4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 教案-2025-2026学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

本文围绕“实验：探究加速度与力、质量的关系”展开，承接牛顿第一定律背景，为理解牛顿第二定律奠基。通过提出问题、猜想假设、设计并进行实验等环节，培养学生物理观念、科学思维、科学探究及科学态度与责任等核心素养。 本设计创新点在于采用多种数据处理方法，特色教法有控制变量法等。从学生层面提升分析处理数据能力，为教师提供清晰授课路径，有效突破实验设计与操作等教学难点。

教学设计 课程基本信息 学科 物理 年级 高一 学期 秋季 课题 实验：探究加速度与力、质量的关系 教学目标 物理观念：准确表达牛顿第二定律的内容 科学思维：可以根据1N的定义，理解牛顿第二定律的数学表达式是如何从F=Kma变成F=ma的，明确牛顿第二定律就是宏观低速情况下力和运动的定量关系 科学探究：通过分析探究实验的数据，能够得到牛顿第二定律的表达式 科学态度与责任：培养分析数据、从数据获取规律的能力会运用牛顿第二定律分析和处理实际生活中的简单问题 教学重点： 1. 如何设计可行的实验方案。 2. 数据的处理与分析。 教学难点： 1.设计实验方案。 2.实验操作。 教学过程 引入： 回忆牛顿第一定律的内容： 物体总保持匀速直线运动状态或者静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。 一、提出问题： 1、运动状态的改变与哪些因素有关？ 由牛顿第一定律可知： 力是改变物体运动状态的原因； 质量大的物体惯性大，运动状态难改变。 2、涉及到哪些物理量？ 加速度、合外力、质量 二、猜想与假设： 猜想： 加速度与力、质量有关：力越大，加速度越大；质量越大，加速度越小 应该采用什么方法来探究加速度、力、质量三者的关系？ 三、设计实验： 1、实验方法：控制变量法 在质量一定的情况下，研究加速度和合外力的关系； 在合外力一定的情况下，研究加速度和质量的关系 2、需要考虑如下问题： （1）实验中需要测量哪些物理量？ （2）用什么测量工具，如何进行测量？ （3）实验过程中，需要记录哪些数据？ （4）如何分析测量得到的数据？ 3、从待测的物理量入手解决上面问题： （1）如何测量小车的加速度？ 打点计时器； 纸带的处理：逐差法 （2）如何测量合外力 A．如何施加一个恒力呢？ B． 拉力是小车受到合力吗？ 小车和桌面之间的摩擦力； 纸带和限位孔之间的摩擦力； 其他阻力 C． 如何消除阻力的影响？ 阻力补偿法 D．如何判断阻力刚好被平衡？ E．悬挂物的重力大小等于绳拉力吗？ 悬挂物质量远小于小车质量 （3）如何测量质量？ 托盘天平； 需要测量：小车质量M;悬挂物质量m 四、进行实验 1、介绍实验器材 打点计时器；纸带；刻度尺；小车；槽码；导轨；细线 2、实验过程 （1）平衡摩擦 （2）研究在小车质量一定的情况下，小车加速度与合外力的关系，记录相应数据 （3）研究在小车合外力一定的情况下，小车加速度与质量的关系，记录相应数据 五、分析论证 将记录好的数据汇总录入到Excel表格中，为了让实验结果更加形象直观，我们采用图像法处理数据。 （1）利用电子表格做出了a-F图像，分析图像可得：在误差允许范围内，这些点在一条过原点的直线上，这说明a 与拉力F 的定量关系是什么？ （2）利用电子表格做出了a-m图像，这些点如果用直线进行拟合，有很多点不在直线上，而且偏差较大；尝试用其他函数关系进行拟合，经过尝试后，用幂函数拟合结果较好，并且函数关系式接近a=k m-1，这说明a与质量m的定量关系可能是什么？ （3）采用化曲为直的思想验证上面的猜想，利用电子表格做出a-1/m图像，分析图像可得：在误差允许范围内，这些点在一条过原点的直线上，这说明a 与拉力F 的定量关系是什么？ 六、总结 通过本节课，我们取得了哪些收获？ （1） 知识方面： 得到了a、F、m的定量关系 （2）方法方面： 本实验主要采用了控制变量法。 测量力采用了阻力补偿法 处理数据采用了图像法，并体现了“化曲为直”的思想 七、合作交流 课后分小组完成下面任务： （1）对本实验进行误差分析 （2）对教材中的参考案例2进行讨论与交流 学科网（北京）股份有限公司 $$