4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 教学设计 -2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册
4.2实验：探究加速度与力、质量的关系
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。
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。
【新知探究】
一、实验思路
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。
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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。
控制变量法
保持m不变，研究a与F的关系
保持F不变，研究a与m的关系
怎么测量
进行实验
利用表格分析数据。
方案一：用打点计时器“探究加速度与力、质量的关系”
(一)恒定合力的条件设定
粗糙斜木板上，用悬吊小重物的方法为小车提供拉力, 通过改变增减悬吊物的质量就可改变小车受到的拉力.
为了使小车受到的合力=悬挂物的重力，必须满足下列三个条件
①平衡摩擦力： 为了使小车受到的合力=悬挂物的重力，必须满足下列三个条件 将将木板一端垫高，使重力的分力Gx与摩擦力f 平衡抵消。
②只有当悬吊物的质量比小车的质量小得多时，小车所受拉力才近 似等于悬吊物的重力。(注：此条件以后再分析)
③牵引小车的细线与斜木板平行
(二)进行实验
1.探究加速度与合力的关系
(1)用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m。
(2)把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)。
(3)在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑。
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(4)小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开电源， 取下纸带编号码。
(5)保持小车的质量m不变，改变小盘和钩码的质量m′ ，重复步骤(4)。
(6)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a。将相关数据及时填入表中。
表1 小车质量一定
2.探究加速度与质量的关系
(7)小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，断开 电源，取下纸带编号码。
(8)在步骤(4)的基础上，保持小盘中钩码的数量不变，改变小车的质量， 重复步骤（4）。
(9)在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a，并记录数据。 表2 小车所受的拉力一定
(三)数据处理与结论
1.分析a~F关系绘制a-F图像。
若这些点大致在同一条直线上，故可以判断在质量一定时，物体的加速度与其所受的合外力成正比。
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