实验：探究加速度与力和质量的关系

1 / 9 实验：探究加速度与力和质量的关系 （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 )- 猜想假设 （生）： aF 、 a m （师）：你是根据什么这样猜想的呢？ 2 / 9 （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 aF 、 a m，你还能想象出其他的什么形式？aF 、 a m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？ 研究方法 （生）：通过实验检验猜想 （师）：可这里有三个物理量 a、 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、的关系 再保持一定，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 aF ；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3 / 9 验数据 去检验其它的形式！显见测量 a 与就成为本实验的关键了！ 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？ （学生汇报分钟，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） 4 / 9 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 测 a、 F 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。 （）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 与的比值是否为定值， （） 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，5 / 9 另需学生电源、纸带、导线。由 求 a，再看 a 与的比值是否为定值可验证 a 与是否为正比例关系。 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 （）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。 6 / 9 平衡好摩擦力 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。 自主实验 （师）：纸上得来终觉浅，绝知此事要躬行， a 是否与成正比例关系呢？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7 / 9 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 xcel 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 aF 了吗？ （生）：我们测出 a 与发现 a/F 比值非常接近，在误差允许的范围内， 近似相等。说明 aF （生）：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）：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 （生）：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！ 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8 / 9 许的 范围内，物体质量一定时， a 与成正比例关系。 （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