，打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。

（4）保持小车上的砝码个数不变，改变钩码质量，并测量得F（钩码质量远小于小车质量），多测几组数据。

注意：只有在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。

（5）控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据填入表中。

（6）分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；（7）作a－F关系图象，并由图象确定a－F关系。

2实验：探究加速度与力、质量的关系教学目标1．经历完整的探究加速度与力和质量的关系。

2．通过实验探究，了解加速度与力、质量的关系。

3．进一步巩固通过实验求加速度的方法。

4．在实验设计与数据分析的过程中，体会探究的乐趣，感悟物理学的统一美。

教学重难点教学重点1．探究加速度与力、质量关系的实验设计、实验步骤、数据处理。

2．加速度与力、质量的关系。

教学难点1．探究加速度与力、质量关系的实验设计、实验步骤、数据处理。

2．加速度与力、质量的关系。

教学准备多媒体课件、长木板、小车、钩码、细绳、纸带、打点计时器、小盘教学过程新课引入教师活动：展示人推车的图片。

教师口述：日常生活中，我们常见到如图所示的情境：若帮忙推车的人越多，推力越大，车的速度改变就越快；相同推力下，若汽车是空车，则比满载时速度改变快。

可见，汽车获得的加速度与其质量和所受外力有关。

通过观察，加速度与力和质量可能存在以下关系：对同一物体，作用力越大，加速度越大；对不同物体，在相同力的作用下，物体质量越小，加速度越大。

真有这样的规律吗？下面，我们通过实验来探究加速度与力、质量之间的关系。

讲授新课一、实验目的教师口述：通过刚才的讨论。

我们已经知道了本次的实验即为探究加速度与力、质量的关系。

二、实验设计（一）整体思路教师设问：可能影响加速度的因素有两个，一是质量，二力外力。

怎样才能判断某一可能因素是否对加速度有影响呢？学生活动：学生之间讨论老师所提问题，然后举手回答。

教师活动：理答。

控制变量法。

在探究质量对加速度的影响时，控制合外力不变，改变研究对象质量的大小，观察加速度的变化。

在探究外力对加速度的影响时，探究研究对象的质量不变，改变外力的大小，观察研究对象加速度的变化。

（二）要测量的物理量教师设问：需要测量哪些物理量？学生活动：学生之间讨论教师所提问题，然后举手回答。

教师活动：理答。

要测量的物理量：加速度、质量、力。

（三）物理量的测量教师活动：设问质量、加速度、力的测量。

§4.2 实验：探究加速度与力和质量的关系一、教学目标：1、知识与技能（1）学会用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系（2）能利用纸带计算小车在运动的过程中的加速度（3）从实验中得出加速度与力成正比，与质量成反比2、过程与方法（1）体验科学探究的基本步骤（2）学会使用常见的研究方法——控制变量法3、情感态度与价值观（1）使学生在互相协作中，发扬团队精神（2）培养学生尊重事实，实事求是的科学研究作风二、教学重点、难点1、教学重点重点：用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系2、教学难点难点：如何平衡摩擦力三、设计思路本课题设计思路旨在让学生体验科学研究的基本步骤。

