[探究加速度与力质量的关系实验结论]实验：探究加速度与力和质量的关系

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（必修1）第四章第2节

实验：探究加速度与力和质量的关系（第一课时）

山东省菏泽市成武县一中　杨晓东

（一）引入新课

     同学们先来看大屏幕，生活中我们见过这样的情景：（先放课件，再解说一下）超载车，遇到险情时，在同样的刹车力作用下难以停下来已酿成车祸；赛车安装了强大的发动机比质量相仿的小汽车启动快的多．根据这些情景，同学们能否年出物体运动状态变化的快慢，也就是加速度的大小与什么物理量有关？谁来谈一下自己的看法？学生：物体的加速度与物体受力和物体质量有关．受力一定时，质量越大加速度越小；质量一定时，受力越大，加速度越大．（学生若不说定性关系，可提示根据情景事实，告诉我们什么呢？）刚才这位同学回答的很好，不仅指出了加速度的相关因素，而且说明了加速度与力、质量的定性关系，然而物理学并不满足于这样定性的描述，我们还想知道，物体的加速度与它的受力、它的质量有什么定量关系？谁来发表自己的观点？

 (二)--

１．猜想假设

（生）：a∝f、a∝１／m

（师）：你是根据什么这样猜想的呢？

（生）：同前面的定性分析，物体受力越大,加速度越大;物体质量越大,加速度越小。

（师）：受力越大,加速度越大;质量越大,加速度越小，也不一定a∝f、a∝１／m，你还能想象出其他的什么形式？ a∝f２、a∝１／m２或其它情况。很好，同学们能放开思维进行大胆的猜想，颇有物理学大师的风范，了不起，可是同学们，你将通过什么方式去检验你的猜想呢？

２．研究方法

（生）：通过实验检验猜想

（师）：可这里有三个物理量a、ｆ、m,如何研究三个变量之间关系比较好呢？

（生）：先保持m一定，研究a、ｆ的关系

　　　再保持ｆ一定，研究a、m的关系

（师）：很好，这就是实验的两个基本思路，我们把这种方法称为（控制变量法），大家看这是控制变量法的定义。其实初中我们也用过这种方法，同学们能否回忆一下什么地方用过这种方法。

（生）：研究物质的密度与质量和体积的关系，以及通过导体的电流与电压和电阻的关系。

（师）：很好，今天这堂课我们只研究第一种思路，保持m一定进，探究a与f的关系，而且只检验a∝f；这种最简单的形式是否正确好吧！有兴趣的同学可以在课下依据实验数据去检验其它的形式！显见测量a与ｆ就成为本实验的关键了！

３．方案探究

（师）：猜想假设与实验的基本思路都有了，我们应该去寻求具体的方案来检验我们的猜想。现在请同学们打开讲义，看一下自主探究指南卡上面的几个问题，然后带着这几个问题去阅读教材７７页“制定实验方案时的两个问题”直到78页上边的“参考案例”，了解一下书中告诉了我们什么样的实验方案，读完书后同学们可以试用一下桌上的实验仪器，自行设计实验步骤和数据记录表格，组内同学相互交流完成后，由各组组长汇集一下本组的方案及观点，并给大家介绍一下。哪个小组有了主意，及时举手向老师示意一下，好现在开始！

（中间隔上3-5分钟）

（师）：同学们完成的怎么样拉？哪个小组先来把你们小组交流的内容让大家分享一下，第一小组先来把你们小组交流的内容让大家分享下，首先请你回忆一下与加速度相关的公式？123

