【創(chuàng)新設(shè)計】高中物理 3.2 牛頓第一定律（第2課時）教學(xué)案 教科版必修1.doc

3.2 牛頓第一定律 第二課時目標(biāo)定位1.學(xué)會用“控制變量法”探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系.2.會用圖象表示加速度與質(zhì)量、加速度與力之間的關(guān)系.1實驗器材：小車、砝碼、小桶、砂、細(xì)線、一端附有定滑輪的長木板、墊木、打點計時器、交流電源、紙帶、刻度尺、天平2實驗原理：實驗的基本思想控制變量法(1)保持研究對象即小車的質(zhì)量不變，改變小桶內(nèi)砂的質(zhì)量，即改變作用力，測出小車的對應(yīng)加速度，驗證加速度是否與作用力成正比(2)保持小桶中砂的質(zhì)量不變，即保持作用力不變，改變研究對象的質(zhì)量，測出對應(yīng)不同質(zhì)量的加速度，驗證加速度是否與質(zhì)量成反比想一想：實驗中小車的加速度怎樣得到？答案通過打點計時器打出紙帶，利用逐差法計算出小車的加速度.一、實驗方案的設(shè)計1三個物理量的測量方法體會近似法本實驗的研究對象：放在“光滑”“水平面”上的小車(裝置如圖321所示)圖321(1)小車質(zhì)量的測量：利用天平測出，在小車上增減砝碼可改變小車的質(zhì)量(2)拉力的測量：當(dāng)小桶和砂的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的情況下，可以認(rèn)為小桶和砂的重力近似等于小車所受的拉力(合外力)，即fmg.(3)加速度的測量：由紙帶根據(jù)公式xat2，結(jié)合逐差法計算出小車的加速度2實驗數(shù)據(jù)的處理方法圖象法、“化曲為直”法(1)研究加速度a和力f的關(guān)系圖322以加速度a為縱坐標(biāo)，以力f為橫坐標(biāo)，根據(jù)測量數(shù)據(jù)描點，然后作出圖象，如圖322所示，若圖象是一條通過原點的直線，就能說明a與f成正比(2)研究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系如圖323甲所示，因為am圖象是曲線，檢查am圖象是不是雙曲線，就能判斷它們之間是不是反比例關(guān)系，但檢查這條曲線是不是雙曲線，相當(dāng)困難若a和m成反比，則a與必成正比我們采取“化曲為直”的方法，以a為縱坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)，作出a圖象，若a圖象是一條通過原點直線如圖乙所示，說明a與成正比，即a與m成反比甲乙圖323二、實驗步驟1用天平測出小車的質(zhì)量m，并把數(shù)值記錄下來2按圖324所示的裝置把實驗器材安裝好(小車上先不系繩)圖3243平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，反復(fù)移動木塊位置，直到輕推小車在斜面上運動時可保持勻速直線運動為止(紙帶上相鄰點間距相等)4在小桶里放入適量的砂，并把細(xì)繩系在小車上，在小車上加放適量的砝碼，用天平測出小桶和砂的質(zhì)量m，記錄下來接通電源，放開小車，待打點計時器在紙帶上打好點后取下紙帶，并設(shè)計表格如下次數(shù)123456小車加速度a/(ms2)砂和小桶的質(zhì)量m/kg拉力f/n5.保持小車的質(zhì)量不變，改變砂和小桶的質(zhì)量，按步驟4再做5次實驗6在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，算出每條紙帶對應(yīng)的加速度的值，填入表格中7用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示作用力，根據(jù)實驗結(jié)果畫出小車運動的af圖象，從而得出af的關(guān)系8保持砂和小桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，重復(fù)上面的實驗，求出相應(yīng)的加速度，并設(shè)計表格如下根據(jù)實驗結(jié)果畫出小車運動的a圖象，從而得出am的關(guān)系.次數(shù)123456小車加速度a/(ms2)小車質(zhì)量m/kg1/m/kg19.