實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系說課稿教案

1、實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系教材分析本節(jié)內(nèi)容與原教材有一個最大的不同，就是把驗證性實驗變成探究性實驗，體現(xiàn)了新課程 的理念，強調(diào)主動思考、積極探究，突出動手和合作，讓學(xué)生體驗探究過程，學(xué)習(xí)設(shè)計實驗和 處理實驗數(shù)據(jù)的方法，培養(yǎng)實驗?zāi)芰Α１竟?jié)內(nèi)容既是上節(jié)內(nèi)容的拓展，也是下節(jié)內(nèi)容前奏。實 驗的順利進行和正確結(jié)論的獲得是關(guān)鍵。學(xué)情分析力與運動關(guān)系的建立是一個漸進過程，牛頓第一定律給出了物體不受力作用時的運動規(guī) 律，物體受力作用時運動規(guī)律的探究就成為接下來的必然任務(wù)，學(xué)生對此有心里準(zhǔn)備。但如何探究？實驗中要思考、注意哪些問題？學(xué)生可能會出現(xiàn)困難，對此教師要加以引導(dǎo)、啟發(fā)。實 驗數(shù)據(jù)的處理方法和結(jié)論的

2、順利獲得也是學(xué)生感到困難的地方，也需要教師多加引導(dǎo)。當(dāng)然， 整個探究過程的有序進行同樣需要教師多加關(guān)注。設(shè)計思路以實驗探究為核心，從明確問題、設(shè)計方案、數(shù)據(jù)處理幾個側(cè)面進行展開，突出圖像法中 化曲為直的思想的引入。三維目標(biāo)知識與技能1 .理解物體運動狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關(guān)，也與質(zhì)量有關(guān)；2 .通過實驗探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系；3 .培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力。過程與方法1 .指導(dǎo)學(xué)生半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關(guān)系 .知道用控制變量法進行實驗；2 .學(xué)生自己設(shè)計實驗，自己根據(jù)自己的實驗設(shè)計進行實驗；3 .對實驗數(shù)據(jù)進行處理，看一下實驗結(jié)果能驗證什么問題。情感態(tài)度與價值觀1

3、.通過探究實驗，培養(yǎng)實事求是、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度；2 .通過實驗探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神；教學(xué)重點1 .控制變量法的使用；2 .如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行；3 .實驗數(shù)據(jù)的分析與處理。教學(xué)難點1 .如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行；2 .實驗數(shù)據(jù)的分析與處理。教具準(zhǔn)備多媒體課件，小車，一端帶滑輪長木板、帶小鉤或小盤的細(xì)線兩條；鉤碼（規(guī)格：10 g、20 g,用作牽引小車的力）；整碼（規(guī)格：50 g、100 g、200 g,用來改變小車的質(zhì)量）；刻度尺; 文件夾；粗線純（用來牽引小車）.打點計時器、學(xué)生電源、紙帶、氣墊導(dǎo)軌、微機輔助實驗 系統(tǒng)一套。教學(xué)過程新課導(dǎo)入由牛頓第

4、一定律的學(xué)習(xí)我們知道，力是改變物體運動狀態(tài)的原因，當(dāng)物體的運動狀態(tài)改變 時物體一定有加速度，所以也可以說力是使物體產(chǎn)生加速度的原因；同時我們還知道質(zhì)量是物體慣性大小的量度。這說明了運動物體的加速度既外力 F有關(guān)，又跟物體本身的質(zhì)量 m有關(guān), 那么這三者到底是怎樣的關(guān)系呢？這就是我們本節(jié)課所要研究的內(nèi)容。新課教學(xué)物體運動狀態(tài)變化的快慢，也就是物體加速度的大小，與物 體的質(zhì)量有關(guān)。例如，一般小汽車從靜止加速到 100km/h,只需 十幾秒的時間，而滿載的貨車加速就慢得多。物體運動狀態(tài)變化的快慢，還與物體受力的大小有關(guān)。例如， 競賽用的小汽車，質(zhì)量與一般的小汽車相仿，但因為安裝了強大 的發(fā)動機，能夠

