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视频标签：加速度与力,质量的关系
所属栏目：高中物理优质课视频
视频课题：人教版必修一物理第四章第二节探究加速度与力质量的关系-河南
教学设计、课堂实录及教案：人教版必修一物理第四章第二节探究加速度与力质量的关系-河南省 - 新乡
《实验：探究加速度与力、质量的关系》
【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，与质量也有关。
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.指导学生定量地探究加速度与力和质量的关系，知道用控制变量法进行实验。
2.引导学生自己设计实验，并根据设计进行实验。 3.对实验数据进行处理，并能根据数据结果得出结论。 情感、态度、价值观
1.通过实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。 2.通过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。 【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．在老师引导下提出切实可行的实验方案。 2．实验的操作过程。 【教学用具】
小车，一端带有滑轮的长木板， 50g规格钩码1盒（每盒10个），砝码1盒，刻度尺，打点计时器，学生电源，小桶，细线，纸带,刻度尺 【教学过程】
一、 回顾复习，引入新课
师：同学们，上节课我们学习了牛顿第一定律。首先，我请一位同学回忆一下牛顿第一定律的内容。
生：牛顿第一定律的内容是：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。
师：好，请坐。除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。那什么是运动状态的改变？（速度的改变）运动状态的改变就是速度的改变，也就是产生了加速度。这说明力是产生加速度的原因。即：力F是迫使物体“运动状态改变”的原因。另外，一切物体都有保持匀速直线运动状态或静止状态的性质。我们把这个性质称之为“惯性”。而惯性和哪些因素有关呢？（质量）对，惯性只和质量有关。这说明质量M可以用来描述物体“抵抗运动状态变化”的本领。而加速度又是描述物体“运动状态变化快慢”的物理量。看来这三个量之间存在着必然的联系。那究竟他们之间存在着什么样的关系呢？这节课我们就来探究加速度与力、质量的关系。
板书：4.2探究加速度与力、质量的关系 二、 新课教学，定性研究
师：加速度与力、质量三者之间到底存在着什么样的关系呢？我们先来做一个小实验。
学生上台做小实验
师：通过刚才的实验，大家对加速度、力、质量的关系做一个猜想，定性地分析一下它们的关系。
生：力越大，加速度越大。质量越大，加速度越小。 师：也就是说当M一定时，F越大，a越大。那能不能说a∝F呢？（不能）,因为也可能a∝F2
，a∝F3
…同理，当F一定时，M越大，a越小。那能不能说a∝1/M?(不能)，因为也有可能a∝1/M2
,a∝1/M3
…所以，只是定性地分析是不够的，我们还要通过实验来探究它们之间的定量关系。 三、 实验操作，定量探究
师：在我们物理中要研究一个量与两个量之间的关系时，用什么方法？
生：控制变量法。
板书：研究方法：控制变量法
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师：好，初中我们学习过控制变量法。即：一、保持m不变，探究a与F的关系。二、保持F不变，探究a与M的关系。
明确了研究方法，接下来，我们就要具体地设计实验方案。要想研究三者之间的关系，就要把三个量分别测量出来。大家想一想，M、a、F三个量分别用什么测量工具来测量？
生：质量用天平测量，加速度用打点计时器测量，力用弹簧测力计测量。
