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

1、教案 B教學(xué)目標(biāo)一、知識與技能1. 學(xué)會通過實驗探究物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。2. 在實驗中掌握打點計時器的用法。3. 對自己的實驗結(jié)果進(jìn)行歸納分析。二、過程與方法1. 根據(jù)所學(xué)知識及日常經(jīng)驗初步分析a、F、m三個物理量間的關(guān)系（定性分析）。2. 采用控制變量的方法，通過實驗對a、F、m三個物理量間的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行定量研究。運用列表法及圖象法處理數(shù)據(jù)。根據(jù)實驗數(shù)據(jù)，歸納、推理實驗結(jié)論（定量分析）。三、情感、態(tài)度與價值觀1. 通過實驗探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神。2. 學(xué)會與他人合作、交流，具有團(tuán)隊意識和團(tuán)隊精神。教學(xué)重點、難點教學(xué)重點1. 控制變量法的使用。2. 如何提出實驗方案，并使實驗方

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

3、動狀態(tài)較易改變。請同學(xué)們根據(jù)上節(jié)所學(xué)知識及日常見聞實例猜測一下：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摩托車、載重汽車減速停止與加速啟動的畫面。圖4-2-1通過以上畫面我們可以看出，摩托車啟動很快，而載重汽車啟動很慢，這是為什么呢？通過上一節(jié)學(xué)習(xí)，我們知道：物體的質(zhì)量越大，物體的運動狀態(tài)越難改變；物體的質(zhì)量越小，物體的運動狀態(tài)較易改變。請同學(xué)們根據(jù)上節(jié)所學(xué)知識及日常見聞實例猜測一下：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）實驗準(zhǔn)備1. 實驗器材小車、

4、打點計時器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、細(xì)線、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，那實驗中肯定要測量計算加速度、質(zhì)量、合外力這三個物理量。教師提問：對于物體運動的加速度的測量計算，哪位同學(xué)有好的思路建議？學(xué)生回答：可以跟前面測量勻變速直線運動加速度一樣用打點計時器。教師提問：本節(jié)探究實驗我們就是采用打點計時器來測量計算小車的加速度。對于小車質(zhì)量的測量，我想大家應(yīng)該知道用什么樣的測量儀器吧？學(xué)生回答：用天平！教師引導(dǎo)：現(xiàn)在我們已經(jīng)解決了兩個物理量的測量計算。那還有最后一個，就是如何測量計算小車所受的合外力，這是今天這節(jié)課的一個重點，也是一個難點。在思考

5、如何測量物體所受的合外力前我們先思考如何才能給小車提供一個恒定的合外力。大家可以根據(jù)老師給你們的實驗儀器來思考回答這個問題。學(xué)生回答：把附有滑輪的長木板平放在水平實驗桌上，將細(xì)繩一端與小車相連，一端繞過滑輪，下面掛上鉤碼。小車在鉤碼的牽引力下運動。通過增減鉤碼數(shù)改變小車的受力；通過往小車上增減砝碼改變小車的質(zhì)量。教師評價：這位同學(xué)回答得非常好，非常全面。通過增減鉤碼數(shù)改變小車的受力，那我們?nèi)绾蝸頊y量小車所受的合外力呢？是不是鉤碼的重力就是小車所受的合外力呢？學(xué)生回答：小車受四個力，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。小車所受的合外力不

6、是鉤碼的重力。教師提問：那看起來比較麻煩，還要再去計算摩擦力，算摩擦力時又要和壓力N。總之這樣要得到合外力的實驗數(shù)據(jù)太麻煩困難了。能不能有好一點的解決方法呢？這里主要是摩擦力惹的麻煩，有沒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，通過前面的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)了解到，一對平衡力的作用效果是可以相互抵消的，我們能不能用一個與摩擦力平衡的力來抵消摩擦力的作用效果呢，使摩擦力有等于沒有。2. 學(xué)生思考教師提問：其實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，一個木塊正在傾角為的三角

7、斜面上勻速下滑，試求斜面的動摩擦因數(shù)。NGcosGsinG圖4-2-2解：因為勻速，所以合外力為0。物體受重力G、支持力N、摩擦力f。這三個力的合力為0。如何利用這個關(guān)系呢？我們可以將重力分解，分解后則有，又，所以：，得，所以動摩擦因數(shù)為。教師提問：如果此時給物體加上一個沿斜面向下的力F，那物體現(xiàn)在受到的合外力是多少？學(xué)生回答：加了一個力以后剛才的那三個力都沒有變，所以它們的合力還是0，再加上一個力F，所以物體現(xiàn)在的合力是F。3. 平衡摩擦力我們將長木板傾斜一定角度，應(yīng)該等于，此時物體在斜面上受到的合外力為0。做實驗時肯定無法這么準(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、紙帶上的點來判斷），這就說明此時物體合外力為0，摩擦力被重力的沿斜面向下的分力（下滑力）給抵消了。由于小車的重力G、支持力N、摩擦力f相互抵消，那小車實驗中受到的合外力就是繩子的拉力了。 教師提問：那如何來測量繩子的拉力呢？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：是嗎？那請同學(xué)們先回答我一個問題：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，鉤碼做的是什么運動？學(xué)生回答：當(dāng)繩子拉力等于鉤碼重力時，鉤碼做的是勻速直線運動或靜止。教師提問：實驗鉤碼做的是勻速直線運動嗎？學(xué)生回答：不是！鉤碼與小車一樣做勻加速直線運動，繩子的拉力應(yīng)該小于鉤碼的重力。教師

