高中物理4.2实验探究加速度与力、质量的关系导学案新人教版必修1

人教版高中物理必修一同步教学导学案4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系（无答案）1 / 34.2 实验：探究加速度与力、质量的关系【学习目标】1．通过实验探究加速度与力、质量的定量关系；2．会用控制变量法研究物理规律，能通过a －F 、a －1m 图象研究加速度与力、质量之间的关系 【使用说明】阅读教材P71至P74，自主完成预习案、探究案，用红笔标出疑问，以备合作探究。

【预习案】——帮助你梳理基本知识1. 加速度与力、质量的定性关系加速度是描述物体 的物理量；当物体的质量一定时，受力越大，加速度 ；当物体受力一定时，它的质量越小，加速度 。

这表明：加速度的大小由物体的质量和受到的作用力共同决定。

2. 实验的基本思想——控制变量法（1）保持研究对象即小车的质量不变，改变砝码盘的质量，即改变 ，测出小车的对应加速度，探究加速度与作用力的关系．（2）保持砝码盘的质量不变，即保持作用力不变，改变研究对象小车的 ，测出不同质量对应的加速度，探究加速度与质量的关系．3. 上图中，砝码盘在重力作用下拉动小车，拉力是否等于小车所受的合力？为什么？4. 教材P73图4.2-6所示，将木板的右端适当垫高，使木板形成斜面，这样做的目的是什么？5. 注意事项（1）实验中应先接通电源后释放小车．（2）在平衡摩擦力时，不要悬挂砝码盘，但小车应连着纸带且接通电源．用手轻轻地给小车一个初速度，如果在纸带上打出的点间隔均匀，表明小车受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡．（3）改变砝码盘的质量过程中，要始终保证砝码盘的总质量 （远小于、远大于）小车的质量．（4）作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的点也要尽可能地分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可舍去．【探究案】——帮助你理解重难点探究一：保证小车质量一定，探究加速度与力的关系6．如图所示为某同学设计的“探究加速度与力、质量的关系”实验装置简图，A 为小车，B 为电火花计时器，C 为装有砝码的小桶，D 为一端带有定滑轮的长方形木板．电源频率为50Hz 。

第四章运动和力的关系第二节实验：探究加速度与力、质量的关系知识梳理▼探究加速度a与力F及质量m的关系时，应用的基本方法是控制变量法。

(1)保持质量不变，探究加速度跟的关系．(2)保持合外力不变，探究加速度与的关系．(3)作出a－F图象和a－1m图象，确定a与F、m的关系．三、实验器材6．重复步骤5三次，得到三条纸带．7．在每条纸带上都选取一段比较理想的部分，标明计数点，测量各个计数点到O计数点间的距离，利用逐差法或v－t图象法求a.8．以a为纵坐标，F为横坐标，描点、画线，如果该线为过原点的直线，说明2．因实验原理不完善造成误差：本实验中用小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力（实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力），存在系统误差．小盘和砝码的总质量越接近小车的质量，误差就越大；反之，小盘和砝码的总质量越小于小车的质量，误差就越小．3．平衡摩擦力不准造成误差：在平衡摩擦力时，除了不挂小盘外，其他的都跟正式实验一样（比如要挂好纸带、接通打点计时器），匀速运动的标志是打点计时器打出的纸带上各点的距离相等．经典例题▼对原理的理解和误差的分析【例】 1、在“探究加速度与力、质量的关系”的实验步骤中，下列做法中正确的是( ) A．同时改变拉力F和小车质量m的大小B．先保持小车质量m不变，研究加速度a与拉力F的关系，再保持F不变，研究a与m 的关系，最后导出a与m及F的关系C．只改变拉力F的大小，小车质量m的大小始终保持不变D．只改变小车质量m的大小，拉力F的大小始终保持不变2、a、b、c、d四位同学做《验证牛顿第二定律》的实验，设小车质量和车上砝码质量之和为M，砂及砂桶的总质量为m，分别得出如图a、b、c、d四个1图线，则以下说法中正确的图线，其中图a、b、c是a−F图线，图d是a−M是( )A．a和b较好地把握了实验条件M>>mB．c和d则没有把握好实验条件m>>MC．a同学长木板的倾角太大，而b同学长木板倾角太小D．a、b、c三同学中，c同学较好地完成了平衡摩擦力的操作(3)速度大小和方向都改变．3、用打点计时器测量加速度，探究加速度与力、质量的关系时，需要平衡摩擦力．平衡摩擦力时，应该让小车( )A．挂上钩码，拖上纸带，开动打点计时器B．不挂钩码，拖上纸带，开动打点计时器C．挂上钩码，不拖纸带D．不挂钩码，不拖纸带4、在做“测量做直线运动物体的瞬时速度”的实验时，某同学得到一条用打点计时器打下的纸带如图所示，并在其上取编号A至G共7个计数点，每相邻两个计数点间还有4个点没有画出，打点计时器接在周期为T0=0.02s的交流电源。

