人教版高中物理必修第一册：4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系教案

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系

〖教材分析〗

牛顿第一定律告诉我们力是产生加速度的原因。而运动状态的改变难易又与其自身

的质量有关，因此本节探究加速度与力、质量的关系。由于是探究他们的比例关系，在

数据处理这里学生会存在很大的困难，所以教师要充分的讲解数据处理的一般原则。实

验操作上，使用打点计数器还是比较简单的，就是测量他所受的合力上会有些不理解，

平时都是在书本上进行受力分析求合力，现在是真正的实物，所以教师要做好充分的演

示讲解和平衡摩擦力等。

〖教学目标与核心素养〗

物理观念：理解实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性。

科学思维：经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验

如何平衡摩擦阻力、减少系统误差的操作方法。

科学探究：体通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。

科学态度与责任：通过探究激发学生的求知欲和创新精神。

〖教学重点与难点〗

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。

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。

〖教学方法〗

教师启发引导与探究法相结合，并辅以问题法、演示法、归纳法等。

〖教学准备〗

小车、打点计时器、电源、纸带、复写纸、一端带有滑轮的长木板、砝码盘、托盘天平、

砝码、架子、刻度尺、多媒体课件等。

〖教学过程〗

一、新课引入

由牛顿第一定律，我们知道力是产生加速度的原因，惯性只与质量有关，质量越大

惯性越难改变。这分别是加速度与力的关系和加速度与质量的关系。

这说明，加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。下面我们来探究加速度与力、

质量之间的定量关系。

教学设计说明：直接应用课本的问题情景导入，有图有真相。

二、新课教学

（一）实验思路

问题提出

1、你认为应该如何完成这个探究实验？

2、比如，研究什么物体？

3、如何测量该物体受到的力？

4、如何测量该物体的加速度？

5、怎样分析数据？

请说出你的设计思路并和同学们讨论确定实验探究方案。

1、实验目的：主要有两个加速度a与力F的关系，加速度a与质量m的关系，使用控

制变量法来进行研究。

2、实验设计：需要测量的物理量有a、F、m。分别主要通过天平、打点计时器、力的的

合成来测得。

3、进行实验

4、利用表格分析数据。

用图所示的装置可以完成这个探究实验。将小车置于

水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。

1、加速度a与力F的关系

生活经验：用大的力推物体，物体会获得大的加速度；而用小的力推相同的物体，

物体会获得小的加速度。

问题：加速度和力之间存在什么样的关系呢？

通过多媒体课件动图展示：拉力不同的情况下小车的运动情况。保持小车质量不变，

通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。小车所受的拉力可认为与槽码所受的重力相

等。测得不同拉力下小

车运动的加速度，分析加速度与拉力的变化情况，找出二者之间的定量关系。

2、加速度a与力m的关系

生活经验：用力推质量大的物体，物体会获得小的加速度；而用相同的力推质

量小的物体，物体会获得大的加速度。

问题：加速度可能与质量成反比?

通过多媒体课件动图展示：质量不同的情况下小车的运动情况。保持小车所受的拉

力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。测得不同质量的小车在这个拉力下运

动的加速度，分析加速度与质量的变化情况，找出二者之间的定

量关系。

（二）物理量的测量

1、质量的测量

实验室主要是使用天平，而小车的质量的改变主要是通过增减砝码来改变的。

2、加速度的测量

有三个方法，方法1，小车做初速度为0的匀加速直线运动。则测量小车加速度最

直接的办法就是用刻度尺测量小车移动的位移x。并用秒表测量发生这段位移所用的时

1

间t，然后由位移公式xat2求出加速度a。

2

方法2，运用第一章学习过的打点计时器器来测量。我们实验室也是经常采用这种

方法。

方法3，让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动。与方法1类似，只不过它不

xa

用测得具体数值，只需要得出位移与加速度的比值即可，11测量加速度就转换成

x2a2

测量位移了。

三种方法看情况来选择做，1和2是可以结合起来用的，打点计时器连着纸带就是

可以用来测量位移和时间的，所以1、2都是一起用的。

3、力的测量

孤力物体是不存在的，所以实验中的F是合力。受力分析发现小车的受力还是比较

多的，所以我们不能单单只看一个，而是求他们的合力出来。下面看两个案例。

参考案例1、用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系

把木板的一侧垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力及其他

阻力。调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木

板匀速运动。如图所示受力分析，调整角度另重力的分力等于阻

力，这样其它力平衡掉以后，相当于小车只受拉力T，而拉力T

等于砝码的重力。

这样通过改变槽码的个数可以成倍地改变小车所受的拉力，与此

相对应，处理纸带。保持小车受的拉力不变，通过增减小车中的重物改变小车的质量。

处理纸带。最后结合加速度测量的方法1、2求得加速度。

参考案例2、通过位移之比测量加速度之比

将两辆相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细线，线的另一端跨过定滑轮各

挂一个小盘，盘中可以放不同的重物。把木板一端垫高，参考案例1的方法补偿阻力的

影响。

两小车后端各系一条细线，用一个物体，例如黑板擦，把两条细线同时按

压在木板上(图4.2-3)。抬起黑板擦，两小车同时开始运动，按下黑板擦，两小车同时

停下来。用刻度尺测出两小车移动的位移x、X。由于两小车运动时间t相同，从它们的

位移之比就可以得出加速度之比。

在盘中重物相同的情况下，通过增减小车中的重物改变小车的质量。运用方法3求

得加速度与位移之比。

（三）进行实验

1、加速度a与力F的关系

以案例1为实验，进行设计表格，通过改变槽码的个数可以成倍地改变小车所受的

拉力，把测得的加速度填表。

2、加速度a与质量m的关系

以案例1为实验，设计表格，通过增减小车中的重物改变小车的质量，把测得的加

速度填表。

（四）数据分析

列表格之后就是建坐标，之后描点连线。为了更直观地判断加速度a与拉力F的定

量关系，我们以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系。根据各组实验数据在坐标纸

上描点。如果这些点在一条过原点的直线说明加速度a与拉力F成正比。如果不是再进

行分析。

结论：加速度a与力F成正比、与质量m成反

比。

科学方法：控制变量（阅读）

〖板书设计〗

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系

一、实验思路

用控制变量法探究加速度a与力F的关系和加速度a与质量m的关系。

二、物理量的测量：质量、加速度、力的测量

三、实验注意：①把木板的一侧垫高，②小车能拖动