（学生汇报３－５分钟，教师作适当点拨和补充，学生汇报同时课件展示，最后总结现有条件下的两种可行性方案）

自主探究指南卡参考及点评

小组长代表本组介绍实验方案

１． 测a、f

２．求加速度的公式：

前三个公式都要涉及速度，而测速度比较困难，后两个公式，只要测位移和时间就可以了，位移用刻度尺测量，时间用秒表或用打点计时器测量。

（１）由　　　　　知，测s或测t用秒表即可，需要轨道、小车，钩码（作小车拉力用）、平衡

摩擦力。看a与ｆ的比值是否为定值，

（２）　　　　只适用于初速度为零的匀加速直线运动，知道运动性质的前提下才可用，由　　　　　

知，只要看　　为常量，即可知物体做匀变速直线运动，用来测a更科学，需要用轨道、小车，多用一个打点计时器，另需学生电源、纸带、导线。由

求a，再看a与ｆ的比值是否为定值可验证a与ｆ是否为正比例关系。

我们跟刚才小组方案一样，只是我们采用a-f图象检验a-f是否成正比例关系。这样更能清楚看出a-f的变化关系．直线若过坐标原点即能说明问题．

（３）前几个小组都是直接测a，其实，由书上的参考案例，可知，也可以不用测a，由         控制两辆小车运动相同时间t，则有　　　　　只需读出两小车位移　　、　及各自秘用拉力

，只需调节　　的大小看　　　随　　的变化关系，即可检验a与ｆ是否为正比例关系，我们

需要两个轨道、两辆小车及双份钩码，用这个双层轨道做实验。

３．

４．平衡好摩擦力

５．用比值法，或用图象法

方案非常好，有难度，但创新意识好，巧妙运用转化的方法，实验好象很复杂，其实更科学，给这位同学一个鼓励的掌声。

当然，如果实验条件允许的话，我们也可采用频闪照相，用气垫导轨方案去完成实验，我给大家介绍一下，可在现有条件下，我们总结出两种可行的实验方案，大家看一下，这是实验中同学们提到的一些注意事项，同学们可以参考一下。

４．自主实验

（师）：＂纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行＂，a是否与ｆ成正比例关系呢？还要看同学们的实验结果才见分晓，现在请同学们依据本组设计的实验方案进行实验，记录数据，分析数据规律，大胆检验你们的猜测想吧！老师建议大家彼此借鉴其它小组方案中的优点，完善自己的设计方案，好现在开始实验，看哪个小组在组长的带领下做的又快又规范！

（实验10分钟左右，中间针对学生的操作出现的共同问题稍作点拨，让学生注意操作事项和要领及规范性）

学生做实验过程中，打开ｅxcel表格的参考样表

有些小组已经得到了实验数据，其他小组加油啊！可以参考老师提供的样表，也可以自主设计表格画在讲义上，请最先测出数据的同学到前面电脑前输入数据！

（展示三种情况）

各小组已经完成实验，第一小组说一下你们的结论，验证出a∝f了吗？

（生１）：我们测出a 与ｆ发现a/f比值非常接近，在误差允许的范围内，近似相等。说明a∝f

（生２）：我们画出a-f图象为一条直线，但稍微偏离坐标原点

（师）：能说出偏离的原因吗？

（生２）：平衡摩擦力不足，但在误差允许的范围内，a-f为正比例关系123

（生３）：我们在电脑中输入数据，作出趋势线，发现为正比例函数，稍微不些偏差，在误差允许的范围内，a-f为正比例。

（师）：同学们表现太棒了，课堂因你们而精彩！为自己的精彩表现来一次激烈的掌声吧！

５．实验结论

根据同学们的实验数据及图象描述，我们发现在误差允许的范围内，物体质量一定时，a与ｆ成正比例关系。

（三）探究历程

回想本堂课我们的探究历程。

首先是情景再现、然后是猜想假设a、f、m的关系、接着进行探究实验方案、同学位自主进行实验、通过数据分析、最后得出结论。通过本节课的探究性学习，我们尝试用实验的方法来探究m一定时a与ｆ的关系。让大家体会了物理学研究工作是以怎样的形式和方法来进行的，望大家从以下两方面有所体会：第一，物理学研究并不神秘，每个同学都可以开展物理学研究。第二，今天我们的工作是粗糙的，真正的物理学研究更精确、更完善，但基本思路和方法是一样的，让我们都拥有这样一种方法，探究大自然的奥秘吧！

（四）为巩固课堂所用知识与技能，老师送大家几道竞赛题，看谁先来抢答，以最先站起来，并且快速回答的为获胜者。

（五）课后探究题

最后是老师送大家的一个探究性问题，探究报纸能承受的最大拉力与报纸的几何尺寸之间的关系(宽度d与承受拉力f的关系).

今天的课到这儿，谢谢各位同学！同学们再见！

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