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

该高中物理教学设计聚焦“探究加速度与力、质量的关系”实验，基于牛顿第二定律，通过回顾速度、加速度概念及力对运动状态的影响，以控制变量法为支架，衔接前后知识脉络，引导学生深入理解三者定量关系。 以科学探究为主线，师生互动设计实验方案，如用气垫导轨减小摩擦、讨论测量物理量方法，培养科学探究能力。通过描点画图分析数据，结合控制变量法与数形结合，发展科学思维。实验操作中平衡摩擦力等步骤，渗透严谨态度，课堂练习巩固要点，助力学生提升实验与分析能力，为教师提供可操作性强的探究教学范例。

人教版+必修第一册+第四章 第2节 教学设计 课程 名称 实验：探究加速度与力、质量的关系 课程类型 新授课 学科 物理 学校 名称 学年班级 设计人 学生 分析 教学主体——学生是普通高一学生，学生具有一定的实验观察能力及科学探究的能力，学习欲望较强，乐于将所学知识运用于实际生活中。学生的数理能力和抽象思维能力正在发展中，对物理学习有一定的兴趣和认知，有能力学好实验：探究加速度与力、质量的关系这一节课 教材 分析 本节课位于人教版物理必修一第4章第2节，是高中物理力学部分的核心内容之一，它基于牛顿第二定律，通过实验探究的方式，让学生深入理解加速度与力、质量之间的定量关系。本实验不仅是理论知识学习的延伸，更是学生科学探究能力、实验设计能力和数据分析能力培养的重要载体。通过本实验，学生可以亲身体验科学探究的过程，学会利用控制变量法研究物理规律，同时体会物理知识与生活实际的紧密联系，提高运用物理知识解决实际问题的能力。 教学目标与核心素养 1、 教学目标 掌握实验探究加速度与力、质量关系的基本原理和方法。 学会使用打点计时器、纸带等实验器材进行数据处理。 二、核心素养 【物理观念】通过实验设计和实施，培养学生的科学探究能力，包括观察、实验、推理、分析、解释和交流等能力。 【科学思维】培养学生的逻辑推理能力,数形结合的能力,应用数学知识的解决物理问题的能力。 【科学探究】引导学生研究图象、寻找规律得． 【科学态度与责任】培养学生建立事物是相互联系的唯物主义观点；培养学生用物理语言表达物理规律的意识，激发探索与创新欲望． 重点 实验设计：引导学生理解实验目的和原理，掌握实验设计的基本方法和步骤。 实验操作：指导学生正确使用实验器材，进行实验操作和数据收集。 数据分析：帮助学生理解实验数据的物理意义，掌握数据处理和分析的基本方法。 难点 从实验数据中分析加速度与力以及加速度与物体质量的关系，从图像中发现物理规律，并通过这种体验提高使用多种方法和手段分析、处理信息的能力 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 用时 导入 导入 【导入语】速度是描述物体运动状态的物理量，加速度是描述速度变化快慢的物理量。因此也可以说，加速度是描述物体运动状态变化快慢的物理量。由前面的学习我们知道，力是改变物体运动状态的原因，质量大的物体运动状态不容易改变。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。 教师告诉学生本节课的上课方式是从实验出发 引入本节课内容 2min 讲解 一、实验思路 【师生互动】老师带领学生回顾控制变量法的实验原理。 【提问】有同学还记得控制变量法的内容吗？ 【过渡】大家回答的都很好。那么我们今天就用控制变量法探究加速度a与力F及质量m的关系 【师生互动】在老师的带领下，和同学们一起介绍并认识本节课要使用到的实验器材 【讲解】在实验之前老师要向同学们强清楚本节课的实验目的是为了验证牛顿第二定律。 教师：你认为应该如何完成这个探究实验？比如，研究什么物体？如何测量该物体受到的力？请同学们分组讨论确定实验探究方案 教师：如图4-1所示，当物体质量一定而受力不相同时，物体的加速度会有什么不同 大小相同的力作用在不同质量的物体上，物体的加速度又会有什么不同 学生：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，当力大小相同时，物体质量越大，运动状态越难改变，所以质量越大，加速度应该越小 教师：如何把各物理量用精确的数量关系表达出来 教师引导学生设计实验 1.加速度与力的关系 2.加速度与质量的关系 教师：为了尽量减小小车与桌面之间摩擦力的影响，请想想，我们可以用什么样的仪器? 学生：可以用气垫导轨末实现减小摩擦 教师：气垫导轨如何减小摩擦 学生：从气孔喷出的气流在导轨与滑块之间形成气垫，从而减小摩擦 教师：为了能较为准确地获得滑块的加速度，要求时间测量误差较小，可以采用数字计时器 教师：如何给滑块施加恒力呢? 学生：可以通过细线悬挂槽码下落的方式给滑块施加恒 学生了解实验目的、原理和实验器材的相关知识。 锻炼学生的自主学习能力，掌握基本知识点 10min 二、物理量的测量 【过渡】通过刚才的分析，我们需要测量哪些物理量？ 学生：物体的质量、物体所受的作用力和物体运动的加速度 教师：可以通过怎样的方式测量呢？ 学生：天平、槽码、打点计时器等 教师讲解实验所需物理量如何测量 1.质量的测量 用天平测量质量。为了改变小车的质量，可以在小车中增减槽码的数量 2.加速度的测量 ①方法1 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间t，由a=计算得出a ②方法2 将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上 打出的点来测量加速度 ③方法3 位移之比就等于加速度之比 3.力的测量 改变盘中的重物质量 学生了解需要用到的物理量 帮助学生学习相关物理知识。 8min 三、进行实验 【过渡】同学们，了解了实验目的、原理以及实验器材后，我们开始实验。 