1、实验：探究加速度与力、质量的关系【教学目标】1通过实验研究，经历物理规律的探究过程。2体验用控制变量研究问题的物理方法。3体会用“图象法” 发现物理规律的方法。【设计思路】这是一个很好的能体现科学探究所有要素的教学案例，要让学生体验科学探究的全过程，认识物理实验和数学工具在物理学发展过程中的作用。本设计首先结合生活实践，让学生分析现象，提出问题，通过定性分析，对问题的解决进行合理猜测，然后引导学生自己设计实验方案，通过师生、生生的交流评估，优化实验方案，在学生的充分的实验活动的基础上，进行分析论证，共享探究的成果。【课时】2 节课【教学过程】一、研究问题的提出1提出问题：赛车起动时可以获得很大
2、的加速度，为什么？结合身边的实例说明：物体的加速度的大小与什么因素有关？师生总结出定性的结论：力越大，加速度越大，质量大，加速度小。2老师明确研究的问题：探究加速度与力、质量定量关系问题引导：加速度与力、质量都有关系，如何研究？师生总结控制变量法：（1）质量一定，a 与 F 的关系；（2）外力一定，a 与 M 的关系。老师引导：根据你的经验，你认为 a 与 F 的关系、a 与 M 的关系可能存在怎样的定量关系？学生猜想：（1）质量一定，a 与 F 成正比；（2）力一定，a 与 M 成反比。老师引导：如何通过数据处理，验证猜想是否正确？师生总结数据处理的方法：画 a 与 F、a 与 1/M 图像
3、。二、师生交流评估，设计、优化实验方案1老师引导，设计实验方案。探究物体的加速度与力、质量的关系，你要处理好下面两个问题：（1）怎样给物体提供一个可以测量的外力？（2）如何测量物体的加速度？（利用打点计时器或数字毫秒计测量）请同学们认真思考，提出自己的方案。2自主设计。学生自主设计出下面两个典型的方案。从方案 1 到方案 2 可做适当引导。方案 1：F=mg-Mg测出砝码与小车的质量、动摩擦系数，就可以得到小车受到的合力。方案 2：F=Mg（sincos）=Mg（sintancos ）测出小车的质量、sin 、 cos、tan，就可以得到合力。 角为斜面上小车刚好匀速下滑的位置。3师生交流评估
4、，优化实验方案。老师引导：我们用方案 2 进行实验，为简化测量，取斜面长度为 AB=1 米，上述三角函数的测量就简单很多。斜面倾角为 角时，小车沿斜面匀速下滑，如图 3 有：sin= AC/AB=AC cos=BC/AB=BC=tan=DC/BC=DC/cos也就是： DC=cos (1)sin cos= AC- DC=AD (2)F 合力 = MgAD (3)4提出问题：用该实验装置，质量不变时候，怎样获得不同的外力？改变 AD 长度)质量改变时，怎样保证小车的外力不变？(使 MgAD 不变)如图 4，老师介绍方案 2 的实验仪器的使用：中旋转基板定位于图 3 中 BD 位置。三角斜面插入轨
5、道，将轨道相对中旋转基板转过一定的角度，由米尺 1 测量出AD（sincos）的数值，得到 F 合力的绝对数值。也可以通过斜面上的刻度 AE 直接读出 AD（sin cos）的数值。米尺就不需要了。 AE 对 AD 还起到放大作用。图 4三、学生进行实验。要求首先设计实验步骤，然后进行实验。（一）研究质量不变时，外力与加速度的关系的实验：（1）如图 4 调整垫块的位置，通过数值毫秒计（或打点计时器）的监控，使小车恰沿着斜面匀速下滑。（2）三角斜面插入轨道，改变三角斜面斜边的插入长度，使 AD 为 05cm、1 cm、15 cm、2 cm、25 cm，AD 就相应变成 1 倍、2 倍、3 倍、4
6、 倍、5 倍，通过数字毫秒计（或打点计时器），测出对应的加速度。（3）交流合作 共享成果：次数 AD(F) a（m/s2）1 1F 04968794642 2F 10726243313 3F 1597728874 4F 21610108335 5F 2572436751（二）探究受力一定，a 与 M 的关系的实验：（1）调整可移动垫块的位置，通过数值毫秒计（或打点计时器）的监控，使小车恰沿着斜面匀速下滑。(2)三角斜面插入轨道，改变小车的质量，并同时改变插入的三角斜面的斜边的长度，使 MgAD 持不变，则合力不变化，通过数字毫秒计（或打点计时器），测出不同的质量所对应的加速度。（3）交流合作
7、共享成果：测量表格 2：MgAD 93，保持不变，合外力不变。次数M（Kg）AD 1/Ma（m/s 2）1 031 30 323 31052 041 227 244 23613 051 182 196 19244 061 152 164 14835 071 131 141 1281四、得到结论师生总结两堂课的实验结果，得到牛顿第二定律。五、实验思考如果采用方案 1，应怎样简化数据的测量？（倾斜斜面，平衡摩擦力）如果采用方案 1，在加速度较大的时候，误差如何？应如何减少误差？在方案 2 中已经包含了方案 1 中简化实验的思想方法，同学能够进行迁移，由于已经通过方案 2 得出了牛顿第二定律，方案 1 的系统误差分析可以在理论的指导下进行，降低了误差分析的难度。也可以让学生做一做，让学生看到方案 1 中的实验图像弯曲，然后用牛顿第二定律进行理论分析。该实验仪器也可以用在探索动能定理、动量定理的实验中。