5、獲得巨大的牽引力，可以在四五秒的時間內(nèi)從靜止加速到100km/h。這些事實告訴我們，物體的質(zhì)量一定時，受力越大，其加速度越大；物體受力一定時，它 的質(zhì)量越小，加速度也越大。然而，物理學(xué)不滿足于這樣定性的描述。我們還想知道，物體的 加速度與它受的力、它的質(zhì)量有什么定量關(guān)系。物體運動的加速度既然與外力F和本身的質(zhì)量m都有關(guān)系，為了研究這三者之間的關(guān)系， 我們可以用怎樣的方式？可以通過實驗的方式來研究。象這種研究三個物理量之間關(guān)系的方式我們是否學(xué)習(xí)過 ？我們學(xué)習(xí)過與這種情況類似的內(nèi)容，例如初中電學(xué)中所學(xué)習(xí)的歐姆定律，就是討論三個物 理量I、R、U之間關(guān)系的內(nèi)容。那么同學(xué)們能回憶一下得出歐姆定律的具體

6、思路嗎 ？為研究這三個物理量之間的關(guān)系，先保持 R不變，研究I與U的關(guān)系；再保持U不變， 研究I與R的關(guān)系，然后綜合起來，就可以得出 I、R、U這三個物理量之間的關(guān)系，即歐姆 定律。這位同學(xué)回答的很好！今天我們研究的這一問題，能否用這種方式進行呢 ？可以用這種方法研究，因為兩者具有相似之處。是這樣的，為了研a與F、m三個物理量的關(guān)系，可以先保持 m不變，研究a與F的關(guān) 系，再保持F不變，研究a與m的關(guān)系，然后把研究的結(jié)果綜合起來，就可以得出 a、F、m 這三個量之間的關(guān)系。下面我們就先來研究第一個問題，加速度和力的關(guān)系。一、制定實驗方案時的兩個問題這個實驗需要測量的物理量有三個：物體的加速度、

7、物體所受的力、物體的質(zhì)量。質(zhì)量可 以用天平測量，并不困難，本實驗要解決的主要問題是怎樣測量加速度和怎樣提供與測量物體 所受的力。1 .怎樣測量（或比較）物體的加速度如果物體做初速度為0的勻加速直線運動，那么，測量物體加速度最直接的辦法就是用刻度尺測量位移并用秒表測量時間，然后由a=22x算出。也可以在運動物體上安裝一條打點計時 t2器的紙帶，根據(jù)紙帶上打出的點來測量加速度。其實，在這個實驗中也可以不測加速度的具體數(shù)值， 這是因為我們探究的是加速度與其他 量之間的比例關(guān)系。因此，測量不同情況下（即不同受力時、不同質(zhì)量時）物體加速度的比值， 就可以了。由于a=22x,如果測出兩個初速度為0的勻加速

8、運動在相同時間內(nèi)發(fā)生的位移 xi、X2,位 t2移之比就是加速度之比，即：a2x22 .怎樣提供和測量物體所受的恒力現(xiàn)實中，除了在真空中拋出或落下的物體（僅受重力）外，僅受一個力的物體幾乎是不存 在的。然而，一個單獨的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的， 因此，實驗中力F的含義可以是物體所受的合力。如何為運動的物體提供一個恒定的合力？如何測出這個合力？有很多可行的方法。 實驗設(shè) 計時可用細(xì)線對小車施加一個拉力，拉力大小在一定條件下可以認(rèn)為等于跨過滑輪的懸掛物的 重力。（這樣會帶來系統(tǒng)誤差）【思考討論】摩擦力對實驗有沒有影響？如何減小或消除摩擦力的影響?介紹平衡摩擦力的方

