布林线指标公式加速度与力和质量的关系

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加速度与力和质量的关系

４.２ 实验：探究加速度与力、质量的关系
［教学目标］
一、知识目标：
理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关
二、能力目标：
指导学生知道用控制变量法进行实验
三、德育目标
1．通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科
学态度．
2．通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神．
3．培养学生合作的团队精神．
［教学重点］
1．控制变量法的使用．
2．如何提出实验方案并使实验方案合理可行．
3．实验数据的分析与处理．
［教学难点］
1．如何提出实验方案并使实验方案合理可行．
2．实验数据的分析与处理
［课时安排］
2课时
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［教学过程］
一、导入新课
利用多媒体投影图4—2—1；
分组定性讨论
组I：物体质量一定，力不同，物体加速度有什么不同?
组2：力大小相同，作用在不同质量的物体上，物体加
速度有什么不同?
师：请组1的代表回答一下你们讨论的结果．
组1生：当物体质量一定时，物体的加速度应该随着力
的增大而增大．
师：请组2的代表回答你们组讨论的结果。
组2生：当力大小相同时，物体质量越大，运动状态越
难以改变，所以质量越大，加速度越小．
师：物体运动状态改变快慢取决于哪些因素?定性关系
如何?
生l：应该与物体的质量和物体所受的力有关系．力越
大，加速度越大；质量越大，加速度越小．
生2：这里指的力应该是物体所受的合力，以上图为例，
物体所受的重力和支持力相等，不 参与加速度的提供．
师：刚才进行多媒体演示时一次是固定力不变，一次是
固定质量不变，这样做有什么好处呢?
生：方便我们的研究．
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师：这是研究多个变量之间关系的非常好的方法，我们
把它称作控制变量法．我们以前在什么地方学到过这种方法?
生1：在初中我们在探究物体的密度与质量、体积之间
的关系时。
生2：在研究电流与电压、电阻的关系时．
师：好，我们这节课就用这种方法进行探究加速度和力、
质量之间的关系．
二、新课教学：
（一）加速度与力的关系
师：设计一个实验，保持物体的质量不变 ，测量物体在
各个不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关
系．大家分组讨论并且每组 设计一个实验方案，并说明实验
的原理．
分组讨论
组l生1：我们是根据课本上的参考案例设计实验的(在
投影仪上展示实验装置如图4—2—2)．
组1生2：我们设计实验的实验原理如下：因为两个小
车的初速度都为零，拉力大小不同， 但对每个小车说保持不
变，所以小车应该做匀加速直线运动．根据初速度为零的匀
加速直线运动 的位移公式x=at22可知，加速度和位移成正
比，只要测量位移就可以得到加速度与受力之间的关系 ，力
的大小可以根据盘中的砝码求出．
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师：下面请组2的代表发言．
组2生1：我们设计的方法和组1的差不多，我们是用
了一辆小车，小车后面连接一条纸带，用打点计时器记录小
车的运动情况，根据所打的点计算小 车的加速度，然后再看
所受的力和加速度的关系．
组2生2：为了消除摩擦力的影响，我 们在木板下面垫
了一个小木块，当小车没有拉力时让它在木板上匀速运动．
师：这个同学 的想法很好，这样小车受到的绳子的拉力
就等于小车受到的合力，下面请组3的同学代表发言．
组3生1：前面两组的同学设计实验时都是物体的初速
度为零，我们可以利用气垫导轨设计 一个更为一般的方法，
让导轨倾斜不同的角度，滑块所受的力就是重力的分力，让
滑块滑过轨道 中间的两个光电门，记录经过光电门的速度和
两个光电门的距离，根据公式x=(v2－v02)2a可 以求出加
速度的大小，从而可以得到加速度和力的关系．
师：好的，在进行实验之前还应 该先设计自己的实验表
格记录一下自己的实验数据．那么你是怎样设计表格使你的
实验数据得以 记录的呢?
生1：水平面长木板与小车，车后用绳控制小车运动，
两车质量相同．表格设计如下：
参考表格
小车l 小车2
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次数 拉车砝码(s) 位移x1／ 拉车砝码(s) 位移x2／
1
2
3
4
5
生2：用一辆小车，测量加速度
次数 拉车砝码(g) 加速度a1 拉车砝码(e) 加速度a2
1
2
3
4
5
师：好，现在大家就根据自己设计的方案进行实验，把
数据填人设计的表格内．
学生进行实验，老师巡回指导，帮助实力较弱的小组完
成实验
师：现在请各小组简要进行一下实验报告．
组1生1：我们根据课本上的参考案例进行了实验，因
为已知小车的加速度和位移成正比，通过验证位移和受力之
间的关系，即可得出加速度和受力的 关系．
师：实验数据是怎样进行处理的呢?
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组1生2：我用的是位移和对应力的比值．
组1生3：通过 我们的讨论，我们发现用作图的方法能
更好地表示位移(即加速度)和力的关系．关系图表如图4—2< br>—3所示；可得在研究物体质量不变的情况下，物体的加速
度与物体所受的外力成正比．
组2生：我们通过处理小车后面的纸带，计算出小车的
加速度，通过作图验证了小车的加速 度和物体所受的合力成
正比．组3生：我们用气垫导轨作出的加速度和所受力的关
系图象，实验 结论是图象非常接近一条过原点的直线．
师：大家做得都非常好，那么你们在实验中遇到的困难
是什么呢?能不能想出办法克服?
组1生：当拉小车的砝码的质量较大时，绳子容易打滑，
从而影响了位移的测量．我们用松香涂抹在绳子 上，效果不
错．
组2生：我们在做实验时发现了这样一个问题，即当砝
码的质量 和小车的质量差不多时，a—F图象不能再是一条直
线，而是发生了弯曲．
师：这组同学 的问题非常好，实际上砝码和盘的重力并
不严格等于小车受到的拉力，简单证明如下：设砝码及盘的质量为，小车的质量为，则分别对它们进行受力分析，对小
车，受拉力和摩擦力，对砝码和盘，受重 力和拉力，那么它
们之间的关系是什么呢?如果相等，根据物体受合力为零则
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物体做匀速运动，而实际上砝码及盘实际的运动应该是做加
速运动，所以说重力和拉力并不相等，而是应该重力大于拉
力，而我们在实验中认为二者相等， 所以实验的误差有一部
分于此．控制的方法就是尽可能地使砝码和盘的质量远小于
小车及砝码的 质量，具体的分析方法我们将在下一节学到．
组3生：虽然用气垫导轨做实验结果比较精确，但实验
数据处理比较复杂．
师：我们可以 用计算机进行数据处理，使数据处理变得
简单化，大家在课下讨论一下看如何用数据处理软件处理实验中得到的数据．
师：以上我们是通过控制物体的质量不变探究物体的加
速度与物体 所受力之间的关系，下面同学们继续做实验，通
过控制物体所受的力不变探究物体的加速度和质量的关系 ．
三、小结
本节我们学习了：
1．力是物体产生加速度的原因
2．用控制变量法探究物体的加速度与合外力的关系；
设计实验的方法
3．物体的质量一定时，合外力越大，物体的加速度也
越大；
四、作业
1．完成实验报告．
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2．设计一种方案，测量自行车启动时的平均加速度


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