加速度與質(zhì)量的關(guān)系

1、§4.2實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系漣水中學(xué) 王成超設(shè)計思想本節(jié)內(nèi)容是典型的探究性實驗，在新課程標(biāo)準(zhǔn)中，十分強(qiáng)調(diào)科學(xué)探究在課程中的作用。在內(nèi)容安排中，不斷給學(xué)生滲透這種思想。在本節(jié)中，學(xué)生第一次遇到用實驗探究一個物理量同時跟兩個物理量有關(guān)的多元問題，所以應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生去尋找研究問題的實驗方法，與研究運動學(xué)的方法相似，仍然從簡單的實例入手。如先保持物體的質(zhì)量不變，研究它的加速度跟外力的關(guān)系；再保持外力相同，研究物體的加速度跟它的質(zhì)量的關(guān)系。也就是讓學(xué)生研究問題時逐漸具有控制變量的思想。教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能利用所提供的實驗器材完成實驗，在獲得知識的同時提高實驗操作能力、創(chuàng)新能力；2、過

2、程與方法讓學(xué)生評價和選擇自己認(rèn)為合適的實驗方案，正確處理實驗數(shù)據(jù)，掌握科學(xué)的處理方法；3、情感態(tài)度與價值觀逐步培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的思想，建立嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)實驗觀。學(xué)情分析學(xué)科知識分析：學(xué)生在前面已經(jīng)學(xué)習(xí)過加速度是描述速度變化快慢的物理量，而從前一節(jié)牛頓第一定律中知道力是改變物體運動狀態(tài)的原因，學(xué)生對加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的理解只是簡單的定性關(guān)系。學(xué)生能力分析：本節(jié)是學(xué)生第一次遇到用實驗探究一個物理量同時跟兩個物理量有關(guān)的多元問題，所以學(xué)生在控制變量法研究問題方面能力有限。另外學(xué)生已經(jīng)基本掌握探究性實驗的研究方法，在本實驗中，老師只要作一些必要的指導(dǎo)，學(xué)生應(yīng)能完成實驗操作及數(shù)據(jù)處理。教學(xué)重點探究加速度

3、與力、質(zhì)量的關(guān)系教學(xué)難點加速度的測量方法；及實驗數(shù)據(jù)的處理教學(xué)器材 附有滑輪的長木板2塊；小車2個；帶小鉤或小盤的細(xì)線2條；鉤碼（牽引小車用）；砝碼（用于改變小車質(zhì)量）；刻度尺；夾子；細(xì)繩教學(xué)過程（一）引入新課（教師活動）物體的運動狀態(tài)變化的快慢，也就是物體加速度的大小，與物體的質(zhì)量有關(guān)，例：一般小汽車從靜止加速到100km/h，只需十幾秒的時間，而滿載的貨車加速就慢得多。 物體的運動狀態(tài)變化的快慢，也與物體受力有關(guān)例：競賽用的小汽車，質(zhì)量與一般的小汽車相仿，但因為安裝了強(qiáng)大的發(fā)動機(jī)，能夠獲得巨大的牽引力，可以在四五秒的時間內(nèi)從靜止加速到100km/h（學(xué)生活動）學(xué)生根據(jù)事實總結(jié)得出定性結(jié)論：

4、物體的質(zhì)量一定時，受力越大，其加速度越大；物體受力一定時，它的質(zhì)量越小，加速度也越大。（提出問題）物理學(xué)并不滿足于這樣的定性的描述，物體的加速度與它受的力、它的質(zhì)量有什么定量的關(guān)系？ （二）教學(xué)過程設(shè)計實驗方案的確定（教師活動）加速度的大小既與物體的受力有關(guān)，又和物體的質(zhì)量有關(guān)，那么我們應(yīng)采用什么方法來研究加速度的大小與物體的受力和物體的質(zhì)量之間的定量關(guān)系呢？（學(xué)生活動）可以先研究加速度與物體受力的關(guān)系，再研究加速度與物體的質(zhì)量的關(guān)系。（教師活動）當(dāng)研究三個物理量之間的關(guān)系時，先要保持某個量不變，研究另外兩個量之間的關(guān)系，再保持另一個量不變，研究其余兩個量之間的關(guān)系，然后綜合起來得出結(jié)論。這種

5、研究問題的方法叫控制變量法，是物理學(xué)中研究和處理問題時經(jīng)常用到的方法。同學(xué)們剛剛提到的研究方法就是控制變量法，在這個實驗中應(yīng)如何控制？（學(xué)生活動）在這個實驗中，可以保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同的力作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系；也可以保持物體所受的力不變，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。制定實驗方案時的兩個問題思路：實驗中需要測量的物理量有三個：物體的加速度、物體所受的力、物體的質(zhì)量。質(zhì)量可以用天平測量，本實驗要解決的主要問題是怎樣測量加速度和怎樣提供和測量物體所受的力。1、怎樣測量（或比較）物體的加速度（學(xué)生活動） 物體做初速為0的勻加速直線運動，

6、測量物體加速度最直接的辦法就是用刻度尺測量位移并用秒表測量時間，由公式a= 算出加速度 可以在運動物體上連一條紙帶，通過打點計時器打點來測量加速度。 也可以不測加速度的具體數(shù)值，而測不同情況下（即不同受力時、不同質(zhì)量時）物體加速度的比值。根據(jù)a= ，測出兩初速度為0的勻加速運動在相同時間內(nèi)發(fā)生的位移、x1、x2，位移比就是加速度之比。即學(xué)生在探究中，運用已有知識，通過小組討論，老師點撥，上面的幾種方法還是能得出的。教學(xué)中應(yīng)鼓勵學(xué)生討論各種方法，由學(xué)生作出評估，然后歸納出可行的方案有條件的還應(yīng)鼓勵學(xué)生用不同的方法探究實驗，定量得出加速度和所受力及小車質(zhì)量的關(guān)系，然后交流匯報、對實驗的可靠性進(jìn)行評