师：好，质量可以用天平测量，但是为了节约时间，老师已经给大家测量好，每组实验桌上的小车的质量都是0.178kg。每个钩码的质量都是50g，砝码上面都已经标有克数，所以，质量不用再测量。加速度可以用我们前面学过的打点计时器来测量。大家还记得吗，打点计时器打出纸带后，我们是用什么方法来计算小车的加速度？（逐差法）。好，一会儿我们就自己动手用“逐差法”来计算小车的加速度。还有一个物理量—力，这位同学说用弹簧测力计测量拉力，但是，大家想一想，如果用手通过弹簧测力计拉小车，能否保证这个拉力是个恒力？（不能）。因为手的抖动等因素很难保证这个拉力是个恒力。所以，我们能不能用别的方法来获得小车所受的拉力？大家可以看到我们每一组桌面上都有这样的实验器材，包括：小车，小桶，砝码，一端带有滑轮的长木板，打点计时器，纸带，刻度尺。大家开动脑筋，
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可以相互谈论，想一想：如何利用我们现有的实验器材，给小车提供一个恒力。并同时完成学案上的问题1。
学生谈论
师：请这一组同学说说你们的想法。
生：可以通过细线将小车和钩码连在一起，小车在钩码的牵引力作用下做匀加速直线运动，这时，钩码的重力大小就等于小车所受的拉力大小。
师：这位同学的思路很好，我们看，如果我们把这位同学所说的画成图，就是这样一个实验图。钩码通过细线拴在小车上，小车后面带着纸带，纸带穿过打点计时器。当钩码下落的时候，就会给小车提供一个拉力，这个拉力就近似等于钩码的重力，至于为什么是近似相等，我们下节课再详细地分析。而且，通过改变钩码的个数就可以改变拉力的大小。但是，这里还有一个疑问，小车在运动时绳上的拉力是不是等于小车受到的合力？（不是）它还受到木板对它的摩擦力，而且摩擦力不好测量，我们该如何来消除摩擦力的影响？又是如何知道摩擦力的影响已经被消除了？这就是我们学案上的第2个问题，请大家谈论完成学案。
生：把长木板一端垫高，用重力沿斜面向下的分力去平衡摩擦力，当细线上不挂钩码，轻推小车，小车能在木板上匀速下滑时，就证明摩擦力已经被平衡掉了。（那怎么知道小车是不是匀速直线运动?）可以通过打出的纸带是否点迹均匀来判断。此时，再挂上钩码小车所受的拉力就是小车所受的合力。
师：好，非常好。平衡完摩擦力我们就可以进行实验。我们再来明确一下需要测量的物理量：小车的加速度a,小车与其上砝码的总质量M,小车所受的拉力F。这里还要特别强调只有当m<<M时，小桶和砝码的总重力才近似等于小车所受的拉力。在我们现有的器材中，由于钩码的质量太大，所以，我们可以用小桶，或者在小桶里放砝码来给小车提供拉力。下面，我们就按照大屏幕上的实验步骤来进行分组实验。由于时间有限，我们分组进行，左边的同学做第一个实验：保持小车的质量不变，探究加速度与力的关系。右边的同学做第二个实验：保持小车的受力不变，探究加速度与质量的关系。每个小组测量5组数据，注意每个组员的分工。请大家一边做实验一边把数据填入学案的表格中，开始实验。
学生分组实验 四、 数据处理，得出结论
师：下面先来看第一个实验，黑板上是左边第一个小组的实验数据。我们通过建立直角坐标系，以a为纵坐标，F为横坐标，作图，通过描点作图的方法作出a－F图像，通过图像来研究加速度与力的关系。结果，通过作图我们看出：这些点几乎都落在同一条倾斜的直线上，由于我们实验当中有误差的影响，所以，这条直线没有经过原点，但是，经过
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大量的实验证明：a－F图像就是一条过原点的倾斜直线，即：当M一定时，a与F成正比。
接着，我们来看第二个实验，黑板上是右边第二个小组的实验数据。以a为纵坐标，1/M为横坐标，通过建立直角坐标系作图，我们可以看出，a－1/M的图像也是一条倾斜的直线，经过大量的实验证明，a－1/M图像是一条过原点的倾斜直线，即：当F一定时，a与M成反比。
大量的实验表明：a与F成正比，与M成反比，其实，早在几百年前牛顿就已经总结出这样的规律。这就是著名的牛顿第二定律。我们下节课再详细研究。 五、 课堂小结，课后思考
师：这节课，我们运用控制变量法来探究加速度与力、质量的关系，通过作图的方法得出结论：加速度与力成正比，与质量成反比。课下，我们留两个思考题：1、如果不直接测量加速度的具体数值，还有没有其他可行的研究方法。2、为什么在钩码质量远小于小车质量的前提下，钩码的重力才近似等于小车所受的拉力。请同学们课下思考，下节课我们解答。今天这节课，我们探究到这里，下课。
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