高中物理4.2实验探究加速度与力质量的关系教案新人教版必修.doc

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4.2 探究加速度与力、质量的关系
教学过程设计

4.2 探究加速度与力、

课题

时间
质量的关系

一、知识与能力


课型
设计教师

新授课
授课教师

课时
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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
师生活动

1.学会通过实验探究物体加速度与力、质量的关系 定物体加速度的大小。
2.在实验中掌握打点计时器的用法 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
3.对自己的实验结果进行归纳分析 关，而且大体知道它们之间是怎样的关系：质量一定时，受力越大，
二、过程与方法 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，

教学
目标
1.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） 。2．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
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

分析） 。
三、情感态度与价值观
1.通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神
2.学会与他人合作、交流，具有团队意识和团队精神。
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
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。
师：如果某个物理量与好几个物理之间均有关系，那如何单独
研究它与其中一个物理量的关系呢？
生：控制变量法
控制变量法：要研究某两个量之间的关系，必须保证其它所有的量 都不变。比如我们如果要探究加速度与合外力的关系时一定要保证

重点
难点


难点
3.实验数 据的分析和处理。

1.控制变量法的使用
2.误差来源分析
这两个量之外的所有量均不变，这样才能确定加速度的变化仅仅是
由合外力的变化引起的。
[进行新课]
师：本节课我们探究的内容是加速度与力、质量的关系，那实
验中肯定要测量计算加速度、质量、合外力这三个物理量。

教法
探究、讨论、讲授


教材处理
教具

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打点计时器、小车、电源等

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师：对于物体运动的加速度的测量计算，哪位同学有好的建议？ 生：可以跟前面测量匀变速直线运动加速度一样 用打点计时器。
师：不错，这是一个非常好的建议。本节探究实验我们就是采
用打点计时器来测量计算小车的加速度。
师：对于小车质量的测量，我想大家应该知道用什么样的测量

【新课导入】 仪器吧？

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。


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生：用天平！
师：很好，就是用天平。现在我们已经解决了两个物理量的测
量计算。那还有最后一个，就是如何测量计算小车所受的合外力，
这是今天这节课的一个重点，也是一个难点。

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师：在思考如何测量物体所受的合外力前我们先思考如何才能给小车 提供一个恒定的合外力。大家可以根据老师给你们的实验仪器来思考回答
这个问题。
生：把附有滑轮的长木板平放在水平实验桌上，将细绳一端与小车相 连，一端绕过滑轮，下面挂上钩码。小车在钩码的牵引力下运动。通过增
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解：因为匀速，所以合外力为 0。物体受重力 G、支持力 N、摩 擦力 f。这三个力的合力为 0。如何利用这个关系呢？我们可以将重

力分解，分解后则有 mg cosq = N ，


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减钩码数改变小车的受力；通过往小车上增减砝码改变小车的质量。
师：回答得非常好，非常全面。通过增减钩码数改变小车的受力，那 我们如何来测量小车所受的合外力呢？是不是钩码的重力就是小车所受的

mg sin q = mN = mmg cosq Þ m = sin q = tanq ，所以动摩擦因 N
cosq
数为 tanq。

合外力呢？
生：小车受四 个力，重力、支持力、摩擦力、绳子的拉力。重力和支
问：如果此时给物体加上一个沿斜面q 下的力 F，那物体现在受 Gsin 向
到的合外力是多少？

持力相互抵消，物体的合外力就等于绳子的拉力减去摩擦力。小车所受的
合外力不是钩码的重力
师：那看起来比较麻烦，还要再去计算摩擦力，算摩擦力时又要m和 压力 N。总之这样要得到合外力的实验数据太麻烦困难了。能不能有好一 点的解决方法呢？这里主要是摩擦力惹的麻烦，有没有办法把摩擦力的影
响给消除了呢？
解：加了一个力以后刚才的那三个q力都没有变，所以它们的合 Gcosq
G
力还是 0，再加上一个力 F，所以物体现在的合力是 F。
平衡摩擦力：
我们将长木板倾斜一定角度q，q应该等于 arctan m ，此时物
体在斜面上受到的合外力为 0。做实验时肯定无法这么准确，我们只
要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上

生：不可能吧？物体在现实中不可能不受摩擦力！
师：我们虽然不能消除摩擦力，但我们可以消除摩擦力的作用效果，
通过前面的学习中我们已经了解到，一对平衡力的作用效果是可以相互抵 消的，我们能不能用一个与摩擦力平衡的力来抵消摩擦力的作用效果呢，
使摩擦力有等于没有。
师：其实答案我早就给你们了，大家还记得这样一道题吗？
如图一个木块正在倾角为q为的三角斜面上匀速下滑，试求斜面的
动摩擦因数。
的点来判断） ，这就说明此时物体合外力为 0，摩擦力被重力的沿斜 面向下的分力（下滑力）给抵消了。由于小车的重力 G、支持力 N、 摩擦力 f 相互抵消，那小车实验中受到的合外力就是绳子的拉力了。
师：那如何来测量绳子的拉力呢？
生：看钩码的重力就行了，钩码的重力不就是绳子的拉力吗？ 师：是吗？那请同学们先回答我一个问题：什么情况下绳子的
拉力等于钩码的重量？或当绳子拉力等于钩码重力时，钩码做的是
什么运动？

q

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（2）加速度与质量的关系
实验的基本思路：保
持物体所受的合外力相同， 测量不同质量的物体在该


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a


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生：当绳子拉力等于钩码重力时，钩码做的是匀速直线运动或静止。
力的作用下的加速度，分析
师：实验钩码做的是 匀速直线运动吗？
加速度与质量的关系。
生：不是！钩码与小车一样做匀加速直线运动，绳子的拉力应该小于钩码的重
实验数据记录处理：
力。
设计第二个表格，把不同物

师：那怎么办呢？理论计算发现当砝码质量比小车质量小得多时（£1/6） ，
绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。这个
结论在我们学完本章之后自己就可以证明。
体在相同力的作用下的加 速度填在表中。根据我们的 经验，在相同力的作用下，


0


F

三、探究过程
质量 m 越大，加速度 a 越小。这可能是"a 与 m 成反比" ，但也可能

1、第一种方案
是"a 与 m2 成反比" 甚至更复杂的关系。我们从最简单的情况入手， ，

实验装置图
（1）加速度与合外力的关系
检验是否"a 与 m 成反比" 。
按照初中的知识，检查 a 与 m 图象是不是双曲线，就能判断它
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。

实验基本思路： 保持物体的质量不变， 测量物体在不同的合力作用下物体的加速度，
分析加速度与合外力的关系。
实验数据的记录处理：设计一个表格，把同一物体在不同的力的作用下的加 速度填在 表中。为了更直观地判断加速度 a 与合力 F 的数量关系，我们以 a 为纵
一、你并不知道这条曲线延长下去是否会与坐标轴相交；二、你并
不知道是与 m 成反比还是与 m2 成反比。
是否成反比不容易看出来，但是否成正比还是比较容易看了，只要
图象是一条过原点的直线，那两个变量就是成正比。所以在数据处
1

坐标，F 为横坐标，根据各组数据在坐标系中描点。如果这些点在一条过原点的直
线上，说明 a 与 F 成正比，如果不是这样，则需要进一步分析。
理时我们用下面的技巧： a "


1
与 m 成反比"也就是"a 与
m 成正

实验次数
实验数据
a
F
比" 如果以 a 为纵坐标，以 为横坐标，根据图象是不是过原点 ，
m
1

第一次

第二次

第三次
的直线就可以判断 a 与 m 是不是成反比。要不是再用 2 m2 来试。 m

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