7、估。多數(shù)學(xué)生還是愿意用打點計時器求加速度，他們對這種方法比較熟悉，而且認(rèn)為這樣測出的加速度比較準(zhǔn)。在課本給出的案例中，測量不同情況下物體的位移之比，從而求出加速度的比值。舍棄了以往測量加速度具體數(shù)值的方法，使實驗探究的內(nèi)容更加符合牛頓第二定律的本義，所以這種方法也應(yīng)引導(dǎo)學(xué)生使用，當(dāng)然，在這種方法中畫圖象時的難度增加了。2、怎樣提供和測量物體所受的恒力（教師活動）在現(xiàn)實中，僅受一個力的情況幾乎是不存在的。一個單獨的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，在實驗中我們只要測出物體所受的合力即可。如何為運動的物體提供一個恒定的合力？又如何測出這個合力呢？（學(xué)生活動）可以在繩

8、的一端掛鉤碼，另一端跨過定滑輪拉物體，使物體做勻加速運動的力就是物體的合力，這個合力等于鉤碼的重力。通過測量鉤碼的重力就可測得物體所受的合力。（教師活動）在上面的方案中做勻變速運動的物體，受的合力等于鉤碼的重力嗎？（學(xué)生活動）由于物體在相對運動，還要受到滑動摩擦力。（教師活動）那么如何減小滑動摩擦力，使我們所測得的鉤碼重力盡可能接近于物體所受的合力？（學(xué)生活動）討論減小滑動摩擦力的方法（1）使用光滑的木板；（2）平衡滑動摩擦力。將木板一端墊高，讓物體從木板上勻速滑下，此時物體的重力分力就等于物體所受的摩擦力。（教師活動）提醒學(xué)生注意，即使平衡了摩擦力，拉力與所掛鉤碼的重力也不相等，當(dāng)盤和砝碼的

9、質(zhì)量比小車的質(zhì)量小很多時，兩個力才近似相等。但現(xiàn)有知識不能證明。探究加速度與力的關(guān)系思路：保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同的力作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系。（教師活動）當(dāng)我們改變物體受到合力時，物體的加速度也會改變。那么我們?nèi)绾胃淖兾矬w所受的合力呢？（學(xué)生活動） 改變掛上鉤碼的個數(shù)就可以改變對物體的合力。（學(xué)生活動）具體進(jìn)行實驗 （教師活動）巡回進(jìn)行指導(dǎo)（學(xué)生活動）實驗數(shù)據(jù)分析：1、設(shè)計表格，把同一物體受到的力與對應(yīng)的加速度填在表中。2、以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)作aF圖象，用曲線擬合測量點，找出規(guī)律，分析a與F的關(guān)系。實驗次數(shù)加速度a/ m·s-2小車受力F/N

10、1234 結(jié)論：由于圖象上的各點在一條過原點的直線上，所以當(dāng)m不變時，a與F的關(guān)系是 。探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系思路：保持物體所受的力相同，測量不同質(zhì)量的所需物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。（教師活動）如何能達(dá)到改變小車質(zhì)量的目的？（學(xué)生活動）通過向小車上增減不同質(zhì)量的砝碼，達(dá)到改變小車質(zhì)量的目的。（學(xué)生活動）具體進(jìn)行實驗 （教師活動）巡回進(jìn)行指導(dǎo)（學(xué)生活動）實驗數(shù)據(jù)分析：1、設(shè)計表格，把不同物體在相同的力下物體的質(zhì)量與對應(yīng)的加速度填在表中。2、以a為縱坐標(biāo)、m為橫坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)作am圖象，分析a與m的關(guān)系。根據(jù)am圖象反映出F不變時，質(zhì)量m越大，加速度a越小，由此判斷可能是a

11、與m成反比，但從圖象中并不能看出這種關(guān)系，也可能是a與m2反比，或是更復(fù)雜的關(guān)系。能想到a與m成反比，實際上就是a與 成正比，轉(zhuǎn)為探究a與 的關(guān)系。以a為縱坐標(biāo)， 為橫坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，根據(jù)a 圖象是不是過原點的直線，就能判斷a是不是與質(zhì)量m成反比。結(jié)論：由于a1/m圖象上的各點在一條過原點的直線上，所以當(dāng)F不變時，a與m的關(guān)系是 。實驗次數(shù)加速度a/ m·s-2小車質(zhì)量m/kg 小車質(zhì)量倒數(shù)1/m/kg-1 1234 本課小結(jié)教師總結(jié)出本節(jié)課的內(nèi)容、方法課后作業(yè) 略教學(xué)反思1、本節(jié)所要探究的問題，無論從探究的內(nèi)容或從實驗的實際操作過程，難度都比較大。因此，學(xué)生認(rèn)真、主動地看書，明確以下問題：實驗要探究的內(nèi)容、探究實驗的設(shè)計思路、實驗儀器的操作方法、數(shù)據(jù)處理方法以及如何畫出圖象并且從圖象探究到什么規(guī)律。2、在探究加速度與力的關(guān)系時，學(xué)生往往忽視盤和砝碼的質(zhì)量要比小車的質(zhì)量小得多的條件