9、法。、加速度與力的關(guān)系分析加分析實驗的基本思路：保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同的力的作用下的加速度， 速度與力的關(guān)系。設(shè)計一個實驗，保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在各個不同的力的作用下的加速度, 加速度與力的關(guān)系。大家分組討論并且每組設(shè)計一個實驗方案，并說明實驗的原理。研究的實驗裝置如圖1所示。本實驗只能定性討論a與F的關(guān)系，所以我們?nèi)≠|(zhì)量相同的 兩輛小車，放在光滑的平面上，小車的一端拴上細(xì)繩跨過定滑輪，下面掛著小盤，盤里分別放 著數(shù)目不同的整碼，小車的另一端也拴著純子，并用夾子夾住，如圖2所示。在上述實驗中，當(dāng)我們打開夾子后，小車將在水平細(xì)純的恒定的拉力作用下做勻加速直線 運動，通過改變盤

10、里所放整碼的數(shù)目，來改變拉力的大小。請同學(xué)們思考一下我們?yōu)槭裁从脙奢v小車同時進行實驗 ？因為本實驗只是定性尋找a與F的關(guān)系，所以通過兩輛小車同時實驗，可以比較不同外力 產(chǎn)生的加速度情況。加速度a的大小不便直接通過實驗讀出，而轉(zhuǎn)化為讀出 x的數(shù)值，這種測量變換的方法在科學(xué)研究中經(jīng)常被采用。在進行實驗之前還應(yīng)該先設(shè)計自己的實驗表格來記錄一下自己的實驗數(shù)據(jù)，那么你是怎樣設(shè)計表格使你的實驗數(shù)據(jù)得以記錄的呢？參考表格小車1小車2次數(shù)拉車整碼g g）位移xi/cm拉車整碼g g）位移x2/cm123下面請同學(xué)們觀察實驗：在兩整碼盤中放上不同數(shù)目的整碼，松開文件夾，使小車做初速為0的勻加速直線運動，經(jīng)過一段

11、時間，關(guān)上夾子。同學(xué)們觀察到了什么現(xiàn)象？我們看到受力大的小車運動的位移大，即此小車的加速度大，受力小的小車運動的位移小， 即加速度小。下面我們再來改變一下小盤中的整碼個數(shù)，再實驗一遍，請同學(xué)們注意觀察。（也可以播放實驗錄像讓學(xué)生觀看）通過這一實驗我們只能粗略地看出物體運動的加速度 a與所受的力F的關(guān)系，這是因為我 們并沒有具體測出a與F的數(shù)值，同時由于實驗中存在較大的系統(tǒng)誤差，所以只能大致地看 出a與F的關(guān)系。根據(jù)課本上的參考案例進行了實驗，因為已知小車的加速度和位移成正比，通過驗證位移 和受力之間的關(guān)系，即可得出加速度和受力的關(guān)系。實驗數(shù)據(jù)是怎樣進行處理的呢？為了更直觀地判斷加速度a與力F的

12、數(shù)量關(guān)系，我們以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)，根據(jù)各 組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點。如果這些點在一條過原點的直線上，說明 a與F成正比，如果不是 這樣，則需進一步分析?！舅伎加懻摗咳绻麤]有平衡摩擦力或平衡摩擦力不當(dāng)，圖象會有什么變化？（圖象不通過坐標(biāo)原點）由于系統(tǒng)誤差，aF圖象是不是一定始終是一條直線？（當(dāng)F較大時圖象會向下彎曲） 以上我們是通過控制物體的質(zhì)量不變來探究物體的加速度與物體所受力之間的關(guān)系，下面同學(xué)們繼續(xù)做實驗，通過控制物體所受的力不變來探究物體的加速度和質(zhì)量的關(guān)系三、加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗的基本思路：保持物體所受的力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度， 分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。下面

13、我們還用上面的實驗裝置來研究這個問題，請同學(xué)們想一想，這次應(yīng)該怎么做？兩整碼盤中放上相同的整碼個數(shù)， 使小車受到相同的拉力，為使小車的質(zhì)量不同，可在一 小車上放上整碼，以增大它的質(zhì)量。請幾位同學(xué)上臺做這次實驗，并觀察實驗現(xiàn)象。同學(xué)們看到了什么現(xiàn)象？在相同的時間里，質(zhì)量小的小車位移大，說明它的加速度大。改變小車質(zhì)量，重做實驗，得出相同結(jié)論。這次實驗跟前一個一樣，也只是粗略地反映 a與m之間的關(guān)系。實驗數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計表格（參考前面的表格），把不同物體在相同力的作用下的加速度 填在表中。根據(jù)我們的經(jīng)驗，在相同力的作用下，質(zhì)量 m越大，加速度a越小。這可能是“ a 與m成反比”，但也可能是“ a與m

