《實驗：探究加速與力、質(zhì)量的關(guān)系》教案教學(xué)目標教學(xué)目標：1.經(jīng)歷探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的設(shè)計過程，能夠依據(jù)要求進行實驗設(shè)計，學(xué)會選擇合理的實驗方案進行探究實驗。2.經(jīng)歷用圖象處理數(shù)據(jù)的過程，從圖象中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生收集信息、獲取證據(jù)的能力。3.經(jīng)歷實驗操作和測量的過程，知道如何平衡摩擦力、減小系統(tǒng)誤差等操作方法，體會探究過程的科學(xué)性和嚴謹性，培養(yǎng)與人合作、學(xué)會分享的團隊精神。教學(xué)重點：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的設(shè)計過程。教學(xué)難點：能夠依據(jù)要求進行實驗設(shè)計，學(xué)會選擇合理的實驗方案進行探究實驗。教學(xué)過程時間教學(xué)環(huán)節(jié)主要師生活動2分鐘環(huán)節(jié)一：引入[師]：前面我們學(xué)習(xí)了牛頓第一定律，它指出：一切物體總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。這里提出了兩個基本力學(xué)概念——慣性和力：力是改變物體運動狀態(tài)的原因，而運動狀態(tài)的改變就使物體獲得了加速度，可見：a與F有關(guān)。不同質(zhì)量的物體，慣性不同，在受到相同的力作用時，運動狀態(tài)改變的程度不同，即a與m有關(guān)。那么加速度a與m、F有什么關(guān)系呢？這是我們今天要探究的問題。1分鐘環(huán)節(jié)二：定性分析[師]：生活中的經(jīng)驗告訴我們：物體加速度的大小與它受力的大小有關(guān)；例如，競賽用的小汽車與一般的小汽車質(zhì)量相差不多。但因為安裝了強大的發(fā)動機，因此獲得了很大的動力，可以在4—5秒時間內(nèi)，由靜止加速度到100km/h;物體的加速度大小，還與物體的質(zhì)量有關(guān)。例如，一般的貨車由靜止加速到100km/h只用十幾秒的時間，而滿載的貨車貨車加速就慢得多。這些事實告訴我們：在物體質(zhì)量一定時，它受力越大，獲得的加速度越大；物體受力一定時，它的質(zhì)量越小，加速度也越大。物理學(xué)不滿足于這樣的定性描述，我們還想知道加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系，這需要設(shè)計實驗來探究。12分鐘環(huán)節(jié)三：設(shè)計探究方案1.猜想和假設(shè)[師]：實驗前，請同學(xué)們猜想下：a與m、F可能具有怎樣的量化關(guān)系？種種可能中多數(shù)同學(xué)猜想了最簡單的關(guān)系：a與F成正比、a與m成反比！這很有物理味道！相信自然規(guī)律是簡潔而和諧的，是物理學(xué)家的信仰，從伽利略定義勻變速直線運動到愛因斯坦的質(zhì)能方程E＝mc2，皆如此。2.實驗方法—控制變量法[師]：在這個探究實驗中，我們可以選擇水平木板上放置的小車作為研究對象，我們需要測量小車的質(zhì)量、它受到的力和運動的加速度。如何研究加速度與力、質(zhì)量這三個物理量之間的關(guān)系呢？應(yīng)該采用控制變量的方法！那就應(yīng)該從2個方面進行研究：（1）m一定時，a與F的關(guān)系（2）F一定時，a與m的關(guān)系3.實驗方案的設(shè)計既然有了猜想：加速度與力成正比，與質(zhì)量成反比。我們就要通過設(shè)計實驗來檢驗自己的猜想是否正確！你認為應(yīng)該如何完成這個探究實驗?zāi)兀繉嶒炛行枰獪y量哪些物理量？用什么測量工具，如何進行測量？實驗過程中，需要記錄哪些數(shù)據(jù)？如何分析測量得到的數(shù)據(jù)？