通过复习牛顿第一定律等已经学过的知识引出课题——探究加速度与力和质量的关系。

在教师的引导下，学生通过讨论、交流，，设计实验方案，给出所需的实验器材,进行实验验证。

教学策略：通过教师的讲解和演示以及学生亲自动手操作,使学生能够相互合作,同时又有教师指导的情况下.正确处理数据,得出实验结论.体验科学探究的乐趣.四、教学资源演示实验器材：光滑的水平板（一端带有定滑轮）;钩码，细绳，打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,小车.五、教学过程引入新课教师提问:我们知道物体的运动状态是用速度描述的呢?那么物体运动状态改变的快慢,其实也就是支物体速度改变的快慢.我们是用加速度来描述.那么大家想想看,影响物体速度改变的快慢的因素有哪些呢?学生回答:物体的质量和物体所受的力进一步引导学生,提问:那么在其他因素相同的情况下:质量大的物体速度改变的快,还是质量小的物体速度改变的快呢?学生通过思考,根据牛顿第一定律知道:质量是物体惯性的量度,质量大的物体惯性大,运动状态难改变.让学生尝试利用日常生活事例说明:相同牵引力的情况下,同一辆车,空车时速度增大的快,而满载时速度增大的慢.说明其他因素相同的情况下,质量小的物体速度容易改变.也就是质量小的物体加速度大.再次提问:那么在其他因素相同的情况下;物体受力大速度改变的快呢?还是受力小的物体速度改变的快呢? 学生通过思考,根据生活经验:物体受力小,运动状态难改变.加速度就小.反之也成立.让学生尝试利用日常生活事例说明:相同质量的情况下,同一辆车,牵引力大的时候速度增大的快,而牵引力小的时候速度增大的慢.说明其他因素相同的情况下,牵引力大的物体速度容易改变.也就是牵引力大的物体加速度大.通过以上复习提问;让学生从定性上知道:物体的加速度与它的质量以及所受的合外力的关系.即加速度与质量成反比而与所受的合外力成正比.新课教学在上面通过复习定性知道了加速度a与物体的质量m和物体所受的合外力f的关系,但是科学要求严谨性,所以我们要定量的知道a与m和f的关系.因此我要通过实验得到这三者之间具体是什么关系.那下面我们就要针对这个目标,该怎么来研究加速度a与物体的质量m和物体所受的合外力f 的关系呢?需要用什么方法呢.学生根据在初中学习过的研究电阻与电压和电流的关系中知道要想研究某个物理量与几个因素的关系时,要采用一种常见的物理实验方法--------控制变量法.接下来设计实验:(一)、实验思路1、a与f的关系(保持物体的质量不变)2、a 与m的关系(保持物体所受的合外力不变)(二) 、实验器材光滑的水平板（一端带有定滑轮）;钩码，细绳，打点计时器,学生电源,纸带,复写纸,小车.在这个过程教师要能够引导学生根据实验的设计思路需要,给出实验器材,而且要知道这些器材的用途.(三) 设计装置该实验装置中，水平方向是不是只受到钩码的拉力作用？还有没有其他力？这个力对实验有没有影响？如何消除这一影响呢？通过引导学生对影响实验的各种因素进行分析，让学生进一步体会所学的知识的实践意义，培养他们的创新能力。

以下是一个实验探究加速度与力和质量的关系的简要教案：
实验名称：探究加速度与力和质量的关系
实验目的：
1. 了解力对物体运动状态的影响；
2. 探究加速度与施加的力和物体质量之间的关系。

实验材料：
1. 平滑水平桌面
2. 小推车或滑轮组
3. 牵引绳
4. 弹簧测力计
5. 不同质量的金属块
实验步骤：
1. 在水平桌面上放置小推车或滑轮组。

2. 用牵引绳连接弹簧测力计和小推车，并确保绳子通过滑轮组。

3. 给小推车施加不同大小的拉力，记录每次施加的力值。

4. 将不同质量的金属块放在小推车上，保持拉力不变，记录金属块的质量和推车的加速度。

5. 重复实验多次，以获得可靠的数据。

实验数据处理：
1. 根据实验数据绘制力与加速度的图表，分析它们之间的关系。

2. 计算不同质量下的加速度，比较结果并总结规律。

实验注意事项：
1. 确保实验台面光滑水平，减少外界干扰。

2. 每次实验前都要校准弹簧测力计，确保准确性。

3. 实验时要小心操作，避免受伤。

思考问题：
1. 根据实验结果，你觉得加速度与施加的力和物体质量之间有何关系？
2. 实际生活中还有哪些情况符合你在本实验中得出的结论？
通过这个实验，学生可以直观地感受到力对物体运动状态的影响，理解加速度与力和质量之间的关系。

