- 1 - 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
【知识要点】
知识点1 实验原理
1．控制变量法—研究多个变量之间关系的重要方法。
2.加速度与力的关系
基本思路：保持物体的质量不变，测量物体在不同力下的加速度，分析加速度与力的关系．
实验数据的分析：作出a－F图象,若是过原点的直线，说明a∝F。
3.加速度与质量的关系
基本思路：保持物体受力不变，测量不同质量的加速度，分析加速度与质量的关系．
实验数据的分析：作出a－1m图象,若是过原点的直线，说明a∝1m。
知识点2 制定实验方案时的两个问题
本实验需测量的物理量:加速度、物体所受的合外力、物体的质量
1．测量(或比较)物体的加速度：
(1)测量方法
①让物体做初速度为零的匀加速直线运动，测量物体运动的位移和时间，由x＝12at2公式算出．
②让物体做初速度为零的匀加速直线运动，在运动物体后安装一条通过打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度．
(2)比较方法：测出两个初速为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x1、x2，位移之比就是加速度之比．a1a2＝x1x2
2．提供和测量物体所受的恒力
①平衡摩擦力：为了消除摩擦力对小车的影响，必须将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，直到小车不挂重物时能匀速运动为止．
②所挂重物的质量远小于小车的质量，可近似认为重物所受的重力大小等于小车所受合外力的大小．
图1
知识点3 实验的注意事项
①平衡摩擦力要适度，不能出现平衡不足或平衡过度的问题．
②先通电后放车．
③实验中需保证盘和盘中所放砝码的总质量m与小车和砝码总质量M的关系为m≪M.
【典型例题】
例1 在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，利用如图2所示的装置．
(1)本实验采用的实验方法是______
A．控制变量法 B．假设法 C．理想实验法
(2)下列说法中正确的是______
A．在探究加速度与质量的关系时，应改变拉力的大小
1．下面是“探究加速度与力、质量的关系”的实验步骤：
①用天平测出小车质量M和小盘质量m
②安装好打点计时器，在小车上装好纸带
③调整长木板的倾斜程度
④在小盘中放入适量的砝码m1
⑤保持小车质量一定时，探究加速度与力的关系
⑥保持小车所受拉力一定时，探究加速度与质量的关系
(1)步骤③的目的是________。
(2)步骤④中，要求小盘和砝码总质量(m＋m1)________小车质量M。
(3)步骤⑤和⑥，表明该实验采用的科学方法是________。
解析： (1)步骤③是为了平衡掉小车与木板、纸带与打点计时器间的摩擦力。
(2)步骤④中，要求小盘和砝码总质量(m＋m1)远小于小车的质量M。
(3)该实验采用的是控制变量法。
答案： (1)平衡摩擦力 (2)远小于 (3)控制变量法
2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图所示的装置。
(1)本实验应用的实验方法是________。
A．控制变量法 B．假设法
C．理想实验法 D．替代法
(2)下列说法中正确的是________。
A．在探究加速度与质量的关系时，应改变拉力的大小
B．在探究加速度与力的关系时，应该改变小车的质量
C．在探究加速度a与质量M的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a－1M图象
D．当小车的质量远大于小盘和砝码的总质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于小盘和砝码的总重力大小
解析： (1)实验采用了控制变量法，即先保证物体质量不变，研究加速度与合力的关系，再保证物体受力不变，研究加速度与质量的关系。
(2)探究a与M的关系时，保持F不变，改变M大小；探究a与F的关系时，保持M不变，改变F大小，故A、B错。a－1M关系图象为过原点的直线，作出这个图象容易证明
a与M成反比，C对。只有小车的质量远大于小盘与砝码的总质量时，小车受到的合力大小才约等于小盘与砝码的总重力，D对。
答案： (1)A (2)CD
4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系
〖详细教材分析〗
牛顿第一定律告诉我们力是产生加速度的原因。而运动状态的改变难易又与其自身的质量有关,因此本节探究加速度与力、质量的关系。由于是探究他们的比例关系,在数据处理这里学生会存在很大的困难,所以教师要充分的讲解数据处理的一般原则。实验操作上,使用打点计数器还是比较简单的,就是测量他所受的合力上会有些不理解,平时都是在书本上进行受力分析求合力,现在是真正的实物,所以教师要做好充分的演示讲解和平衡摩擦力等。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念:理解实验思路的合理性,以及用图象处理实验数据的有效性。
科学思维:经历实验的操作和测量过程,以及通过图象处理实验数据的过程,体验如何平衡摩擦阻力、减少系统误差的操作方法。
科学探究:体通过探究实验,培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。
科学态度与责任:通过探究激发学生的求知欲和创新精神。
〖教学重点与难点〗
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。
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。 〖教学方法〗
教师启发引导与探究法相结合,并辅以问题法、演示法、归纳法等。
〖教学准备〗
小车、打点计时器、电源、纸带、复写纸、一端带有滑轮的长木板、砝码盘、托盘天平、砝码、架子、刻度尺、多媒体课件等。
〖教学过程〗
一、新课引入 由牛顿第一定律,我们知道力是产生加速度的原因,惯性只与质量有关,质量越大惯性越难改变。这分别是加速度与力的关系和加速度与质量的关系。
这说明,加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。下面我们来探究加速度与力、质量之间的定量关系。
教学设计说明:直接应用课本的问题情景导入,有图有真相。
二、新课教学
（一）实验思路
问题提出
1、你认为应该如何完成这个探究实验?
2、比如,研究什么物体?
3、如何测量该物体受到的力?
4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
课前预习：
一、加速度与力的关系
保持物体的__________不变，测量物体在不同的力的作用下的__________，分析__________与__________的关系．二、加速度与质量的关系1．实验的基本思路，保持物体所受的力相同，测量不同__________的物体在该力作用下的__________，分析__________与__________的关系．
2．实验数据的分析，设计第二个表格，把不同物体在__________的作用下的加速度填在表中．在相同力的作用下，质量m越大，加速度a越小．这可能是__________，但也可能是__________，甚至是更复杂的关系．如果以__________为纵坐标、__________为横坐标建立坐标系，根据a－1/m图象是不是__________，就能判断加速度a是不是与质量m成反比．
三、制定实验方案的两个问题
这个实验需要测量的物理量有：物体的加速度、物体所受的力、物体的质量．__________可以用天平测量，本实验主要解决的主要问题是怎样测量__________和怎样提供与测量__________． 例1.在探究加速度和力的关系时，我们使用了两个完全相同的小车，水
平拉小车的绳的另外一端分别挂有不同数目的钩码，设钩码的数目与对
小车的拉力成正比，且操作符合实验要求．试根据下表中记录的信息
(表中小车位移单位为m)，得出加速度和力的关系.
实验次数第一次第二次第三次
项目钩码数目位移x钩码数目位移x钩码数目位移x小车110.1110.1120.23小车220.2330.3430.35 例2：若测得某一物体受力F一定时，a与M的关系数据如下表所示
a/(m·s－2)2.042.663.233.98M/kg2.001.501.251.00（1） 根据表中所列数据，画出图像；（2） 由图像关系可知，当F一定时，a与M成 关系。例3.某实验小组的几名同学在探究加速度与物体的质量以及外力关系
