4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
★新课标要求
（一）知识与技能
1、理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关。
2、通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。
3、培养学生动手操作能力。
（二）过程与方法
1、使学生掌握在研究三个物理量之间关系时，用控制变量法实现。
2、指导学生根据原理去设计实验，处理实验数据，得出结论．
3、帮助学生会分析数据表格，利用图象寻求物理规律。
（三）情感、态度与价值观
1、通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神。
2、使学生养成实事求是的科学态度，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。
3、培养学生的合作意识，相互学习，交流，共同提高的学习态度．
★教学重点
1、怎样测量物体的加速度
2、怎样提供和测量物体所受的力
★教学难点
指导学生选器材，设计方案，进行实验。
作出图象，得出结论
★教学方法
1、提出问题，导入探究原理――自主选器材，设定方案，进行操作，总结归纳――进行交流。
2、对学生操作过程细节进行指导，对学生实验过程的疑难问题进行解答。
★教学用具：
多媒体、小车、一端带滑轮长木板、钩码、打点计时器、学生电源、纸带、刻度尺、气垫导轨、微机辅助实验系统一套。
★教学过程
（一）引入新课
教师活动：利用多媒体投影下图：
定性讨论：物体质量一定，力不同，物体加速度有什么不同？力大小相同，
作用在不同质量物体上，物体加速度有什么不同？
物体运动状态改变快慢取决哪些因素？定性关系如何？
学生活动：学生讨论后回答：第一种情况，受力大的产生加速度大，第二种情况：质量大的产生加速度小。
学生再思考生活中类似实例加以体会。
点评：教师还可举日常生活中一些实例，如赛车和普通小汽车质量相仿，但塞车安装了强大的发动机，牵引力巨大，可产生很大加速度。
再如并驾齐驱的大货车和
小汽车在同样大的制动力作用下，小汽车容易刹车．通过类似实例使学生获
得感性认识：加速度大小既与力有关，也与质量有关，为下一步定量研究做
好铺垫．
（二）进行新课
1、物体加速度与它受力的定量关系探究
教师活动：现在我们探究物体加速度与力、质量的定量关系（用控制变量法）。
保持物体的质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，探究加速度与力的定
量关系。
请同学生据上述事例，猜测一下它们最简单关系。
学生猜测回答：加速度与力可能成正比。
教师活动：如何测量加速度a？需什么器材？请同学样设计方案。
学生回答：第二章我们已探究过小车速度随时间变化规律，可用该实验器材测加速度。
小车在钩码牵引下作匀加速运动，利用打出纸带求加速度。
教师活动：现实中，除了在真空中抛体（仅受重力）外，仅受一个力的物体几乎不存在，但一个单独的力作用效果与跟它等大、方向相同的合力作用效果相同，因此
实验中力F的含义可以是物体所受的合力。
如何为运动物体提供一个恒定合
力？如何测？请同学们想办法。
教师引导：可利用前边测加速度的器材，在钩码质量远小于小车质量条件下，
钩码重力大小等于对小车拉力（至于为什么以后再讨论），但必须设法使木
板光滑，或使用气垫导轨以减少摩擦直至忽略不计。
这样小车受的合力就等
于钩码重力。
教师对学生设计方案的可行性进行评估，筛选出最佳方案进行
实验。
学生活动：学生思考，设计可行方案测量，也可借鉴教师提供案例进行设计。
教师活动：指导学生分组实验，把小车在不同拉力下的加速度填在设计好的表格中。
学生活动：学生设计实验步骤，进行分组实验，取得数据。
教师活动：如何直观判断加速度a与F的数量关系？指导学生以a为纵坐标，以F为横坐标建立坐标系，利用图象找规律。
利用实物投影展示某同学做的图象，让
大家评价。
学生活动：学生在事先发给的坐标纸上描点，画图象，看图象是否是过原点的直线，就能判断a与F是否成正比。
分析研究表格中数据，得出结论。
2、物体的加速度与其质量的定量关系探究
教师活动：保持物体所受力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，探究加速度与质量关系，请同学们用最简单关系猜测一下二者是什么关系？教师解
释：若a 与m 成反比，其实是a 与1／m 成正比，a －l ／m 的图象应是什么？
学生猜测回答：加速度与质量可能成反比。
应该是过原点直线。
教师活动：保持钩码质量一定，即拉力大小一定，如何改变小车质量？
将不同质量的小车的加速度填入设计好的表格中，建立a 一1／m 坐标系作
图象。
学生回答：在小车上加砝码。
学生设计实验步骤，进行分组实验，测出不同质量时加速度。
在坐标纸上描
点，作a －l ／m 图象，据a －l ／m 图象建否是过原点直线就能判断加速度是
否与质量成反比。
点评：由于学生刚开始从事探究实验，缺乏经验，需要教师指导，比如设计方案，利用
图象处理数据，学生一无经历，二不习惯，所以宜采用定向探究，逐步使学生走向自由探究。
3、对实验可靠性进行评估
教师活动：如果同学们猜想是正确的，那么根据实验数据，以a 为纵坐标，以F 横坐标，
或以a 为纵坐标，1／m 为横坐标，作出图象都应该是过原点的直线，但实际
描的点并不严格在某直线上，也不一定过原点。
若真是a ∝F ，a ∝l ／m 得需
多次实验才能证实。
学生讨论结果，看书讨论相关问题。
★课余作业
1、课后完成实验报告。
2、预习第三节牛顿第二定律。
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。
学生素质的培养就成了镜中花，水中月。
牛顿第二定律是动力学的核心规律，是本章重点和中心内容，而探究加速度与力和质量的关系是学习下一节的重要铺垫。
该实验的器材选取、方案设定，因第二章使用过，学生自然会想到用该器材测加速度。
但测力有一定困难，还需平衡摩擦。
为此可借助气垫导轨避免这一点。
另外，测加速度可在气垫导轨上安放两个光电计时门，通过微机辅助系统记录，小车通过两个计时门的时间间隔，测出两计时门间距离，可由22
1at x 求加速度a ，数据完全可由微机处理，甚至a －F ，a －1／m 图象由微机处理作出，收到事半功倍的效果。
该实验是探索规律的实验，学生对加速度与力和质量的关系的定量关系是未知的，但通过实例，对加速度与力和质量的定性关系是可以理解的。
怎样定量研究需在教师指导下，学生动手、动脑进行设计研究，教师只是一个引导者、评判者，只要学生的设计方案合理，亲身体验探究过程，至于能否得出正确结果并不重要。