《实验：探究加速度与力、质量的关系》【学习目标】1.认识影响加速度的因素—力和质量.2.通过实验测量加速度、力、质量，分别作出加速度与力、加速度与质量的关系图象.3.能根据图象得出加速度与力、质量的关系.4.体会“控制变量法”对研究问题的意义.【重点难点】1.体验实验探究过程：明确实验目的、分析实验思路、制定实验方案、得出实验结论.2.初步认识数据处理时变换坐标轴的技巧.3.初步了解将“不易测量的物理量转化为可测物理量”的实验方法.4.会对实验误差作初步分析.【知识链接】1.探究加速度与力、质量的关系（1）物体运动状态变化的快慢，也就是物体____________的大小，与物体的____________有关，还与物体____________有关.（2）物体的质量一定时，受力越大，其加速度就____________；物体的受力一定时，质量越小，加速度就____________.（3）探究加速度与力的定量关系时，应保持物体____________不变，测量物体在____________的加速度；探究加速度与质量的关系时，应保持物体__________不变，测量不同质量的物体在____________下的加速度.2.制定实验方案时的两个问题（1）测量物体的加速度可以用刻度尺测量____________，并用秒表测量____________，由公式____________算出.也可以在运动物体上安装一条通过打点计时器的纸带，根据____________来测量加速度.（2）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____________关系.3.怎样由实验结果得出结论在本探究实验中，我们猜想物体的加速度与它所受的力成________，与质量成____________，然后根据实验数据作出____________图象和____________图象，都应是过原点的直线.【问题探究】当研究三个或三个以上的参量之间的关系时应采用什么研究方法？在探究加速度与力的关系时，这个力应是物体所受的合力，如何为运动物体提供一个恒定的合力？在研究加速度与质量的关系时，为什么要描绘a －m1图象，而不是a －m 图象？ 1.控制变量法研究三个量之间的关系时，先要保持某个量不变，研究另外两个量之间的关系，再保持另一个量不变，研究其余两个量之间的关系，然后综合起来得出结论.这种研究问题的方法叫控制变量法，是物理学中研究和处理问题时经常用到的方法.例如本实验中：控制m 不变，研究加速度a 与外力F 的关系；控制F 不变，研究加速度a 与质量m 的关系.2.探究加速度与力的关系（1）探究加速度与力的关系，这个力应该是物体所受的合力，故探究时应设法使你测出的力就是该物体的合力.采用案例中的设计方案时，近似认为砝码和托盘的重力就是小车所受的合力，这就必须平衡掉小车运动过程中所受的摩擦力，具体方法是：将木板固定打点计时器的一端垫高到一个适当的角度，使重力沿斜面的分力与摩擦力平衡，使得连有纸带的小车在上面轻轻一推恰能匀速下滑为止.（2）利用所测得的数据在a －F 坐标上描点并连线，所连的直线应通过尽可能多的点，不在直线上的点应均匀分布在直线两则，这样所描的直线可能不过原点，如图4－2－1所示.图4－2－1图（a ）是由于平衡摩擦力时斜面倾角太小，未完全平衡摩擦力所致；图（b ）是由于平衡摩擦力时斜面倾角太大，平衡摩擦力过度所致.特别提醒：平衡摩擦力时要使小车拖着纸带，使纸带通过打点计时器，并且使打点计时器处于工作状态，通过打下的纸带判断小车是否做匀速直线运动，从而判断是否已经平衡了摩擦力.3.在研究加速度与质量的关系时，为什么描绘a －m1图象，而不是描绘a －m 图象？ 在相同力的作用下，质量m 越大，加速度越小.这可能是“a 与m 成反比”，但也可能是“a 与m 2成反比”，甚至可能是更复杂的关系.我们从最简单的情况入手，检验是否“a 与m 成反比”.实际上“a 与m 成反比”就是“a 与m 1成正比”，如果以m 1为横坐标，加速度a 为纵坐标建立坐标系，根据a －m1图象是不是过原点的直线，就能判断加速度a 是不是与质量m 成反比.当然，检查a －m 图象是不是双曲线，也能判断它们之间是不是反比例关系，但检查这条曲线是不是双曲线并不容易；而采用a －m 1图象，检查图线是不是过原点的倾斜直线，就容易多了.这种“化曲为直”的方法是实验研究中经常采用的一种有效方法，在以后的学习中也会用到.4.