整理實驗器材，結(jié)束實驗三、誤差分析1托盤和砝碼的總重力約等于小車所受的合外力，但會帶來一定的誤差小車的質(zhì)量與砂桶和砂的總質(zhì)量相差越大，這種誤差越小2為減小長度測量時的偶然誤差，可進行多次測量取平均值3沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不好，實驗中作出的af或a圖象不過原點四、注意事項1實驗中小車靠近打點計時器且應(yīng)先接通電源后釋放小車2在平衡摩擦力時，不要懸掛小桶，但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源用手輕輕地給小車一個初速度，如果在紙帶上打出的點的間隔均勻，表明小車受到的阻力跟它受到的重力沿斜面向下的分力平衡3改變砂的質(zhì)量過程中，要始終保證砂桶(包括砂)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量4作圖時應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點，不在直線上的點也要盡可能的對稱分布在直線的兩側(cè)，但若遇到個別偏離較遠(yuǎn)的點可舍去典例精析例1用如圖325所示的裝置研究在作用力f一定時，小車的加速度a與小車質(zhì)量m的關(guān)系，某位同學(xué)設(shè)計的實驗步驟如下：圖325a用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量；b按圖裝好實驗器材；c把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶；d將電磁打點計時器接在6 v電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量；e保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的m值，重復(fù)上述實驗；f分析每條紙帶，測量并計算出加速度的值；g作am關(guān)系圖象，并由圖象確定am關(guān)系(1)該同學(xué)漏掉的重要實驗步驟是_，該步驟應(yīng)排在_步實驗之后(2)在上述步驟中，有錯誤的是_，應(yīng)把_改為_(3)在上述步驟中，處理不恰當(dāng)?shù)氖莀，應(yīng)把_改為_解析實驗中把小桶及其中砂子的重力看做與小車所受拉力大小相等，沒有考慮摩擦力，故必須平衡摩擦力電磁打點計時器接在6 v電壓的蓄電池上將無法工作，必須接在6 v以下交流電壓的學(xué)生電源上作am關(guān)系圖象，得到的是雙曲線，很難作出正確的判斷，必須“化曲為直”，改作a關(guān)系圖象答案(1)平衡摩擦力b(2)步驟d6 v電壓的蓄電池6 v以下交流電壓的學(xué)生電源(3)步驟gama借題發(fā)揮平衡摩擦力的方法：將不帶定滑輪的一端適當(dāng)墊高，在不掛托盤情況下，使小車帶動著紙帶(打點計時器打點時)，沿長木板恰好做勻速直線運動目的：使托盤與砝碼的重力等于小車受到的合力例2在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”活動中，某小組設(shè)計了如圖326所示的實驗裝置圖中上下兩層水平軌道表面光滑，兩小車前端系上細(xì)線，細(xì)線跨過滑輪并掛上砝碼盤，兩小車尾部細(xì)線連到控制裝置上，實驗時通過控制裝置使兩小車同時開始運動，然后同時停止圖326(1)在安裝實驗裝置時，應(yīng)調(diào)整滑輪的高度，使_；在實驗時，為減小系統(tǒng)誤差，應(yīng)使砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量_(選填“遠(yuǎn)大于”“遠(yuǎn)小于”或“等于”)小車的質(zhì)量(2)本實驗通過比較兩小車的位移來比較小車加速度的大小，能這樣比較，是因為_.(3)實驗中獲得數(shù)據(jù)如下表所示：小車、的質(zhì)量均為200 g.實驗次數(shù)小車?yán)/n位移x/cm10.10.246.5120.229.040.343.6330.341.160.444.8040.436.430.545.56在第1次實驗中小車從a點運動到b點的位移如圖327所示，請將測量結(jié)果填到表中空格處通過分析，可知表中第_次實驗數(shù)據(jù)存在明顯錯誤，應(yīng)舍棄圖327解析(1)拉小車的水平細(xì)線要與軌道平行只有在砝碼盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時，才能認(rèn)為砝碼盤和砝碼的總重力等于細(xì)線拉小車的力(2)對初速度為零的勻加速直線運動，時間相同時，根據(jù)xat2，得.(3)刻度尺的最小刻度是1 mm，要估讀到毫米的下一位讀數(shù)為23.86 cm0.50 cm23.36 cm.