2015-2016學(xué)年高一物理新人教版必修1教案實(shí)驗(yàn)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系BWord版含解析

1、教案 B教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)與技能1. 學(xué)會(huì)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。2. 在實(shí)驗(yàn)中掌握打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的用法。3. 對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納分析。二、過(guò)程與方法1. 根據(jù)所學(xué)知識(shí)及日常經(jīng)驗(yàn)初步分析a、F、m三個(gè)物理量間的關(guān)系（定性分析）。2. 采用控制變量的方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)a、F、m三個(gè)物理量間的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行定量研究。運(yùn)用列表法及圖象法處理數(shù)據(jù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納、推理實(shí)驗(yàn)結(jié)論（定量分析）。三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀1. 通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神。2. 學(xué)會(huì)與他人合作、交流，具有團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1. 控制變量法的使用。2. 如何提出實(shí)驗(yàn)方案，并使實(shí)驗(yàn)方

2、案合理可行。3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理。教學(xué)難點(diǎn)1. 控制變量法的使用。2. 誤差來(lái)源分析。教學(xué)方法學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)、實(shí)驗(yàn)探究、分析推理、討論歸納。教學(xué)準(zhǔn)備1.附有定滑輪的長(zhǎng)木板11塊、小車(chē)11輛（規(guī)格187g）、帶小鉤的細(xì)線(xiàn)11條、鉤碼若干、刻度尺。2.12m粗線(xiàn)繩若干、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、投影儀、多媒體課件。教學(xué)過(guò)程一、導(dǎo)入新課 復(fù)習(xí)提問(wèn)：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變是指哪個(gè)物理量的改變？標(biāo)志物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化快慢的物理量是什么？ 回答：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變是指速度的改變，加速度是反映物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化快慢的物理量。 通過(guò)上一節(jié)學(xué)習(xí)，我們知道：物體的質(zhì)量越大，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變；物體的質(zhì)量越小，物體的運(yùn)

3、動(dòng)狀態(tài)較易改變。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)上節(jié)所學(xué)知識(shí)及日常見(jiàn)聞實(shí)例猜測(cè)一下：加速度的大小與哪些物理量有關(guān)？ 學(xué)生猜想：加速度的大小與物體的受力、質(zhì)量有關(guān)。二、進(jìn)行新課（一）導(dǎo)入新課 情景導(dǎo)入多媒體播放十字路口紅綠燈時(shí)摩托車(chē)、載重汽車(chē)減速停止與加速啟動(dòng)的畫(huà)面。圖4-2-1通過(guò)以上畫(huà)面我們可以看出，摩托車(chē)啟動(dòng)很快，而載重汽車(chē)啟動(dòng)很慢，這是為什么呢？通過(guò)上一節(jié)學(xué)習(xí)，我們知道：物體的質(zhì)量越大，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變；物體的質(zhì)量越小，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)較易改變。請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)上節(jié)所學(xué)知識(shí)及日常見(jiàn)聞實(shí)例猜測(cè)一下：加速度的大小與哪些物理量有關(guān)？ 學(xué)生猜想：加速度的大小與物體的受力、質(zhì)量有關(guān)。（二）實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備1. 實(shí)驗(yàn)器材小車(chē)、

4、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、一端帶滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)線(xiàn)、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平。教師引導(dǎo)：本節(jié)課我們探究的內(nèi)容是加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，那實(shí)驗(yàn)中肯定要測(cè)量計(jì)算加速度、質(zhì)量、合外力這三個(gè)物理量。教師提問(wèn)：對(duì)于物體運(yùn)動(dòng)的加速度的測(cè)量計(jì)算，哪位同學(xué)有好的思路建議？學(xué)生回答：可以跟前面測(cè)量勻變速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)加速度一樣用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。教師提問(wèn)：本節(jié)探究實(shí)驗(yàn)我們就是采用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)測(cè)量計(jì)算小車(chē)的加速度。對(duì)于小車(chē)質(zhì)量的測(cè)量，我想大家應(yīng)該知道用什么樣的測(cè)量?jī)x器吧？學(xué)生回答：用天平！教師引導(dǎo)：現(xiàn)在我們已經(jīng)解決了兩個(gè)物理量的測(cè)量計(jì)算。那還有最后一個(gè)，就是如何測(cè)量計(jì)算小車(chē)所受的合外力，這是今天這節(jié)課的一個(gè)重點(diǎn)，也是一個(gè)難點(diǎn)。在思考