实验中需注意的事项（1）平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变托盘和砝码的质量，还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力.（2）平衡摩擦力后，每次实验必须在满足小车和所加砝码的总质量远大于砝码和托盘的总质量的条件下进行.只有如此，砝码和托盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等.（3）小车应靠近打点计时器且先接通电源再释放小车.（4）作图象时，要使尽可能多的点分布在所作直线上，不在直线上的点应尽可能均匀地分布在所作直线两侧.离直线较远点是错误数据，可舍去不予考虑.【典型例题】应用点一：数据处理例1：若测得某一物体m 一定时，a 与F 的关系的有关数据资料如下表. a /（m·s －2）1.98 4.06 5.95 8.12 F /N 1.002.003.004.00（1）根据表中数据，画出a －F 图象.（2）从图象可以判定：当m 一定时，a 与F 的关系为_________.解析：由表格中的数据可知，a 与F 增加的倍数大致相等，可先假设a 与F 成正比，则图象是一条过原点的直线.同时因实验中不可避免地出现误差，研究误差产生的原因，从而可减小误差，增大实验的准确性.连线时应使直线过尽可能多的点，不在直线上的点应大致分布在直线两侧，离直线较远的点应视为错误数据，不予考虑.因此在误差允许的范围内图线是一条过原点的直线.答案：（1）如图4－2－2所示图4－2－2（2）成正比关系误区警示：采用描点法画图象时应该用直线把描出的点连起来，使不在直线上的点尽可能的均匀分布于直线两侧，这样可以减小实验误差，且离直线较远的点，误差很大，就是错误数据，可直接舍去，绝对不能连成折线.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：（1）根据表中所列数据，画出a －m 图象. （2）由a －m1关系可知，当F 一定时，a 与M 成__________关系. 解析：要画a 与m 1的图象，需要先求出对应的m1，其数据分别为：0.50 kg -1、0.67 kg -1、0.80 kg -1、1.00 kg -1.然后描点、连线，得到的图象如图4－2－3所示，由图象可知a 与m1成正比，即a 与M 成反比.答案：（1）a －m1图象如图4－2－3所示图4－2－3（2）反比点评：探究加速度与质量的关系时，有的同学作出了a－M图象如图4－2－4所示，并由此图象得出了加速度与质量成反比，这是不可以的，如果图线是直线，我们可以直接得出加速度与质量的对应关系，但如果图线是曲线，我们就无法确定加速度与质量的关系，这时可采用“化曲为直”的方法进行处理.图4－2－4应用点二：实验误差分析例3：用图4－2－5（a）所示的装置是研究质量一定时，加速度与作用力的关系.研究的对象是放在长木板上的小车，小车的质量为M，长木板是水平放置的.小车前端拴着细轻绳，跨过定滑轮，下面吊着砂桶.实验中认为细绳对小车的作用力F等于砂和桶的总重力mg.用改变砂的质量的办法来改变小车的作用力F，用打点计时器测出小车的加速度a，得出若干组F和a的数据.然后根据测得的数据作出a－F图线.图4－2－5一学生作出图4－2－6（b）所示的图线，发现横轴上的截距OA较大，明显地超出了偶然误差的范围，这是由于在实验中没有进行下面的步骤，即__________________________.解析：细绳对小车的拉力F达到一定的数值前，小车仍静止，表示木板的摩擦力较大不能忽略，同时也表明该同学做实验时，没有给实验装置平衡摩擦力.答案：没有给实验装置平衡摩擦力点评：运用图象分析实验误差原因，是实验探究中一项很重要的能力.【课堂练习】1、某学生在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，测得小车的加速度a与拉力F 的资料如下表所示.F/N 0.20 0.30 0.40 0.50a/（m·s－2）0.10 0.21 0.29 0.40 （1）根据表中的数据在图4－2－6坐标系中作a－F图线.图4－2－6（2）图线在F轴上截距的物理意义是_________________________________________.2、在上题中，如果此学生根据测得的数据作出的a－F图线如图4－2－7所示，则实验中出现误差的原因是____________.图4－2－73、.教材第76页问题【学后反思】。