同时，培养学生的实验设计能力和数据分析能力。

探究加速度与力、质量关系教学设计加速度是物体在单位时间内改变速度的量，是动力学中的基本量。

而力和质量则是物体受到的作用和物体自身的属性。

要探究加速度与力、质量之间的关系，需要从牛顿运动定律入手进行教学。

教学目标：1. 了解牛顿运动定律；2. 掌握加速度、力、质量之间的关系；3. 应用公式计算物体的加速度、力、质量等基本参数。

教学步骤：步骤一：了解牛顿运动定律引导学生了解牛顿运动定律的三个基本规律，即惯性定律、动力学定律和相互作用定律，包括每个定律的内容和具体应用。

让学生了解物体运动的基本规律，为后续知识的学习做好铺垫。

步骤二：介绍加速度、力、质量的基本概念通过实例引导学生了解加速度、力、质量的概念与物理量，并提供标准的量纲和单位，帮助学生正确认识和使用这些概念。

同时，介绍加速度、力、质量之间的数学关系和表达式，例如F=m*a、a=F/m等等。

步骤三：课堂探究在课堂上进行实验，通过改变物体质量和所施加的力的大小来观察其加速度的变化。

让学生在实践中体验学习，并将实验数据整理记录下来，通过统计分析帮助学生更好地理解加速度、力、质量之间的关系。

步骤四：应用实践尝试引导学生通过实际例子计算物体的加速度、力、质量等基本参数，在实际应用中掌握这些知识的具体运用。

例如给定物体的质量和所施加的力，要求学生计算物体的加速度和加速度的方向。

教学方法：1. 多媒体讲解：利用图片、视频等多媒体形式来具体地展示概念和原理，提高学生的理解力和学习兴趣。

2. 实验探究：通过实验让学生实践学习，在实践中体验并理解加速度、力、质量之间的关系。

3. 师生互动：教师可以在课堂上进行举手示意答题互动，增加学生的参与度，让学生更好地理解概念以及掌握解题方法。

教学评估：在课程结束后，教师可以通过考试、问答、小组讨论等形式进行评估，检测学生是否达到教学目标。

同时也可以在教学过程中随时给予学生反馈和指导，帮助学生及时纠正错误并调整学习策略，让教学更加高效和有针对性。

§4－2实验“探究加速度与力、质量的关系”教学内容：运动状态的改变教学目标：（一）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．（二）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，（三）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．教学方法：实验法教学过程：引入：（1）根据第一节牛顿第一定律可知，力是改变物体运动状态的原因。

（2）运动状态的改变①静止②慢快③方向改变物体运动状态的改变也速度的改变，包括速度大小的改变或方向的改变。

例1：一个物体以速度v0=5m/s向西运动，与墙壁碰撞后以同样大小的速率向东运动，试问物体的运动状态是否改变？若碰撞时间为0.01s，试求物体的在碰撞瞬间的加速度大小与方向？是否受了外力作用？外力作用的效果是什么？分析：物体在碰撞前后的速度方向发生了改变，故运动状态发生了改变。

速度变化量为△v=-5m/s-5m/s=-10m/s，故加速度大小为a=△v/t=1000m/s2。

物体速度的改变是因为受了墙壁的碰撞，即墙壁给了物体一个与初速度相反的作用力，这个力改变了物体的运动状态，如果没有这个力，运动状态就不会改变。

例2：一个物体以5m/s的速度向东运动，1s末改为向西运动，第2s末又改为向东运动，物体的速率始终不变，则物体的运动状态是否改变？怎样改变？例3：一物体以5m/s的速率绕某一圆周作匀速运动，运动了两周，则物体的运动状态是否改变？原因是什么？★小结：只有要速度改变，即有运动状态的改变，就一定有加速度，说明物体一定受了外力作用。

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 教案【教学目标】 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。

【重点难点】 1.怎样测量物体的加速度。

2.怎样提供和测量物体所受的力。

【教材解读】【实验目的】 探究加速度与力、质量的关系．【实验原理】 利用砂及砂桶通过细线牵引小车做加速运动的方法，采用控制变量法研究上述两组关系．如图所示，通过适当的调节，使小车所受的阻力忽略，当M 和m 做加速运动时，可以得到a =mg M m+，mg m M M F +=，当M 》m 时，可近似认为小车所受的拉力T 等于mg 。

本实验第一部分保持小车的质量不变，改变m 的大小，测出相应的a ，探究a 与F 的关系；第二部分保持m 不变，改变M 的大小，测出小车运动的加速度a ，探究a 与M 的关系。

