4.2實驗：探究加速度與力、質量的關系

〖教材分析〗

牛頓第一定律告訴我們力是產生加速度的原因。而運動狀態的改變難易又與其自身

的質量有關，因此本節探究加速度與力、質量的關系。由于是探究他們的比例關系，在

數據處理這里學生會存在很大的困難，所以教師要充分的講解數據處理的一般原則。實

驗操作上，使用打點計數器還是比較簡單的，就是測量他所受的合力上會有些不理解，

平時都是在書本上進行受力分析求合力，現在是真正的實物，所以教師要做好充分的演

示講解和平衡摩擦力等。

〖教學目標與核心素養〗

物理觀念：理解實驗思路的合理性，以及用圖象處理實驗數據的有效性。

科學思維：經歷實驗的操作和測量過程，以及通過圖象處理實驗數據的過程，體驗

如何平衡摩擦阻力、減少系統誤差的操作方法。

科學探究：體通過探究實驗，培養實事求是、尊重客觀規律的科學態度。

科學態度與責任：通過探究激發學生的求知欲和創新精神。

〖教學重點與難點〗

重點：1、控制變量法的使用。

2、如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行。

3、實驗數據的分析與處理。

難點：1、如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行。

2、實驗數據的分析與處理。

〖教學方法〗

教師啟發引導與探究法相結合，并輔以問題法、演示法、歸納法等。

〖教學準備〗

小車、打點計時器、電源、紙帶、復寫紙、一端帶有滑輪的長木板、砝碼盤、托盤天平、

砝碼、架子、刻度尺、多媒體課件等。

〖教學過程〗

一、新課引入

由牛頓第一定律，我們知道力是產生加速度的原因，慣性只與質量有關，質量越大

慣性越難改變。這分別是加速度與力的關系和加速度與質量的關系。

這說明，加速度與力、質量之間必然存在一定的關系。下面我們來探究加速度與力、

質量之間的定量關系。

教學設計說明：直接應用課本的問題情景導入，有圖有真相。

二、新課教學

（一）實驗思路

問題提出

1、你認為應該如何完成這個探究實驗？

2、比如，研究什么物體？

3、如何測量該物體受到的力？

4、如何測量該物體的加速度？

5、怎樣分析數據？

請說出你的設計思路并和同學們討論確定實驗探究方案。

1、實驗目的：主要有兩個加速度a與力F的關系，加速度a與質量m的關系，使用控

制變量法來進行研究。

2、實驗設計：需要測量的物理量有a、F、m。分別主要通過天平、打點計時器、力的的

合成來測得。

3、進行實驗

4、利用表格分析數據。

用圖所示的裝置可以完成這個探究實驗。將小車置于

水平木板上，通過滑輪與槽碼相連。小車可以在槽碼的牽引下運動。

1、加速度a與力F的關系

生活經驗：用大的力推物體，物體會獲得大的加速度；而用小的力推相同的物體，

物體會獲得小的加速度。

問題：加速度和力之間存在什么樣的關系呢？

通過多媒體課件動圖展示：拉力不同的情況下小車的運動情況。保持小車質量不變，

通過改變槽碼的個數改變小車所受的拉力。小車所受的拉力可認為與槽碼所受的重力相

等。測得不同拉力下小

車運動的加速度，分析加速度與拉力的變化情況，找出二者之間的定量關系。

2、加速度a與力m的關系

生活經驗：用力推質量大的物體，物體會獲得小的加速度；而用相同的力推質

量小的物體，物體會獲得大的加速度。

問題：加速度可能與質量成反比?

通過多媒體課件動圖展示：質量不同的情況下小車的運動情況。保持小車所受的拉

力不變，通過在小車上增加重物改變小車的質量。測得不同質量的小車在這個拉力下運

動的加速度，分析加速度與質量的變化情況，找出二者之間的定

量關系。

（二）物理量的測量

1、質量的測量

實驗室主要是使用天平，而小車的質量的改變主要是通過增減砝碼來改變的。

2、加速度的測量

有三個方法，方法1，小車做初速度為0的勻加速直線運動。則測量小車加速度最

直接的辦法就是用刻度尺測量小車移動的位移x。并用秒表測量發生這段位移所用的時

1

間t，然后由位移公式xat2求出加速度a。

2

方法2，運用第一章學習過的打點計時器器來測量。我們實驗室也是經常采用這種

方法。

方法3，讓兩個小車做初速度為0的勻加速直線運動。與方法1類似，只不過它不

xa

用測得具體數值，只需要得出位移與加速度的比值即可，11測量加速度就轉換成

x2a2

測量位移了。

三種方法看情況來選擇做，1和2是可以結合起來用的，打點計時器連著紙帶就是

可以用來測量位移和時間的，所以1、2都是一起用的。

3、力的測量

孤力物體是不存在的，所以實驗中的F是合力。受力分析發現小車的受力還是比較

多的，所以我們不能單單只看一個，而是求他們的合力出來。下面看兩個案例。

參考案例1、用阻力補償法探究加速度與力、質量的關系

把木板的一側墊高，以補償打點計時器對小車的阻力及其他

阻力。調節木板的傾斜度，使小車在不受牽引時能拖動紙帶沿木

板勻速運動。如圖所示受力分析，調整角度另重力的分力等于阻

力，這樣其它力平衡掉以后，相當于小車只受拉力T，而拉力T

等于砝碼的重力。

這樣通過改變槽碼的個數可以成倍地改變小車所受的拉力，與此

相對應，處理紙帶。保持小車受的拉力不變，通過增減小車中的重物改變小車的質量。

處理紙帶。最后結合加速度測量的方法1、2求得加速度。

參考案例2、通過位移之比測量加速度之比

將兩輛相同的小車放在水平木板上，前端各系一條細線，線的另一端跨過定滑輪各

掛一個小盤，盤中可以放不同的重物。把木板一端墊高，參考案例1的方法補償阻力的

影響。

兩小車后端各系一條細線，用一個物體，例如黑板擦，把兩條細線同時按

壓在木板上(圖4.2-3)。抬起黑板擦，兩小車同時開始運動，按下黑板擦，兩小車同時

停下來。用刻度尺測出兩小車移動的位移x、X。由于兩小車運動時間t相同，從它們的

位移之比就可以得出加速度之比。

在盤中重物相同的情況下，通過增減小車中的重物改變小車的質量。運用方法3求

得加速度與位移之比。

（三）進行實驗

1、加速度a與力F的關系

以案例1為實驗，進行設計表格，通過改變槽碼的個數可以成倍地改變小車所受的

拉力，把測得的加速度填表。

2、加速度a與質量m的關系

以案例1為實驗，設計表格，通過增減小車中的重物改變小車的質量，把測得的加

速度填表。

（四）數據分析

列表格之后就是建坐標，之后描點連線。為了更直觀地判斷加速度a與拉力F的定

量關系，我們以a為縱坐標、F為橫坐標建立直角坐標系。根據各組實驗數據在坐標紙

上描點。如果這些點在一條過原點的直線說明加速度a與拉力F成正比。如果不是再進

行分析。

結論：加速度a與力F成正比、與質量m成反

比。

科學方法：控制變量（閱讀）

〖板書設計〗

4.2實驗：探究加速度與力、質量的關系

一、實驗思路

用控制變量法探究加速度a與力F的關系和加速度a與質量m的關系。

二、物理量的測量：質量、加速度、力的測量

三、實驗注意：①把木板的一側墊高，②小車能拖動