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。

第四章牛顿运动定律第二节实验——探索加速度与力、质量的关系【学习目标】1.了解实验过程，体验科学研究的方法；了解控制变量法研究物理规律。

2．掌握利用图象处理实验数据的方法。

【重点难点】1、控制变量法探究物理规律。

2、实验设计与实验数据分析处理方法。

预习案【自主学习】1、本节通过实验要探究哪三个量的关系？通过什么方法设计实验？2、怎样测量（或比较）物体的加速度3、怎样提供和测量物体所受的恒力4、怎样进行数据处理？5、实验中平衡摩擦力的目的和方法是什么？【学始于疑】（请将预习中不能解决的问题记录下来，供课堂解决。

）探究案【合作探究】探究加速度与力、质量的关系：1．用天平测出小车和小盘(包括其中砝码)的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来．2．如图将实验器材安装好(小车上不系绳)．3．把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，平4．将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，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及此时所挂重物的重力m o g．5．保持小车的质量不变，改变小盘(包括其中砝码)的质量，重复步骤4多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带重物的重力m1g、m2 g…表1：M不变，加速度a与受力的关系6．保持小车所受的合外力不变，在小车上加砝码，并测出小车和放上砝码后的总质量M1，接通电源放开小车，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．7．继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码．表2：F不变，加速度与质量的关系8．利用以上两表中的数据，分别在坐标系中作出M不变时，a一F图象和F不变时，a 一M图象．实验注意事项对于教材提供的实验“参考案例”，操作时应注意以下几点：①牵引小车的砝码应有10g、20g、50g等规格。

没有小规格砝码，可用沙桶装沙替代，质量用天平称量。

②探究加速度与力的关系：小车质量为200g，两车上面均可加100g左右的砝码。

《探究加速度与力、质量的关系》教学设计在新教材教学中，新课标要求我们改变过去过分强调知识传授的倾向，注重科学探究精神，让学生亲自经历科学探究过程，学习科学研究的方法，培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识。

“探究式教学”是实现其作用的很好的教学方法，加之物理学科的特点，“探究式教学”理应受到我们物理教师的青睐。

可一些习惯于旧的传授式教学的老师，一时难以转变教学模式，不知如何操作，改革的浪潮又推着你必须前进，因此倍感苦恼；又因“探究式教学”操作过程调控难度大，更让一些教师感到力不从心。

笔者这几年一直在进行这方面的尝试探究（我校物理组一直在进行《引导发现尝试探究》的课题研究），小有收获，在具体操作“探究式教学”的过程中感觉还算比较顺手。

下面就我上过的高一物理必修1第四章第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》一堂公开课，谈谈我对这节探究课的大概设计思路和课后的反思体会。

一、教学设计1．吃透新课标精神，领悟教材教学意图，确立三维一体的目标新课标较原有的教学大纲更注重对学生动手能力、探索能力、自己总结观察现象的能力的培养，以本节课为例，以前是验证牛顿第二定律，注重的是知识的再现，而现在变为探究，注重的是问题的提出与发现。

本节课以实验的形式出现，不仅锻炼学生的动手能力，更重要的是如何设计实验，如何提出问题，以及如何操作，如何进行数据处理，分析并得出实验结果，这些才是现代中学生最应该掌握的方法和技巧。

至于学生自己设计的方案不管是否符合要求，不管实验后能否得出正确的结论，都要加以鼓励，因为学生在设计和实际操作中的亲身体验才是最重要的。

因此，本节课的三维目标制定如下：【三维目标】（一）知识与技能·理解物体运动状态的变化的快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关。

·通过实验探究加速度与力的定量关系。

（意图：加速度与质量的定量关系下一课时探究，实践证明1课时45分钟根本无法探究2个问题，若调成2课时合上，又给学校正常的教学秩序带来不便，所以建议分2课时探究。

第2节实验：探究加速度与力、质量的关系导学案【学习目标】1.能够设计探究加速度与力、质量的关系实验方案。

2.能够完成实验的操作和测量过程，以及通过控制变量法对数据进行图像处理，体验如何平衡摩擦力，减小系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作方法。