9、提問：那怎么辦呢？理論計算發(fā)現(xiàn)當(dāng)砝碼質(zhì)量比小車質(zhì)量小得多時（1/6），繩子的拉力近似等于砝碼的重力，即小車受到合外力近似等于砝碼的重力。這個結(jié)論在我們學(xué)完本章之后自己就可以證明。（三）進(jìn)行實驗探究第一種方案1. 實驗裝置如圖4-2-3所示。圖4-2-32.探究加速度與力的關(guān)系（1）實驗基本思路：保持物體的質(zhì)量不變，測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）實驗數(shù)據(jù)的記錄處理：設(shè)計一個表格，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。如果這些點在一條過

10、原點的直線上，說明a與F成正比，如果不是這樣，則需要進(jìn)一步分析。 實驗數(shù)據(jù)實驗次數(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）實驗的基本思路：保持物體所受的合外力相同，測量不同質(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）實驗數(shù)據(jù)記錄處理：設(shè)計第二個表格，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，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。我們從最簡單的情況入手，檢驗是否“a與m成反比”。圖4-2-4按照初中的知識，檢查a與m圖象是不是雙曲線，就能判斷它們之間是不是反比

11、例關(guān)系，但檢查這條曲線是不是雙曲線并不容易。首先，你并不知道這條曲線延長下去是否會與坐標(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，但是否成正比還是比較容易看的，只要圖象是一條過原點的直線，那兩個變量就是成正比。所以在數(shù)據(jù)處理時我們用下面的技巧：“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)圖象是不是過原點的直線就可以判斷a與 m是不是成反比。要不是再用來試。 實驗數(shù)據(jù)實驗次數(shù)am第一次第二次第三次第二種方案（1）訣竅：其實在這個實驗中也可以不測加速度的具體數(shù)值，因為我們探究的是加速度與合外力、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，只要保持質(zhì)量不變，改變鉤碼個數(shù)，得到兩次實驗的鉤碼重力之比，再通過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，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，說明加速度與質(zhì)量成反比。教師提問：在不需要計算出具體加速度數(shù)值的情況下如何從紙帶上計算兩次加速度之比呢？學(xué)生回答：如果能讓兩次實驗的時間相同，則根據(jù)初速度為0的勻加速直線運動，在相同時間內(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，怎樣才能讓兩次實驗的時間相同呢？我給大家提供一種方案（教材P73參考案例一）。（2）實驗數(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）實驗結(jié)論怎樣由實驗結(jié)果得出結(jié)論？在這個實驗中，我們根據(jù)日常經(jīng)驗和觀察到的事實，首先猜想物體的加速度與它所受的合外力及它的質(zhì)量有最簡單的關(guān)系，即與合外力成正比，與質(zhì)量成反比。，。如果這個猜想正確，那么根據(jù)實驗數(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)過原點的一條直線。但實際情況往往不是這樣：描出的點有些離散，并不是嚴(yán)格地位于某條直線上；用來擬合這些點的直線并非準(zhǔn)確地通過原點。這時我們會想，自然規(guī)律真的是和嗎？如果經(jīng)過多次實驗，圖象中的點都十分靠近某條直線，而這些直線又都十分接近原點，那么實際的規(guī)律很可能就是這樣的?？梢姡竭@時為止，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)果都與事實一致時，它才能成為“定律”。本節(jié)實驗只是讓我們對于自然規(guī)律的探究有所體驗，實際上一個規(guī)律的發(fā)現(xiàn)不可能是幾次簡單的測量就能得出的。由此看來，科學(xué)前輩們在根據(jù)有限的實驗事實宣布某個定律時，既需要謹(jǐn)慎，也需要勇氣。（五）課堂訓(xùn)練在水平路面上，一個大人推一輛重車，一個小孩推一輛輕車，各自做勻加速運動（阻力不計）。甲、乙兩同學(xué)在一起議論，甲同學(xué)說：大人推力大，小孩推力小，因此重車的加速度大。乙同學(xué)說，重車質(zhì)量大，輕車質(zhì)量小，因此輕車的加速度大。你認(rèn)為他們的說法是否正確？請簡述理由。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