14、2成反比”，甚至是更復(fù)雜的關(guān)系。我們從最簡單的情況 入手，檢馬是否“ a與m成反比”。在數(shù)據(jù)處理上要用到下面的技巧?！癮與m成反比”實際上就是“ a與工成正比”，如果以a為縱坐標(biāo)、工為橫坐標(biāo)建立坐 mm標(biāo)系，根據(jù)a-工圖象是不是過原點的直線，就能判斷加速度 a是不是與質(zhì)量m成反比。這種 m方法可以變曲線為直線，更便于準(zhǔn)確判斷。當(dāng) a-1圖象是一條過原點的直線時，就說明物體 m的加速度和質(zhì)量成反比。【思考討論】由于系統(tǒng)誤差，a1圖象是不是一定始終是一條直線？（當(dāng)工較大時圖象會向下彎曲） mm四、由實驗結(jié)果得出的結(jié)論在這個實驗中，我們根據(jù)日常經(jīng)驗和觀察到的事實，首先猜想物體的加速度與它所受的力 及

15、它的質(zhì)量有最簡單的關(guān)系，即加速度與力成正比、與質(zhì)量成反比，即：1a0cF, ax m如果這個猜想是正確的，那么，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)以 a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)，和以a為縱坐標(biāo)、1為橫坐標(biāo)作出的圖象，都應(yīng)該是過原點的直線。但是實際情況往往不是這樣：描出的 m點有些離散，并不是嚴(yán)格地位于某條直線上；用來擬合這些點的直線并非準(zhǔn)確地通過原點。這時我們會想，自然規(guī)律真的是a“F, a"工嗎？如果經(jīng)過多次實驗，圖象中的點都十分 m靠近某條直線，而這些直線又都十分接近原點，那么，實際的規(guī)律很可能就是這樣的。可見，到這時為止，我們的結(jié)論仍然帶有猜想和推斷的性質(zhì)。 只有根據(jù)這些結(jié)論推導(dǎo)出的 很多新結(jié)果都與事實

16、一致時，它才能成為“定律”。本節(jié)實驗只是讓我們對于自然規(guī)律的探究 有所體驗，實際上一個規(guī)律的發(fā)現(xiàn)不可能是幾次簡單的測量就能得出的。由此看來，科學(xué)前輩們在根據(jù)有限的實驗事實宣布某個定律時，既需要謹(jǐn)慎，也需要勇氣?，F(xiàn)在，科學(xué)研究人員做實驗時都要對誤差做定量的分析，以確認(rèn)這些偏差與實驗誤差的關(guān)系。這樣，下結(jié)論時的把握就大多了。精確的實驗表明：對質(zhì)量相同的物體來說，物體的加速度跟作用在它上面的力成正比， 即:曳=且或a0c Fa2 F2精確的實驗表明：在相同的力的作用下，加速度跟質(zhì)量成反比，即：ai m21=j或a0c 一a2 mim小結(jié)本節(jié)我們學(xué)習(xí)了：1 .力是物體產(chǎn)生加速度的原因；2 .用控制變量法探究物體的加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系；設(shè)計實驗的方法；3 .物體的質(zhì)量一定時，合外力越大，物體的加速度也越大；合外力一定時，物體的質(zhì)量 越大，具加速度越小，且合外力的方向與加速度的方向始終一致；4 .實驗數(shù)據(jù)的處理方法。布置作業(yè)板書設(shè)計2.實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系一、制定實驗方案時的兩個問題1 .怎樣測量（或比較）物體的加速度2 .怎樣提供和測量物體所受的包力二、加速度與力的關(guān)系三、加速度與質(zhì)量的關(guān)系四、由實驗結(jié)果得出的結(jié)論精確的實驗表明：對質(zhì)量相同的物體來說，物體的加速度跟作