答案(1)細(xì)線與軌道平行(或水平)遠(yuǎn)小于(2)兩小車從靜止開始做勻加速直線運動，且兩小車的運動時間相等(3)23.36(23.3423.38均對)3例3“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗裝置如圖328甲所示圖328(1)在平衡小車與桌面之間摩擦力的過程中，打出了一條紙帶如圖328乙所示計時器打點的時間間隔為0.02 s從比較清晰的點起，每5個點取一個計數(shù)點，量出相鄰計數(shù)點之間的距離該小車的加速度大小a_m/s2.(結(jié)果保留兩位有效數(shù)字)(2)平衡摩擦力后，將5個相同的砝碼都放在小車上掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一個砝碼添加到砝碼盤中，測量小車的加速度小車的加速度a與砝碼盤中砝碼總重力f的實驗數(shù)據(jù)如下表：砝碼盤中砝碼總重力f/n0.1960.3920.5880.7840.980加速度a/(ms2)0.691.181.662.182.70圖329請根據(jù)實驗數(shù)據(jù)在圖329中作出af的關(guān)系圖象(3)根據(jù)提供的實驗數(shù)據(jù)作出的af圖線不通過原點，請說明主要原因解析(1)計數(shù)點時間間隔t0.1 s，間距x13.52 cm.x23.68 cm，x33.83 cm.因x2x1a1t2，x3x2a2t2，a，得a0.16 m/s2.(2)af圖象如圖所示(3)設(shè)砝碼盤的重力為f0，則a，因f00，故f0時，a0，圖線不過原點答案(1)0.16(2)af圖象見解析圖(3)未計入砝碼盤重力或砝碼盤的重力不能忽略借題發(fā)揮實驗中作出的af圖象有時不過原點，如圖3210所示造成這種現(xiàn)象的主要原因是：實驗中沒有考慮砝碼托盤的質(zhì)量，誤將砝碼的重力等于拉力f，或是平衡摩擦力時墊得太高了，會出現(xiàn)圖象甲的情況；實驗中沒有平衡摩擦力或摩擦力平衡不充分，會出現(xiàn)圖象乙的情況圖32101在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中，小車及車中砝碼的質(zhì)量用m表示，盤及盤中砝碼的質(zhì)量用m表示，小車的加速度可由小車后拖動的紙帶打上的點計算出(1)當(dāng)m與m的大小關(guān)系滿足_時，才可以認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤及盤中砝碼的重力(2)一組同學(xué)在做加速度與質(zhì)量的關(guān)系實驗時，保持盤及盤中砝碼的質(zhì)量一定，改變小車及車中砝碼的質(zhì)量，測出相應(yīng)的加速度，采用圖象法處理數(shù)據(jù)為了比較容易地觀測加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系，應(yīng)該作a與_的圖象(3)乙、丙同學(xué)用同一裝置做實驗，畫出了各自得到的a圖線如圖3211所示，兩個同學(xué)做實驗時的盤及盤中砝碼的質(zhì)量m乙_(填“大于”“小于”或“等于”)m丙圖3211解析(1)驗證牛頓第二定律的實驗中，要保證mm，才能保證繩子的拉力約等于m的重力(2)根據(jù)牛頓第二定律可知，合力一定時，a與m成反比，因為反比例函數(shù)圖象是曲線，而根據(jù)曲線很難判定出自變量和因變量之間的關(guān)系；正比例函數(shù)圖象是過坐標(biāo)原點的一條直線，就比較容易判定自變量和因變量之間的關(guān)系所以實驗數(shù)據(jù)處理時作出a與的圖象(3)在小車質(zhì)量m相同的情況下，拉力越大，加速度越大，實驗中我們又認(rèn)為繩對小車的拉力大小等于盤和盤中砝碼的重力所以兩個同學(xué)做實驗時盤中砝碼的質(zhì)量不同，m乙大于m丙答案(1)mm(2)(3)大于2(2013四川綿陽期末)在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中：(1)為了探究小車(包括里面所裝鉤碼)總質(zhì)量m一定時，加速度a與合力f的定量關(guān)系，需要在砝碼盤里面添加砝碼來改變小車所受到的合力砝碼質(zhì)量m和小車總質(zhì)量m分別選取下列四組值：am500 g，m分別為50 g、70 g、100 g、125 gbm500 g，m分別為20 g、30 g、40 g、50 gcm200 g，m分別為50 g、70 g、100 g、125 gdm200 g，m分別為30 g、40 g、50 g、60 g若其他操作都正確，那么應(yīng)該選用_組值(選填字母代號)進行實驗時的實驗誤差較小(2)如圖3212是實驗中得到的一條已打點的紙帶，紙帶上的a、b、c、d、e、f、g均為相鄰計數(shù)點，已知打點計時器的打點周期為0.02 s，相鄰兩個計數(shù)點之間還有4個計時點未畫出，相鄰計數(shù)點之間的距離