5、如何測(cè)量物體所受的合外力前我們先思考如何才能給小車(chē)提供一個(gè)恒定的合外力。大家可以根據(jù)老師給你們的實(shí)驗(yàn)儀器來(lái)思考回答這個(gè)問(wèn)題。學(xué)生回答：把附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在水平實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端與小車(chē)相連，一端繞過(guò)滑輪，下面掛上鉤碼。小車(chē)在鉤碼的牽引力下運(yùn)動(dòng)。通過(guò)增減鉤碼數(shù)改變小車(chē)的受力；通過(guò)往小車(chē)上增減砝碼改變小車(chē)的質(zhì)量。教師評(píng)價(jià)：這位同學(xué)回答得非常好，非常全面。通過(guò)增減鉤碼數(shù)改變小車(chē)的受力，那我們?nèi)绾蝸?lái)測(cè)量小車(chē)所受的合外力呢？是不是鉤碼的重力就是小車(chē)所受的合外力呢？學(xué)生回答：小車(chē)受四個(gè)力，重力、支持力、摩擦力、繩子的拉力。重力和支持力相互抵消，物體的合外力就等于繩子的拉力減去摩擦力。小車(chē)所受的合外力不

6、是鉤碼的重力。教師提問(wèn)：那看起來(lái)比較麻煩，還要再去計(jì)算摩擦力，算摩擦力時(shí)又要和壓力N?？傊@樣要得到合外力的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)太麻煩困難了。能不能有好一點(diǎn)的解決方法呢？這里主要是摩擦力惹的麻煩，有沒(méi)有辦法把摩擦力的影響給消除了呢？學(xué)生回答：不可能吧？物體在現(xiàn)實(shí)中不可能不受摩擦力！教師引導(dǎo)：我們雖然不能消除摩擦力，但我們可以消除摩擦力的作用效果，通過(guò)前面的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)了解到，一對(duì)平衡力的作用效果是可以相互抵消的，我們能不能用一個(gè)與摩擦力平衡的力來(lái)抵消摩擦力的作用效果呢，使摩擦力有等于沒(méi)有。2. 學(xué)生思考教師提問(wèn)：其實(shí)答案我早就給你們了，大家還記得這樣一道題嗎？如圖4-2-2所示，一個(gè)木塊正在傾角為的三角

7、斜面上勻速下滑，試求斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)。NGcosGsinG圖4-2-2解：因?yàn)閯蛩?，所以合外力?。物體受重力G、支持力N、摩擦力f。這三個(gè)力的合力為0。如何利用這個(gè)關(guān)系呢？我們可以將重力分解，分解后則有，又，所以：，得，所以動(dòng)摩擦因數(shù)為。教師提問(wèn)：如果此時(shí)給物體加上一個(gè)沿斜面向下的力F，那物體現(xiàn)在受到的合外力是多少？學(xué)生回答：加了一個(gè)力以后剛才的那三個(gè)力都沒(méi)有變，所以它們的合力還是0，再加上一個(gè)力F，所以物體現(xiàn)在的合力是F。3. 平衡摩擦力我們將長(zhǎng)木板傾斜一定角度，應(yīng)該等于，此時(shí)物體在斜面上受到的合外力為0。做實(shí)驗(yàn)時(shí)肯定無(wú)法這么準(zhǔn)確，我們只要把木板傾斜到物體在斜面上大致能夠勻速下滑（可以根據(jù)