3.1質(zhì)量的測量[師]：可以用天平測量質(zhì)量；用增減配重砝碼的方法改變小車的質(zhì)量，增加小鉤碼的數(shù)量改變合外力F。3.2加速度的測量[師]：質(zhì)量的測量已經(jīng)解決，下面請同學(xué)們思考：如何測定小車運動的加速度a呢?同學(xué)們可能想到了這樣的幾種方案：方案一：小車做初速度為0的勻加速直線運動，測量位移x及時間t，由x＝eq\f(1,2)at2計算a。在第二章勻變速直線運動的研究中，我們通過實驗探究得到小車在重物牽引下的運動為勻加速直線運動，根據(jù)勻變速直線運動規(guī)律可以推得相鄰兩段相等的時間內(nèi)的位移的差Δx＝aT2，我們可以利用這一結(jié)論來得到小車運動的加速度。我們這節(jié)課就選用方法2來測量小車的加速度。3.3恒定拉力的測量[師]：下面我們就來設(shè)計實驗方案。首先選擇研究對象——小車，對小車施加恒定的拉力F使它做勻加速直線運動，我們研究小車的加速度a與拉力F及自身質(zhì)量m的關(guān)系?！舅伎?】為了量化a與F和m關(guān)系，請你思考：如何給小車施加一個可以測量且恒定的外力F呢？[生]：可以用細線跨過定滑輪懸掛一個重物，為小車施加恒定的拉力。[師]：很好的想法！我們在之前的實驗中也用過這種方法！【思考2】那么細線給小車提供的拉力是不是小車受到和合外力呢？（提示：對車受力分析）[生]：小車受到4個力的作用，F(xiàn)不是合外力！合外力是F合＝F－f?！舅伎?】我們能不能想點辦法：消除阻力的影響，而使繩的拉力就是小車的合外力呢？[生]：可以構(gòu)造斜面補償阻力！[師]：這個想法很贊！可以將斜面一側(cè)墊高，構(gòu)成斜面，滿足：小車重力G沿斜面的分力與小車所受阻力f平衡，小車做勻速直線運動了，這時的阻力影響就消除了！【思考4】如何判斷阻力正好被平衡呢？（提示：可以看小車是否勻速運動）[生]：小車后連接紙帶，通過打點計時器記錄小車運動，任意相鄰兩點間等距，說明小車已經(jīng)勻速運動。[師]：這時，在對小車受力分析可知：繩的拉力就是車的合外力?！舅伎?】已知前端所掛重物的質(zhì)量，就可以計算出重力，那請你思考：重力大小等于繩的拉力嗎？[師]：（啟發(fā)）釋放前端重物后，m和M會從靜止開始加速，有加速度。分析m可知：繩的拉力F一定小于其重力mg。不過，在M?m時，F(xiàn)與mg近似相等，以后我們會給出證明！我們就可以通過下面的實驗裝置開始探究之旅啦！4.確定實驗方案[師]：我們的實驗分成2個方面來研究。M一定時，改變鉤碼的數(shù)量進而改變拉力，測出不同拉力下小車的加速度，分析加速度與拉力的變化情況，確定二者的定量關(guān)系。F一定時，增加小車的配重以改變車的質(zhì)量，測出不同質(zhì)量的小車在這個拉力下的加速度，分析加速度與車質(zhì)量的變化情況，確定二者的定量關(guān)系。[師]：下面我們通過視頻來展示實驗的操作過程。5分鐘環(huán)節(jié)四：實驗數(shù)據(jù)的分析和處理[師]：將兩種情況下的各條紙帶加速度按上面方法一一求出，把實驗數(shù)據(jù)整理在表格中并利用Excel研究a與m、a與F的關(guān)系。（1）a與F的關(guān)系實驗研究a與F的關(guān)系質(zhì)量（g）力(N)加速度（m/s-2）50.050.35100.10.74150.151.07200.21.37250.251.68[師]：通過實驗發(fā)現(xiàn)：在質(zhì)量一定時，加速度與合外力成正比，即a∝F。（2）a與m的關(guān)系實驗研究a與m的關(guān)系m(kg)1/m(kg-1)加速度(m/s2)328.930.00300.14278.690.00360.23228.520.00440.37178.150.00560.52128.40.00780.74[師]：通過a-m關(guān)系圖線，同學(xué)們能確定二者間的量化關(guān)系嗎？一定是a與m成反比嗎？的確不能確定，因為無法判斷這條曲線是雙曲線；那就有可能是a與m2成反比，也可能是a與m3成反比……甚至更復(fù)雜的關(guān)系。我們從最簡單的情況入手分析吧，檢驗：a是否與m成反比。