高中物理必修一 实验：探究弹簧力与形变量的关系

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知识点梳理

重点题型（常考知识点）巩固练习

实验：探究加速度、力、质量之间的关系

【学习目标】

1．掌握在研究三个物理量之间关系时，常用的控制变量法

2．理解物体的加速度大小与力有关，也与质量有关

3．通过实验探究加速度与力和质量的定量关系

4．根据原理去设计实验，处理实验数据，得出结论

5．会分析数据表格，利用图象寻求物理规律

【要点梳理】

要点一、怎样测量（或比较）物体的加速度

1．物体做初速为0的匀加速直线运动，测量物体加速度最直接的办法就是用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，由公式22xat算出加速度。

2．可以在运动物体上连一条纸带，通过打点计时器打点来测量加速度。

3．也可以不测加速度的具体数值，而测不同情况下（即不同受力时、不同质量时）物体加速度的比值。根据22xat，测出两初速度为0的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1、x2，位移比就是加速度之比，即1122axax。

要点二、怎样提供和测量物体所受的恒力

在现实中，仅受一个力的情况几乎是不存在的。一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，在实验中我们只要测出物体所受的合力即可。如何为运动的物体提供一个恒定的合力？又如何测出这个合力呢？

可以在绳的一端挂钩码，另一端跨过定滑轮拉物体，使物体做匀加速运动的力就是物体的合力，这个合力等于钩码的重力。通过测量钩码的重力就可测得物体所受的合力。

要点三、平衡摩擦力

依据上面的方案中做匀变速运动的物体，受的合力并不等于钩码的重力。这是由于物体在相对运动，还要受到滑动摩擦力。

如何减小滑动摩擦力，使我们所测得的钩码重力尽可能接近于物体所受的合力？

①使用光滑的木板；

②平衡滑动摩擦力。将木板一端垫高，让物体从木板上匀速滑下，此时物体的重力分力就等于物体所受的摩擦力。

③平衡摩擦力后，当小车的质量发生改变时，不用再平衡摩擦力。这是由于sincosmgmg，等式的两边质量可以抵消，即与物体的质量大小没有关系。

§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.

第 1 页 共 7 页 第四章 牛顿运动定律

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系

★教学目标

(一) 知识与技能

1. 学会通过实验探究物体加速度与力、质量的关系

2. 在实验中掌握打点计时器的用法

3. 对自己的实验结果进行归纳分析

(二) 过程与方法

4. 根据所学知识及日常经验初步分析a、F、m三个物理量间的关系（定性分析）。

5. 采用控制变量的方法，通过实验对a、F、m三个物理量间的数量关系进行定量研究；运用列表法及图象法处理数据；根据实验数据，归纳、推理实验结论（定量分析）。

(三) 情感态度与价值观

6. 通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神

7. 学会与他人合作、交流，具有团队意识和团队精神。

★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

3. 实验数据的分析和处理。

★教学难点

1. 控制变量法的使用

2. 误差来源分析

★教学过程

一、导入：

师：牛顿第一定律定性地描述了物体的运动和力的关系，物体的运动不需要力来维持，力是使物体运动状态发生改变的原因。当物体受到的合外力不为0时，将使物体的运动状态发生改变。而物体运动状态（也就是运动速度）发生改变时，物体具有加速度，所以说物体受到的合外力不为0是物体产生加速度的原因，即力是物体产生加速度的原因。

师：上节课的学习中我们还了解到：质量是物体惯性的量度，质量越大，惯性越大，而惯性越大就代表物体的运动状态越难改变。运动状态难改变就是说速度变化慢即加速度小。所以质量也将决定物体加速度的大小。

师：从上面的分析我们知道，物体的加速度与合外力和质量有关，而且大体知道它们

第 2 页 共 7 页 之间是怎样的关系：质量一定时，受力越大，其加速度越大。例如，竞赛用的小汽车，质量与一般小汽车相仿，但因为安装了强大的发动机，能够获得巨大的牵引力，可以在四五秒内从静止加速到100km/h；受力一定时，质量越小，加速度越大，例如，同样牵引力下空车的加速比装满货物的车的加速度大。但是物体学研究不满足这样的定性关系。我们还想知道它们之间有怎样的定量关系。下面我们通过实验探究这个问题。

实验：探究加速度、力、质量之间的关系

【学习目标】

1．掌握在研究三个物理量之间关系时，常用的控制变量法

2．理解物体的加速度大小与力有关，也与质量有关

3．通过实验探究加速度与力和质量的定量关系

4．根据原理去设计实验，处理实验数据，得出结论

5．会分析数据表格，利用图象寻求物理规律

【要点梳理】

要点一、怎样测量（或比较）物体的加速度

1．物体做初速为0的匀加速直线运动，测量物体加速度最直接的办法就是用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，由公式22xat算出加速度。

2．可以在运动物体上连一条纸带，通过打点计时器打点来测量加速度。

3．也可以不测加速度的具体数值，而测不同情况下（即不同受力时、不同质量时）物体加速度的比值。根据22xat，测出两初速度为0的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1、x2，位移比就是加速度之比，即1122axax。

要点二、怎样提供和测量物体所受的恒力

在现实中，仅受一个力的情况几乎是不存在的。一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，在实验中我们只要测出物体所受的合力即可。如何为运动的物体提供一个恒定的合力？又如何测出这个合力呢？

可以在绳的一端挂钩码，另一端跨过定滑轮拉物体，使物体做匀加速运动的力就是物体的合力，这个合力等于钩码的重力。通过测量钩码的重力就可测得物体所受的合力。

要点三、平衡摩擦力

依据上面的方案中做匀变速运动的物体，受的合力并不等于钩码的重力。这是由于物体在相对运动，还要受到滑动摩擦力。

如何减小滑动摩擦力，使我们所测得的钩码重力尽可能接近于物体所受的合力？

①使用光滑的木板；

②平衡滑动摩擦力。将木板一端垫高，让物体从木板上匀速滑下，此时物体的重力分力就等于物体所受的摩擦力。

③平衡摩擦力后，当小车的质量发生改变时，不用再平衡摩擦力。这是由于sincosmgmg，等式的两边质量可以抵消，即与物体的质量大小没有关系。