8、紙帶上的點(diǎn)來(lái)判斷），這就說(shuō)明此時(shí)物體合外力為0，摩擦力被重力的沿斜面向下的分力（下滑力）給抵消了。由于小車(chē)的重力G、支持力N、摩擦力f相互抵消，那小車(chē)實(shí)驗(yàn)中受到的合外力就是繩子的拉力了。 教師提問(wèn)：那如何來(lái)測(cè)量繩子的拉力呢？學(xué)生回答：看鉤碼的重力就行了，鉤碼的重力不就是繩子的拉力嗎？教師提問(wèn)：是嗎？那請(qǐng)同學(xué)們先回答我一個(gè)問(wèn)題：什么情況下繩子的拉力等于鉤碼的重力？或當(dāng)繩子拉力等于鉤碼重力時(shí)，鉤碼做的是什么運(yùn)動(dòng)？學(xué)生回答：當(dāng)繩子拉力等于鉤碼重力時(shí)，鉤碼做的是勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)或靜止。教師提問(wèn)：實(shí)驗(yàn)鉤碼做的是勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)嗎？學(xué)生回答：不是！鉤碼與小車(chē)一樣做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，繩子的拉力應(yīng)該小于鉤碼的重力。教師

9、提問(wèn)：那怎么辦呢？理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)當(dāng)砝碼質(zhì)量比小車(chē)質(zhì)量小得多時(shí)（1/6），繩子的拉力近似等于砝碼的重力，即小車(chē)受到合外力近似等于砝碼的重力。這個(gè)結(jié)論在我們學(xué)完本章之后自己就可以證明。（三）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究第一種方案1. 實(shí)驗(yàn)裝置如圖4-2-3所示。圖4-2-32.探究加速度與力的關(guān)系（1）實(shí)驗(yàn)基本思路：保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量物體在不同的合力作用下物體的加速度，分析加速度與合外力的關(guān)系。（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的記錄處理：設(shè)計(jì)一個(gè)表格，把同一物體在不同的力的作用下的加速度填在表中。為了更直觀地判斷加速度a與合力F的數(shù)量關(guān)系，我們以a為縱坐標(biāo)，F(xiàn)為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在圖4-2-4坐標(biāo)系中描點(diǎn)。如果這些點(diǎn)在一條過(guò)

10、原點(diǎn)的直線(xiàn)上，說(shuō)明a與F成正比，如果不是這樣，則需要進(jìn)一步分析。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)aF第一次第二次第三次3.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系（1）實(shí)驗(yàn)的基本思路：保持物體所受的合外力相同，測(cè)量不同質(zhì)量的物體在該力的作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。FaO（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄處理：設(shè)計(jì)第二個(gè)表格，把不同物體在相同力的作用下的加速度填在表中。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，在相同力的作用下，質(zhì)量m越大，加速度a越小。這可能是“a與m成反比”，但也可能是“a與m2成反比”，甚至更復(fù)雜的關(guān)系。我們從最簡(jiǎn)單的情況入手，檢驗(yàn)是否“a與m成反比”。圖4-2-4按照初中的知識(shí)，檢查a與m圖象是不是雙曲線(xiàn)，就能判斷它們之間是不是反比

11、例關(guān)系，但檢查這條曲線(xiàn)是不是雙曲線(xiàn)并不容易。首先，你并不知道這條曲線(xiàn)延長(zhǎng)下去是否會(huì)與坐標(biāo)軸相交；其次，你并不知道是與m成反比還是與m2成反比。是否成反比不容易看出來(lái)，但是否成正比還是比較容易看的，只要圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)，那兩個(gè)變量就是成正比。所以在數(shù)據(jù)處理時(shí)我們用下面的技巧：“a與m成反比”也就是“a與成正比”，如果以a 為縱坐標(biāo)，以為橫坐標(biāo)，在圖4-2-5坐標(biāo)系中作出圖象，根據(jù)圖象是不是過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)就可以判斷a與 m是不是成反比。要不是再用來(lái)試。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)am第一次第二次第三次第二種方案（1）訣竅：其實(shí)在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中也可以不測(cè)加速度的具體數(shù)值，因?yàn)槲覀兲骄康氖羌铀俣扰c合外力、質(zhì)量之