既然不能判斷圖線是雙曲線，我們轉(zhuǎn)換思路：如果“a與m成反比”成立，則“a與eq\f(1,m)成正比”也是成立的！我們可以做a-eq\f(1,m)關(guān)系圖線進行檢驗。[師]：通過實驗發(fā)現(xiàn)：在合外力一定時，加速度與物體質(zhì)量成反比，即a∝eq\f(1,m)。2分鐘環(huán)節(jié)五：實驗結(jié)論[師]：本節(jié)課我們通過實驗得出了：小車運動的加速度與合外力成正比、與自身質(zhì)量成反比的結(jié)論，即a∝F、a∝eq\f(1,m)，驗證了我們實驗前的猜想！2分鐘環(huán)節(jié)六：思考題結(jié)束語[師]：到這里，我們這節(jié)課已接近尾聲啦，我們共同回顧下本節(jié)課，我們?nèi)〉昧四男┦斋@？從知識上，我們通過實驗探究得到結(jié)論：小車的加速度與它的受力和質(zhì)量有關(guān)，當(dāng)質(zhì)量一定時，加速度大小與受力成正比；當(dāng)受力一定時，加速度大小與物體質(zhì)量成反比，證實了我們的猜想是正確的！在實驗探究過程中，我們使用控制變量法對變量間的的關(guān)系進行討論；在實驗設(shè)計的過程中，為了減小阻力的影響，我們將木板墊高構(gòu)成斜面，這是補償阻力的方法；在數(shù)據(jù)處理中，我們使用了圖象法處理數(shù)據(jù)得出規(guī)律，尤其在研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，我們將圖線“化曲為直”，體現(xiàn)了轉(zhuǎn)化的思想。今天的課就上到這里，同學(xué)們再見！課后練習(xí)1.關(guān)于“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗，下列說法中正確的是

A.本實驗采用的方法是控制變量法 B.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，應(yīng)該改變拉力的大小 C.探究加速度與力的關(guān)系時，作圖象應(yīng)該用線段依次將各點連接起來 D.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系時，為了直觀判斷二者間的關(guān)系，應(yīng)作出圖象2.實驗室用滑輪、小車、打點計時器、砂桶、細線、紙帶等實驗器材組成如圖所示實驗裝置可以完成多個力學(xué)實驗，利用該裝置進行如下實驗時，以下說法正確的是 A.在“研究勻變速直線運動”時必須設(shè)法消除小車和木板間的摩擦阻力影響 B.在“研究勻變速直線運動”時必須使砂和砂桶總質(zhì)量遠小于小車的質(zhì)量 C.在“探究加速度與小車質(zhì)量關(guān)系”時每次改變小車質(zhì)量之后要重新平衡摩擦力 D.在“探究加速度與力關(guān)系”時要調(diào)整滑輪高度使連接小車細線與木板平行3.如圖所示，在研究與、關(guān)系的演示實驗中，若、兩個相同的小車所受拉力分別為、，車中所放砝碼的質(zhì)量分別為、，打開夾子后經(jīng)過相同的時間兩車的位移分別為、，則在實驗誤差允許的范圍內(nèi)，有A.當(dāng)、時， B.當(dāng)、時， C.當(dāng)、時， D.當(dāng)、時，4.關(guān)于由小車實驗得出牛頓第二定律的下列說法中，符合實際的是

A.同時改變小車的質(zhì)量及受到的拉力，得出加速度、力、質(zhì)量三者間的關(guān)系 B.保持小車質(zhì)量不變，只改變小車拉力，就可得出加速度、力、質(zhì)量三者間的關(guān)系 C.保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量，就可得出加速度、力、質(zhì)量三者間的關(guān)系D.先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變小車受力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系