【学习重难点】1.怎样测量物体的加速度；（重点）2.平衡摩擦力和测量物体所受的合外力；（重点）3.对平衡摩擦力方法的理解以及测量物体所受的合力的方法；（难点）4.指导学生选器材、设计方案、进行实验、作出图像、得出结论。

（难点）【知识回顾】1.牛顿第一定律：一切物体总保持状态或静止状态，除非作用在它上面的迫使它改变这种状态。

2.意义：揭示了运动与力的关系，即力不是维持物体运动状态的原因，而是改变物体运动状态的原因。

3.惯性：物体保持原来状态或静止状态的性质叫作惯性。

牛顿第一定律也被叫作惯性定律。

4.惯性与质量：决定物体惯性大小的物理量是它的质量，质量大的物体惯性。

说明惯性大小只由质量大小决定，与其他因素无关。

【自主预习】1.实验方法：法2.实验思路：本实验有三个需要测量的量：物体的、物体所受的和物体的。

测出它们的值，分析数据，得出结论。

(1)质量M：用测量。

(2)测量物体的加速度a方案一：利用打出的纸带测量小车的加速度a。

“逐差法”求解加速度：方案二：让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动，在相等的时间内，由x ＝12at 2知 ，把测量加速度转换成测量位移。

(3)测物体受到的拉力F方案一：用 法补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力，小车所受的拉力近似等于槽码的总重力。

阻力补偿后，绳的拉力F 为小车所受合外力，绳的拉力F ＝mg 须满足 的条件，其中m 为槽码质量，M 为小车质量。

方案二：用 测拉力【课堂探究】 思考与讨论：(1)由牛顿第一定律的学习，什么是改变物体运动状态的原因？ (2)由牛顿第一定律的学习，质量的大小对物体状态的改变是否有影响？(3)我们知道描述物体状态改变的物理量是速度，那么速度变化的快慢我们通常用哪个物理量来描述？ (4)加速度与力、质量之间存在怎样的定量关系呢？ 一、实验思路 思考与讨论：(1)当我们要探究某个物理量与另外两个或多个物理量之间的定量关系时，我们在探究过程中通常需要如何来做比较合理？(2)我们在探究加速度与力、质量的关系时，我们应当如何应用控制变量法来进行实验？ (3)根据以上讨论，你认为实验过程中我们需要测量哪些物理量呢？(4)为最终实现对加速度与力、质量关系的探究，你是否可以用以下实验器材设计一个或几个方案完成这一任务呢？二、物理量的测量（一）物理量的测量1.质量的测量：用测量2.加速度的测量：方法一：如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，则可利用刻度尺测量位移和秒表测量时间，然后由公式可算出。

必修一 4.2实验：探究加速度与力、质量的关系一、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，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．三、教学重难点教学重点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、教学方法探究、讲授、讨论、练习六、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1课时八、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4—2—1；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，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．（三）合作探究、精讲点拨一、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4—2—2)．组1生2：我们设计实验的实验原理如下；因·为两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=(v2－v02)/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．表格设计如下：参考表格小车l 小车2次数拉车砝码(s) 位移x1／cm 拉车砝码(s) 位移x2／cm12345生2次数拉车砝码(g) 加速度a1拉车砝码(e) 加速度a212345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4—2—3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，a—F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a—M图象则图象是曲线，我们可以作a—1／M图象来解决这个问题，物体的加速度和质量成反比，所以a—1／M图象应该是一条过原点的直线．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．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．（四）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]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、板书设计表格数据分析十、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必修一4.2实验：探究加速度与力、质量的关系学案课前预习学案一、预习目标实验目的，实验思路，实验方案，实验结果的分析二、预习内容1、一切物体总保持_______状态或________状态，除非__________________，这就是牛顿第一定律．牛顿第一定律揭示了运动和力的关系：力不是_________的原因，而是______________的原因．2、物体的这种保持_________或__________的性质叫做惯性，惯性是物体的____性质．三、提出疑惑课内探究学案一、学习目标知识与技能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，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．二、学习过程1、两车质量相同．表格设计如下：2、某次实验用打点计时器交流电的频率为50Hz，纸带的记录如图4-2-9所示（使用图4-2-3所示的装置）,图中前几个点模糊,因此从A点开始每打五个点取一个计数点,其中B、C、D、E点的对应速度v B=_____m/s, v C=_____m/s, v D=_____m/s, v E=_____m/s,由此测得小车的加速度是多大？三、反思总结本节我们学习了：1．力是物体产生的原因．2．用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，越大，物体的也越大；合外力一定时，物体的越大，其越小，且合外力的方向与加速度的方向。