【实验器材】 打点计时器，纸带及复写纸，小车，一端附有滑轮的长木板，小桶，细绳，砂，低压交流电源，两根导线，天平，刻度尺，砝码．【实验步骤及器材调整】（1）用天平测出小车和小桶的质量M 和m ，把数值记录下来。

（2）按教材中的装置把实验器材安装好。

（3）平衡摩擦力：在长木板的不带滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动其位置，直至不挂砂桶的小车刚好在斜面上保持匀速运动为止。

（4）将砂桶通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，使小车运动，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带，并在纸带上标上号码。

（5）保持小车的质量不变，改变砂桶中的砂量重复步骤（4），每次记录必须在相应的纸带上做上标记，列表格将记录的数据填写在表内。

（6）建立坐标系，用纵坐标表示加速度，横坐标表示力，在坐标系上描点，画出相应的图线，探究a 与F 的关系。

（7）保持砂及小桶的质量不变，改变小车的质量（在小车上增减砝码），重复上述步骤（5）、（6），探究a 与M 的关系。

【注意事项】（1）在本实验中，必须平衡摩擦力，方法是将长木板的一端垫起，而垫起的位置要恰当．在位置确定以后，不能再更换倾角．（2）改变m和M的大小时，每次小车开始释放时应尽量靠近打点计时器，而且先通电再放小车．（3）每次利用纸带确定a时，应求解其平均加速度．（4）作图时，要使尽量多的点在直线上，不在直线上的点应对称分布在直线的两侧，误差较大的舍去．例（2013·安徽省示范高中高三联考）小明在实验室采用如图所示装置探究“物体的加速度a与物体所受外力F、物体质量M间的关系”时，设小车及车中的驻码的总质量为M，砂及砂桶的总质量为m。

第四章运动和力的关系第二节探究加速度与力、质量的关系一、教学目标1.知识与技能：理解并掌握牛顿第二定律的基本内容，即加速度与力、质量之间的关系。

学会通过实验方法探究加速度、力、质量三者之间的定量关系。

能够运用控制变量法设计实验，并准确记录和分析实验数据。

2.过程与方法：通过实验操作和数据分析，培养学生的动手能力和科学探究精神。

引导学生运用逻辑推理和数学方法处理实验数据，得出科学结论。

3.情感态度与价值观：激发学生对物理学的兴趣和好奇心，培养严谨的科学态度。

培养学生团队合作和沟通交流的能力，增强团队协作精神。

二、教学重难点1.教学重点：牛顿第二定律的内容及其理解。

通过实验探究加速度与力、质量之间的关系。

2.教学难点：实验设计的合理性，确保控制变量的准确性。

数据处理和分析，正确得出加速度、力、质量之间的定量关系。

三、教学方法实验探究法：通过设计实验，让学生亲手操作，探究加速度与力、质量之间的关系。

讨论交流法：引导学生分组讨论实验设计、数据记录和分析方法，培养团队合作和沟通能力。

归纳总结法：通过实验数据和逻辑推理，归纳总结出牛顿第二定律。

四、教学用具实验器材：小车、打点计时器、纸带、刻度尺、砝码、弹簧秤、斜面等。

多媒体设备：用于展示实验步骤、数据记录表格和实验结果。

五、教学过程1.导入新课：通过回顾牛顿第一定律，引出物体运动状态改变需要力的作用，进而提出加速度与力、质量之间可能存在的关系。

2.讲授新课：介绍牛顿第二定律的基本内容，即F=ma，其中F为物体受到的合力，m为物体的质量，a为物体的加速度。

讲解控制变量法的原理及其在物理实验中的应用。

3.实验设计：引导学生分组讨论实验设计，确定实验步骤和注意事项。

强调控制变量法在实验中的应用，即分别探究加速度与质量、加速度与力的关系时，需要保持另一个变量不变。

4.实验操作：学生分组进行实验，记录实验数据。

教师巡回指导，确保实验操作的正确性和安全性。

5.数据分析：学生根据实验数据，运用数学方法（如比例法、图像法等）分析加速度与力、质量之间的关系。

实验探究加速度与力和质量的关系教案以下是一份关于探究加速度与力和质量关系的实验教案：实验目标：通过实验探究加速度与力和质量的关系，以加深学生对牛顿第二定律的理解。