12、間的比例關(guān)系。探究加速度與合外力關(guān)系時(shí)，只要保持質(zhì)量不變，改變鉤碼個(gè)數(shù)，得到兩次實(shí)驗(yàn)的鉤碼重力之比，再通過(guò)紙帶得出兩次加速度之比，看鉤碼重力之比是不是等于加速度之比，如果是，說(shuō)明加速度與合外力成正比。圖4-2-51/maO探究加速度與質(zhì)量關(guān)系時(shí)，保證鉤碼數(shù)量不變即合外力不變，改變質(zhì)量，得到兩次質(zhì)量之比，再通過(guò)紙帶得到兩次加速度之比，看加速度之比是不是等于質(zhì)量之反比，如果是，說(shuō)明加速度與質(zhì)量成反比。教師提問(wèn)：在不需要計(jì)算出具體加速度數(shù)值的情況下如何從紙帶上計(jì)算兩次加速度之比呢？學(xué)生回答：如果能讓兩次實(shí)驗(yàn)的時(shí)間相同，則根據(jù)初速度為0的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)，在相同時(shí)間內(nèi)的位移之比等于加速度之比。 ， ，

13、。教師引導(dǎo)：這位同學(xué)設(shè)想得很好，怎樣才能讓兩次實(shí)驗(yàn)的時(shí)間相同呢？我給大家提供一種方案（教材P73參考案例一）。（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理加速度與力的關(guān)系次數(shù)2121aaxx=1234圖4-2-6F1/F2x1/x2Om2/m1x1/x2O加速度與質(zhì)量的關(guān)系次數(shù)2121aaxx=21mm12mm1234圖4-2-7帶領(lǐng)學(xué)生觀看視頻文件。（四）實(shí)驗(yàn)結(jié)論怎樣由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論？在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)和觀察到的事實(shí)，首先猜想物體的加速度與它所受的合外力及它的質(zhì)量有最簡(jiǎn)單的關(guān)系，即與合外力成正比，與質(zhì)量成反比。，。如果這個(gè)猜想正確，那么根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以a為縱坐標(biāo)、以F為橫坐標(biāo)，和以a為縱坐標(biāo)、以為橫坐標(biāo)作

14、出的圖象，都應(yīng)該是經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的一條直線(xiàn)。但實(shí)際情況往往不是這樣：描出的點(diǎn)有些離散，并不是嚴(yán)格地位于某條直線(xiàn)上；用來(lái)擬合這些點(diǎn)的直線(xiàn)并非準(zhǔn)確地通過(guò)原點(diǎn)。這時(shí)我們會(huì)想，自然規(guī)律真的是和嗎？如果經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，圖象中的點(diǎn)都十分靠近某條直線(xiàn)，而這些直線(xiàn)又都十分接近原點(diǎn)，那么實(shí)際的規(guī)律很可能就是這樣的?？梢?jiàn)，到這時(shí)為止，我們的結(jié)論仍然帶有猜想和推斷的性質(zhì)。只有根據(jù)這些結(jié)論推導(dǎo)出的很多新結(jié)果都與事實(shí)一致時(shí)，它才能成為“定律”。本節(jié)實(shí)驗(yàn)只是讓我們對(duì)于自然規(guī)律的探究有所體驗(yàn)，實(shí)際上一個(gè)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)不可能是幾次簡(jiǎn)單的測(cè)量就能得出的。由此看來(lái)，科學(xué)前輩們?cè)诟鶕?jù)有限的實(shí)驗(yàn)事實(shí)宣布某個(gè)定律時(shí)，既需要謹(jǐn)慎，也需要勇氣。（五）課堂訓(xùn)練在水平路面上，一個(gè)大人推一輛重車(chē)，一個(gè)小孩推一輛輕車(chē)，各自做勻加速運(yùn)動(dòng)（阻力不計(jì)）。甲、乙兩同學(xué)在一起議論，甲同學(xué)說(shuō)：大人推力大，小孩推力小，因此重車(chē)的加速度大。乙同學(xué)說(shuō)，重車(chē)質(zhì)量大，輕車(chē)質(zhì)量小，因此輕車(chē)的加速度大。你認(rèn)為他們的說(shuō)法是否正確？請(qǐng)簡(jiǎn)述理由。答：甲、乙兩同學(xué)的結(jié)論和理由都不全面和充分，物體的加速度決定于物體所受的合外力和物