【师生互动】老师向同学们介绍第一步是测质量，并把测量结果记录下来．第二步是安装仪器 【提问】老师提问：大家思考一下，根据之前的实验，安装完仪器下一步我们应该做什么呢？ 【过渡】大家回答的很正确，接下来我们就要平衡摩擦力。 【讲解】老师再讲解一下平衡摩擦力的具体方法。 【师生互动】老师向同学们介绍完平衡摩擦力之后，要告诉同学们下一步要做什么：把细绳系在小车上并绕过滑轮悬挂小盘，先接通电源再放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列的点，打完点后切断电源，取下纸带，在纸带上标上纸带号码。 【讲解】做完以上步骤之后，现在我们就要 保持小车和槽码的质量不变，在小盘里放入适量的槽码，把小盘和槽码的总质量m′记录下来，重复这一步骤，得到三条纸带． 【过渡】得到纸带之后，我们首先要选取一段比较理想的部分，再进行测量。最后我么就算出与每条纸带对应的小车加速度的值． 【过渡】好了，这就是我们今天实验的完整步骤，大家可以自己动手试一下了。 【师生互动】老师在观察学生实验时，强调实验的注意事项。 学生学习实验步骤 锻炼学生的动手能力 帮助学生学习相关物理知识。 15min 四、数据分析 教师：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、m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。你有什么发现 学生：验证了牛顿第二定律 教师：非常正确 教师讲解实验中可能存在误差 【讲解】老师向同学们介绍这些题型以及考点。对原理的理解和误差的分析对数据的处理和分析 学生动手描点画图计算 学生通过例题巩固相关知识点 锻炼学生的自主学习能力 5min 练习（课堂） 练习 1.在“验证牛顿第二定律”实验中，下面的说法中正确的是( ) A．平衡摩擦力时小桶应用细线通过滑轮系在小车上，但小桶内不能装沙 B．实验中应始终保持小车和砝码的质量远大于沙和小桶的质量 C．实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上，即可证明加速度与质量成反比 D．平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力 2.在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿第二定律”的实验时，下列说法中正确的是( ) A．平衡摩擦力时，应将砝码及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上 B．连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行 C．平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动 D．小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车 3．在实验中某人得不出当小车的质量一定时，加速度a与作用力F成正比的正确图线，而是得出下列图线．请分别说出得到(A)、(B)、(C)三种图的原因． 4．同学们在做探究加速度与物体质量和合外力的关系的实验时： (1)甲同学为了使小车受到的合外力等于小桶和砂的总重量，他采用如下两个措施： ①平衡摩擦力：将长木板无滑轮的一端下面垫一小木块，反复移动木块的位置，直到小车在小桶的拉动下带动纸带与小车一起做匀速直线运动； ②调整砂的多少，使砂和桶的总质量m远小于小车和砝码的总质量M 请问：以上哪一个措施中有重大错误？ (2)乙同学在实验中，他保持小车及砝码总质量M不变，反复改变砂的质量，并测得一系列数据，结果发现小车受到的合外力(小桶及砂的总重量mg)与加速度的比值略大于小车及砝码总质量M，经检查发现滑轮非常光滑，打点计时器工作正常，且事先基本上平衡了摩擦力，那么出现这种情况的主要原因是什么？ 学生练习 巩固本节知识 5min 总结 总结 一、实验目的 1．学会用控制变量法研究物理规律 2．验证牛顿第二定律 3．掌握利用图象处理数据的方法 二、实验原理 探究加速度a与力F及质量m的关系时，应用的基本方法是控制变量法，即先控制一个参量——小车的质量m不变，讨论加速度a与力F的关系，再控制小盘和砝码的质量不变，即力F不变，改变小车质量m，讨论加速度a与m的关系 三、实验器材 打点计时器、纸带、复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、夹子、细绳、低压交流电源、导线、天平、刻度尺、砝码 四、实验步骤 (一)测质量 (二)仪器安装及平衡摩擦力 (三)保持小车的质量不变 (四)保持小盘和砝码的质量不变 五、注意事项 1．平衡摩擦力 2．实验条件 3．操作顺序 六、误差分析 1．质量的测量误差，纸带上打点计时器打点间隔距离的测量误差，拉线或纸带不与木板平行等都会造成误差 2．因实验原理不完善造成误差 3．平衡摩擦力不准造成误差 梳理自己本节所学知识进行交流 根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。 3min 板书 一、实验思路 二、物理量的测量 1.质量的测量 2.加速度的测量 3.力的测量 三、实验步骤 1.加速度与力的关系 2.加速度与质量的关系 四、数据分析 1.描点画图 2.误差分析 教学评价 1、 从物理学科特点出发，改善课堂教学方法； 2、 从学生的心理发展特征和本事基础出发，改善课堂教学方法； 三、从教学关系出发改善课堂教学方法。 课后反思 （包含教师本人反思和他人反馈。此项供教师课后填写） 学科网（北京）股份有限公司 $