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课题 第二节：探究加速与力、质量的关系
教学目标
教学目标： 1.经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程，能够依据要求进行实验设计，学会选 择合理的实验方案进行探究实验。 2.经历用图象处理数据的过程，从图象中发现物理规律，培养学生收集信息、获取证据 的能力。 3.经历实验操作和测量的过程，知道如何平衡摩擦力、减小系统误差等操作方法，体会 探究过程的科学性和严谨性，培养与人合作、学会分享的团队精神。 教学重点： 探究加速度与力、质量的关系的设计和实验过程。 教学难点： 能够依据要求进行实验设计，学会选择合理的实验方案进行探究实验。
教学过程
时 间 教 学 环 节 主要师生活动
2 分 钟 环 节 一 ： 引 入 [师]：前面我们学习了牛顿第一定律，它指出：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。从牛顿第一 定律，我们知道力并不是维持物体运动的原因，力是改变物体运动状态的原因。 生活中，加速中的高铁，围绕地球做圆周运动的月球，这些物体的运动状 态都在不断改变，他们的共同特点就是：具有加速度。 可见：a 与 F 有关。 提出问题：除了合外力以外，影响加速度的因素还有哪些？ 电影流浪地球中，人类为了推动地球离开太阳系，在地球表面建造了 1 万 多座行星发动机。 物体的加速度，还与物体的质量有关。 那么加速度 a 与 m 、F 有什么关系呢？这是我们今天要探究的问题。
1 分 钟 环 节 二 ： 定 性 分 析 [师]：根据生活的经验，我们应该不难发现： 当质量 M 一定时，物体的加速度 a 随合外力 F 增大而增大. 当合外力 F 一定时，物体的加速度 a 随质量 M 增大而减小. 物理学不满足于这样的定性描述，我们还想知道加速度与力、质量的定量 关系，这需要设计实验来探究。
8 分 钟 环 节 三 ： 设 计 探 究 方 案 一.实验方法—控制变量法 [师]：在这个探究实验中，我们可以选择水平木板上放置的小车作为研究对 象，我们需要测量小车的质量、它受到的力和运动的加速度。如何研究加速度 与力、质量这三个物理量之间的关系呢？应该采用控制变量的方法！ 那就应该从 2 个方面进行研究 ：（1）m 一定时，a 与 F 的关系 （2）F 一定时，a 与 m 的关系 二.实验方案的设计 既然有了猜想：加速度与力成正比，与质量成反比。我们就要通过设计实 验来探究！ 那么如何来设计这个实验呢，我们需要解决以下四个问题： 1 、实验中如何产生恒定加速度？ 2 、如何改变和测量物体的加速度 a？ 3 、如何改变和测量物体质量 M ？ 4 、如何改变和测量合外力 F？ 2.1 产生恒定加速度 [生]：直接用手拉 [师]：这样做虽然方便，但并不可行，因为人手无法保证拉力是恒定的 那还有什么方法呢？回忆第一章测量物体加速度的实验中，是如何让小车 产生加速度的？ 在该实验中，我们可以继续利用这个方法，用 砝码通过滑轮拉动小车。 2.2 如何改变和测量物体的加速度 a [师]：改变砝码的质量就能改变小车的加速度，而测量加速度，可以用打点 计时器来完成，下面让我们先回顾一下纸带计算加速度的方法： 2.3 如何改变和测量物体质量 M [生]：可以利用托盘天平来测量小车质量
[师]：很好，那么我们就只剩最后一个问题 2.4 如何改变和测量合外力 F？ 【思考】此时，小车所受的合外力是多少？ [师]：先对小车进行受力分析，小车收到重力和支持力，细绳的拉力，还有 运动过程中木板对小车的摩擦力，所以小车的合外力应该是拉力减去摩擦力； 但是由于摩擦力的存在，会让小车合外力的测量变得十分麻烦 【思考】如何抵消摩擦力的效果，让小车受到的合外力就等于细绳的拉力？ [师]：可以利用斜面中物体重力的分力来抵消摩擦力的效果，实验中，只需 要用木块把长木板垫高合适的角度，就能使重力沿斜面方向的分力刚好等于滑 动摩擦力，这一步操作，叫做：平衡摩擦力。 【思考】 已知前端所挂重物的质量，就可以计算出重力，那请你思考：重 力大小等于绳的拉力吗？ [师]：释放前端重物后，m 和 M 会从静止开始加速，有加速度。分析 m 可 知：绳的拉力 F 一定小于其重力 mg。 不过，在 M m 时，F 与mg 近似相等，以后我们会给出证明！ 我们就可以通过下面的实验装置开始探究之旅啦！
8 分 钟 环 节 四 ： 实 验 探 究 及 数 据 的 三.开始实验 [师]：我们的实验分成 2 个方面来研究。 （1）M 一定时，改变钩码的数量进而改变拉力，测出不同拉力下小车的 加速度，分析加速度与拉力的变化情况，确定二者的定量关系。 （2）F 一定时，增加小车的配重以改变车的质量，测出不同质量的小车 在这个拉力下的加速度，分析加速度与车质量的变化情况，确定二者的定量关 系。 [师]：下面我们通过视频来展示实验的操作过程。 [师]：将两种情况下的各条纸带加速度按上面方法一一求出，研究 a 与 m、 a 与 F 的关系。 （1）a 与 F 的关系实验研究
分析和处理 [师]：通过实验发现：在质量一定时，加速度与合外力成正比，即 a∝F。 （2）a 与M 的关系实验研究 [师]：通过 a-m 关系图线，同学们能确定二者间的量化关系吗？物理实验 除了严谨的设计，也需要大胆的猜想， 我们从最简单的情况入手分析吧，检验： a 是否与 m 成反比。既然不能判断图线是双曲线，我们转换思路：如果“a 与 m 成反比”成立，则“a 与成正比”也是成立的！我们可以做 a-关系图线进行检验。 [师]：通过实验发现：在合外力一定时，加速度与物体质量成反比，即 a ∝1 。 m
1 分 钟 环 节 五 ： 实 验 [师]：本节课我们通过实验得出了：小车运动的加速度与合外力成正比、与 自身质量成反比的结论，即 a∝F、a ∝ , 验证了我们实验前的猜想！ [师]：到这里，我们这节课已接近尾声啦，我们共同回顾下本节课，我们取 得了哪些收获？从知识上，我们通过实验探究得到结论：小车的加速度与它的 受力和质量有关，
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结论 当质量一定时，加速度大小与受力成正比；当受力一定时，加速度大小与 物体质量成反比，证实了我们的猜想是正确的！ 在实验探究过程中，我们使用控制变量法对变量间的的关系进行讨论；在 实验设计的过程中，为了减小阻力的影响，我们将木板垫高构成斜面，这是补 偿阻力的方法；在数据处理中，我们使用了图象法处理数据得出规律，尤其在 研究加速度与质量的关系时，我们将图线“化曲为直 ”，体现了转化的思想。 今天的课就上到这里，同学们再见！
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