打点计时器纸带4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系1、学会用控制变量法研究物理规律，2、学会怎样由试验结果得出结论，3、探究加速度与力、质量的关系重点：探究加速度与力、质量的关系 难点：由实验结果得出结论。

【自主学习】 一、实验目的探究加速度与力、质量的关系：当质量一定是，加速度与力成 ；当作用力一定是，加速度与质量成 。

二、实验原理1、采用控制变量法：当研究对象有两个以上的参量发生牵连变化时，我们设法控制某些参量使之不变化，而研究其中 的变化的方法。

本试验有F m a 三个参量，研究加速度与力、质量的关系时，我们先控制一个变量。

即当力不变时，加速度与 的关系；当质量不变时，加速度与 的关系。

2、要测量的物理量有：三、 实验器材打点计时器，纸带及复写纸片，小车，一端附有定滑轮的长木板，小桶和砂，细绳，导线，天平， ，砝码。

四、实验步骤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、按图把实验器材装好，不挂小桶。

3、平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，让小车能在其上面做匀速运动。

4、把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小桶，先接通电源在放开小车，取下纸带并标上号码。

5、保持质量不变，做上述试验，把力对应的纸带标好。

6、保持力不变，做上述试验，将质量对应的纸带标好。

7、计算出加速度，作出加速度与力的图像及加速度与质量得到数的图像。

【合作探究】一、实验数据记录及数据处理表一：表二：画出图像：实验结论：物体的加速度与物体的成反比，与物体成正比。

二、实验注意事项总结1．在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力的关系”；又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”。

这种研究物理问题的科学方法是A．建立理想模型的方法B．控制变量法C．等效替代法D．类比法2．在“验证牛顿运动定律”实验的准备阶段，小车不挂小桶时，先将木板的一端垫起一定高度。

第二节实验：探究加速度与力、质量的关系1．会做“探究加速度与力、质量的关系”实验。

2．学会用“控制变量法”探究加速度与力、质量的定量关系。

3．会用图象表示加速度与力、加速度与质量之间的关系。

能根据实验数据得出实验结论。

1.实验原理(1)探究方法——□1控制变量法 ①控制□2小车的质量M 不变，改变□3拉力F，探究加速度a与力F 的关系。

②控制□4砝码和小盘的质量m不变，即力F 不变，改变□5小车的质量M ，探究加速度a 与质量M 的关系。

(2)要测量的物理量 ①小车和放在小车上的钩码的总质量M 。

②小车受的拉力F (小盘和盘内砝码的总重力)。

③小车的□6加速度a。

2．实验器材□7打点计时器、纸带、复写纸、小车、□8一端附有定滑轮的长木板、小盘、钩码(100 g)4个、夹子、细绳、低压□9交流电源、导线、天平(带有一套砝码)、□10刻度尺。

课堂任务 探究过程·获取数据仔细观察实验装置图，认真参与“师生互动”。

活动1：本实验作为研究对象的物体是什么？提示：作为研究对象的物体是小车。

活动2：怎样测量(或比较)物体(例如小车)的加速度？提示：如果物体做初速度为0的匀加速直线运动，则用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，然后由a＝2x t2算出。

也可以在运动物体上安装一条打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度。

也可以不测加速度的具体数值，测量不同情况下(即受力不同时、质量不同时)物体加速度的比值。

由于a＝2x t2，如果测出两个初速度为0的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移x 1、x 2，则a 1a 2＝x 1x 2。

活动3：怎样提供并测量物体(例如小车)所受的恒力？提示：如图所示，当小盘和砝码的质量远小于小车质量的情况下，可以认为小盘和砝码的重力近似等于小车所受的拉力(合外力)。

活动4：怎样平衡小车在运动过程中的摩擦力？提示：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车，使小车可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)。