实验材料：1.物体（如小车、滑轮等）2.弹簧测力计3.弹簧4.条形绳索5.轻质木块6.钢球7.轨道或斜面（可选）实验步骤：1.选定一个物体（如小车），将弹簧测力计固定在小车上。

确保测力计指针归零，并将一端的弹簧固定在固定的支架上。

2.在水平地面上推动小车，记录物体的质量（m），并测量物体的加速度（a）。

可以使用测时器或加速度传感器来测量加速度。

3.在推动小车时，记录测力计的示数（F）。

4.重复步骤2和步骤3，对不同的物体质量或施加不同的力进行实验。

变化一个变量，保持其他变量不变。

5.进行数据分析。

计算加速度（a）和测力计示数（F）之间的比值（a/F）。

比较不同物体质量或施加不同力时的比值，观察它们之间的关系。

6.根据实验结果，让学生发现加速度与力和质量的关系。

引导学生得出结论：加速度正比于施加的力，反比于物体的质量。

即，F = m * a。

扩展实验：1.在斜面或轨道上进行实验，观察对加速度的影响。

变化斜面的角度或轨道的高度，比较不同情况下的加速度变化。

2.尝试使用不同形状和质量的物体进行实验，观察对加速度的影响。

比较相同施加的力下，不同物体的加速度。

注意事项：1.确保实验操作安全。

小心操作实验设备和避免受伤。

2.准备清晰的数据记录表格，并鼓励学生进行准确的测量和记录。

3.引导学生进行讨论和分析实验结果，激发他们的思考和探究精神。

4.强调实验的重复性和观察结果的可靠性，在不同条件下进行多次实验，并比较结果。

这个实验可以通过实际操作让学生亲自体验和观察，加深对加速度、力和质量之间关系的理解，并巩固牛顿第二定律的概念。

同时，通过培养学生的实验设计和数据分析能力，提高他们的科学探究能力。

实验：探究加速度与力、质量的关系（复习）【教学目标】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，使学生掌握在研究三个（或三个以上）物理量之间的关系时，采用控制变量法实现。

3．通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神，培养学生动手操作能力。

使学生养成实事求是的科学态度，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

4．指导学生根据原理去设计实验，处理实验数据，得出结论。

帮助学生会分析数据表格，利用图象寻求物理规律。

5．培养学生的合作意识，相互学习，交流，共同提高的学习态度。

【方法指导】学习本节前应先复习匀变速直线运动的位移公式、图象法及如何判断物体的运动状态发生变化等问题。

由前面几章的知识可知，物体的速度是描述物体运动状态变化的物理量，而加速度又是描述速度变化快慢的物理量，因此，本节的第一个探究实验就是研究加速度与力的关系；第二个探究实验就是研究加速度与质量的关系。

这是高中物理的学习中第一次遇到用实验探究一个物理量同时跟两个物理量有关的多元问题，要自己去寻找研究问题的实验方法，并学会数据处理。

在这里与研究运动学的方法相似，我们要从简单的实例入手。

采用控制变量法进行探究实验，真正体会、理解物理学的研究方法，为今后的学习打下坚实的基础；采用图象法进行数据处理，真正领会所描绘图象的物理意义和图象法的优点。

通过本节探究实验的学习，真正提高认识问题、分析问题和解决问题的能力。

【教学过程】在日常生活中，我们都有这样的体验：用大小不同的力推同一辆车，速度改变的快慢是不同的。

推力越大，速度改变越快，产生的加速度也越大；而用同样的外力推空车和推满载的车，速度改变的快慢也不同，物体的质量越小，速度改变越快，产生的加速度就越大。

于是我们猜想，物体所获得的加速度可能与外力有关，还可能与物体本身的质量有关。

据此，我们可以提出这样的假设：物体所获得的加速度，由它的质量和它所受的合外力共同决定。