鲁科版高中物理必修第一册5.2 科学探究：加速度与力、质量的关系教学设计

第五章　牛顿运动定律
第2节　科学探究：加速度与力、质量的关系
本节选自鲁科版必修一第五章第二节，是一节实验探究课。本节通过实验探究加速度与力、质量的关系，为下一节牛顿第二定律的学习奠定基础。教材先从日常生活中常见的推车情景，提出探究问题，在进一步通过实验探究加速度与力、质量的关系。
【物理观念】能用图像分析实验数据并得出实验结论；会分析导致实验误差的原因，提出减小实验误差的措施。
【科学思维】理解探究加速度与力、质量的关系的科学探究方案，有控制变量的意识。
【科学探究】能完成“探究加速度与力、物理质量的关系”实验；能设计实验方案，有控制变量的意识；能根据数据形成结论，会分析导致误差的原因。
【科学态度与责任】在实验的设计和实施中，增强学生的沟通交流能力和实验操作能力；培养学生实事求是、科学求真的物理态度。
【教学重点】理解实验原理及设计；能根据实验方案完成实验，记录和分析实验数据得出结论。
【教学难点】根据探究方案完成实验，运用图像分析实验数据并得出实验结论，分析导致误差的原因。
【导入新课】（温故知新）
牛顿第一定律：力是改变物体运动状态的原因 力是产生加速度的原因
惯性定律：质量越大，惯性越大，物体的运动状态越难改变 加速度与质量有关
结论：a与物体的合外力F，m有关
【新课讲授】
一、定性探究加速度与力、质量的关系
体验一：在课本上撒一些碎纸片，先用嘴轻吹，再用力使劲吹，观察现象。
结论：对某一物体，受到的力越大，其运动状态越容易改变，即加速度越大
m一定， a∝ F
体验二：在课本上撒一些碎纸片和一些小石子，用力使劲吹，观察现象。
结论：对不同的物体，受到相同的力，质量越小的，其运动状态越容易改变，即加速度越大
F一定， a∝1/m
【猜想与假设】 m一定， a∝ F； F一定， a∝1/m
思考：物体的加速度与力、质量有什么定量关系？
思考：实验的基本思路是什么呢？
二、实验探究加速度与力、质量的关系
【实验目的】定量探究加速度与力、质量的关系
【实验方法】“加速度”与“力”、“质量” 二个物理量均有关系，应该如何探究它们的关系？
引出“控制变量法”。
1、保证质量一定，探究加速度与力的关系；2、保证合外力一定，探究加速度与质量的关系
【实验器材】带滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物（小钩码或沙桶）、打点计时器、纸带、交变电流、天平、砝码、刻度尺
【实验原理与设计】思考：如何测量加速度、力、质量？
质量可由天平测量；加速度和力如何测量？
（1）物体的a如何测量？
利用打点计时器进行实验，根据纸带上打出的点可测量加速度。

（2）如何提供并测量小车所受的恒力问题？
问题1：在水平桌面上运动小车的合外力是由什么力提供？
问题2：如何得到绳子上的拉力T及小车所受到的摩擦力f？
近似认为绳子上的拉力T等于钩码的重力；小车所受的f等于小车匀速运动时的拉力。
问题3：在探究a与m之间的定量关系实验中，f随小车质量的改变而改变，为了操作更方便、准确，该如何改进实验方案？
消掉摩擦力
结合问题思考并改进实验方案。
改进后的装置图
（介绍改进的原理-----如何平衡掉摩擦力）

改进原理：木板一端垫高，用重力的分力G1将摩擦力f 平衡抵消掉；平衡掉摩擦力后，小车所受到的合外力等于细线上的拉力。
【小车所受合力及其测量方法】粗糙斜面上，用悬吊重物的方法为小车提供拉力, 通过改变增减重物的质量就可改变小车受到的拉力。
问题4：绳子的拉力等于钩码的重力吗？为什么？
答案：不等于！因为钩码向下加速，所以绳子的拉力小于钩码的重力。
问题5：什么情况下钩码重力可以近似等于绳子拉力？
答案：当砝码质量比小车质量小得多时，绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。
问题6：如何改变合外力的大小？（通过改变悬挂钩码的数量来改变）
如何改变运动物体的质量？（通过改变小车上砝码的数量来改变）
【实验步骤】
（1）用天平测出小车和小盘的质量 M 和m，并把数据记录下来(要求：M ?m )。
（2）按实验装置图把实验器材安装好（但不要把悬挂小盘的细绳系在小车上）。
（3）平衡摩擦力。
（4）控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连（钩码质量远小于小车质量），打开打点计时器，释放小车，测出一组数据。
（5）改变钩码数量，多测几组据。
（6）控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
【数据处理】1. 探究加速度与合力的关系(保证小车质量不变)
实验序号 加速度α(m/s2) 拉力F(N)
1 0.10 0.146
2 0.20 0.302
3 0.30 0.428
4 0.40 0.592
5 0.50 0.751
思考：如何处理数据能更直观的得出结论？


2. 探究加速度与质量的关系(保证小车合力不变)









【实验结论】
m 一定时，a ∝ F ； F一定时，a ∝ 1/m
【注意事项】
（1）平衡摩擦时，不能挂重物。整个实验过程只需平衡一次摩擦。
（2）实验时，先接通电源，后释放小车。
（3）为了保证细线的拉力等于小车受到的牵引力，细线要与木板保持平行。
（4）为了充分利用纸带，每次开始时，小车应尽量靠近打点计时器，为防止小车翻到地面，要在小车碰到滑轮前用手挡住小车。
【课堂小结】
1.研究方法：控制变量法
2.研究结论：a∝F a∝1/m
【拓展研究】利用气垫导轨来探究