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逐层法探究加速度力和质量的关系

摘要：高中物塑知识比较抽象，教学中如何将抽象的内容以具体直观的力式呈现出来，易于让学生产生兴趣，便于学生接受。是教师上课时极其现实的课题。本文由表及里，逐层深入分别设计三个递进的探究实验：先是推三轮车定性体验，接着利用打点计时器和控制变量法深入探究，最后用力传感器配合光电门精确定量探究，渐次认识加速度力和质量关系。由浅入深，从定性到定量层层推进，以此达到新课标对物理核心素养中关于实验探究之要求。

关键词：加速度，力，质量，关系，逐层

引言：在加速度力和质量关系的探究教学中，很多教师或者是简单的实验演示，或者是直观的电脑模拟，甚至有的教师直接让学生记住结论。未能让学生真正体验，真正从心底领会并接受加速度力和质量的关系。本文采用由表及里，由定性到定量逐层挖掘、步步推进的方法，有助于学生真正理解加速度力和质量的关系。真正学会实验探究的一般方法。

一、设计逐层探究实验原因和目的

1.设计逐层法探究实验的原因；物理学科是一门以实验为基础的自然学科，必须以实验探究和逻辑推理发展学生的思维能力。在高中物理学习中，许多学生反映物理学科太过于抽象、非常难学，主要是因为现行的教学和考试模式较多地关注学生如何应用抽象的物理知识去解决问题。对实验探究过程和知识获得的思维过程的关注得远远不够。高中物理源于生活，却高于生活.。以前由于实验设备等各方面条件的限制，很多物理规律只能让学生硬性识记。而随着实验条件改善和新技术的发展，在物理课堂教学设计中，教师非常有必要利用各种新技术，设计学生可视可做物理实验。将物理规律获取过程和思维的过程直观地呈现出来，形成切身感受，把抽象过程形象化。借助现代技术和传统的方式相结合，使探究实验教学过程更直观，更高效。

2.设计逐层探究实验目的：本文以“加速度力质量的关系”从定性到定量的探究过程为线索而展开，将学生的认知过程和探究过程合理衔接，，让学生在学习物理知识的同时应用物理思维方法，体验科学探究的一般过程。为了让学生有深刻的认知体验，本文专门为学生设计的三个可以亲自动手操作的实验：先推三轮车定性体验，再使用打点计时器和控制变量法深入控究，最后使用力传感器配合光电门定量探究。从实验效果上看：前两个实验是逐步接近真实情况，最后利用力传感器配合光电门研究真实情况。不仅让学生深刻理解加速度、力和质量真的有定量关系，而且可以学到探究的一般方法。

二、逐层探究实验的过程

1.推三轮车定性体验

器材；三轮车一辆，砖块（60块，总质量大约150kg）秒表

①选取一段光滑平整且略有倾斜的下坡混凝土路面，以10m为宜，②第一次让一位同学在车上控制方向让一位同学推空车，记录时间。

②第二次让一位同学在车上控制方向让两位同学推空车，记录时间，③第三次让一位同学在车上控制方向让两位同学推装了60块砖的三轮车，并记录时间。

通过上面的实验数据可以看出：质量不变情况下力越大加速越容易，力相同情况下，质量越大加速越困难。效果非常好。本实验利用家庭常用的三轮车，器材容易找到，也简单好用。但要注意实验过程中务必要求学生从静止开始，并尽可能用最大力气，以保持加速运动。选取10m距离不长不短，既容易观察测量，又不至于太消耗体力，基本上能一直保持匀加速状态。通过这一体验过程很容易让学生感受到加速度力和质量真有可能有某种定量关系，激发学生进一步探究的欲望！进而猜想加速度力的质量究竟有什么定量关系。

2.利用打点计时器结合控制变量法深入研究

实验器材：小车、砝码、小盘、细绳、一端附有定滑轮的长木板、小车、、低压交流电源、导线、纸带、天平、刻度尺．

实验步骤：

(1)用天平测量小盘的质量m0和小车的质量

(2)按照下图所示连接安装实验器材

(3)在长木板的右端下面适当位置垫上小木块，使小车能匀速下滑．即纸带上所打的点间隔均匀分布，以求平衡摩擦力。

4)操作过程：

①小盘通过细绳绕过定滑轮系于小车上，先接通电源后释放小车，断开电源，取下纸带并编号．以方便区分。

②保持小车的质量M③不变，改变小盘和盘中砝码的总质量m，重复步骤①..注意实验中要让在每条纸带上选取一段打点清晰的部分，计算加速度am=M此时认为绳的拉力F=mg

描点作图：作a－F的图象．如图1。分析加速度和力的关系。从点的分布，加速度和力成正比。

④

图1

⑤保持小盘和砝码总质量m不变，改变小车质量M，重复步骤①和③，作a-1图象．如图2.分析加速度和质量关系。从点的分布可以看出加速度与质M量是反比的图2通过上述实验过程让学生过一步接近了加速度力和质量的定量关系，而且学会了控制变量法的使用。但实验过程中用小盘和盘中砝码重力作为小车合力的近似方法，虽然合理，但不够完美。另外本次实验中也可以在小车背面的木板上固定刻度尺，通过手机录制视频，再利用软件导出每一帧图片，通过图片读出位置坐