《實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》導(dǎo)學(xué)案

1、 第第2 2節(jié)實驗：探究加速度與節(jié)實驗：探究加速度與 力、質(zhì)量的關(guān)系力、質(zhì)量的關(guān)系1.2 時間和位移時間和位移1.1.理解探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的合理性和必要性。理解探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的合理性和必要性。2.2.理解實驗思路的合理性理解實驗思路的合理性, ,以及用圖象處理實驗數(shù)據(jù)的有效性。以及用圖象處理實驗數(shù)據(jù)的有效性。3.3.經(jīng)歷實驗的操作和測量過程經(jīng)歷實驗的操作和測量過程, ,以及通過圖象處理實驗數(shù)據(jù)的過程以及通過圖象處理實驗數(shù)據(jù)的過程, ,體驗如何平衡摩擦力、減小系統(tǒng)誤差體驗如何平衡摩擦力、減小系統(tǒng)誤差( (鉤碼所受的重力不等于小車鉤碼所受的重力不等于小車所受的拉力等所受的拉力

2、等) )的操作方法。的操作方法。4.4.體會整個探究過程的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性和合理性。體會整個探究過程的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)性和合理性。1.1.物體運動狀態(tài)變化的快慢物體運動狀態(tài)變化的快慢, ,也就是物體加速度的大小也就是物體加速度的大小, ,與物與物體的體的 有關(guān)有關(guān), ,還與還與 的大小有關(guān)。的大小有關(guān)。2.2.探究加速度與力的關(guān)系的基本思路探究加速度與力的關(guān)系的基本思路: :保持物體的保持物體的 不變不變, ,測量物體在不同的外力作用下的加速度測量物體在不同的外力作用下的加速度, ,分析加速度與力的分析加速度與力的關(guān)系。如果加速度關(guān)系。如果加速度a a與力與力F F成正比成正比, ,則則a- -F圖象是一條

3、過圖象是一條過 。合力質(zhì)量質(zhì)量原點的直線3.3.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系的基本思路探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系的基本思路: :保持物體保持物體 不變不變, ,測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度速度, ,分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。如果加速度分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。如果加速度a與質(zhì)量與質(zhì)量m成反成反比比, ,則則 圖象就是一條過原點的直線。圖象就是一條過原點的直線。所受的合力(或 ) ) a-m- 解答解答: :實驗中實驗中, ,小車做初速度為小車做初速度為0 0的勻加速直線運動。根據(jù)公式的勻加速直線運動。根據(jù)公式x= at2 2, ,可知相同時間內(nèi)兩車的位移之比等于加

4、速度之比?？芍嗤瑫r間內(nèi)兩車的位移之比等于加速度之比。解答解答: :平衡摩擦力后平衡摩擦力后, ,細(xì)繩的拉力細(xì)繩的拉力F就是物體受到的合力。就是物體受到的合力。解答解答: :本實驗若畫本實驗若畫a-M圖象圖象, ,可以得到一條曲線可以得到一條曲線, ,但看不出可能存在的關(guān)但看不出可能存在的關(guān)系系; ;而而a- 圖象是直線圖象是直線, ,可以很直觀地看出關(guān)系?？梢院苤庇^地看出關(guān)系。1.1.在本探究實驗中在本探究實驗中, ,為什么可用相同時間內(nèi)的位移之比表示加速度之比為什么可用相同時間內(nèi)的位移之比表示加速度之比? ?2.2.為什么要平衡摩擦力為什么要平衡摩擦力? ?3.3.為什么本實驗在處理實驗數(shù)

5、據(jù)時畫的是為什么本實驗在處理實驗數(shù)據(jù)時畫的是a- 圖象而不是圖象而不是a-M圖象圖象? ?主題主題1:1:加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(1)(1)在在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中的實驗中, ,研究三個物理量之間研究三個物理量之間的關(guān)系時的關(guān)系時, ,實驗的基本思路體現(xiàn)了哪種實驗方法實驗的基本思路體現(xiàn)了哪種實驗方法? ?(2)(2)在這個實驗中研究的對象是小車在這個實驗中研究的對象是小車, ,我們怎樣改變和測量它們的質(zhì)量我們怎樣改變和測量它們的質(zhì)量? ?(3)(3)實驗得出的數(shù)據(jù)最終如何處理實驗得出的數(shù)據(jù)最終如何處理? ?這樣處理有什么特點這樣

6、處理有什么特點? ?解答解答:(1)控制變量法?？刂谱兞糠ā?2)小車的質(zhì)量可以用天平來測量小車的質(zhì)量可以用天平來測量,可以用加減砝碼的方法來改變小車的可以用加減砝碼的方法來改變小車的質(zhì)量。質(zhì)量。(3)將實驗得出的數(shù)據(jù)最終在相應(yīng)坐標(biāo)系上描點連線將實驗得出的數(shù)據(jù)最終在相應(yīng)坐標(biāo)系上描點連線,我們通過對物理量我們通過對物理量的轉(zhuǎn)變的轉(zhuǎn)變,盡可能得到過原點的直線盡可能得到過原點的直線,這樣物理量的關(guān)系就比較直觀、明顯。這樣物理量的關(guān)系就比較直觀、明顯。知識鏈接:研究多變量的問題常采用控制變量法,它是科學(xué)探究中的重要思想方法,在物理學(xué)中有廣泛地運用。主題主題2:2:加速度的測量加速度的測量加速度是物體速

7、度的變化率加速度是物體速度的變化率, ,請閱讀教材中請閱讀教材中“怎樣測量怎樣測量( (或比較或比較) )物體的物體的加速度加速度”標(biāo)題下面的內(nèi)容標(biāo)題下面的內(nèi)容, ,結(jié)合教材中的參考案例分析下列問題。結(jié)合教材中的參考案例分析下列問題。(1)(1)實驗中應(yīng)怎樣測量實驗中應(yīng)怎樣測量( (或比較或比較) )物體的加速度物體的加速度? ?(2)(2)在在“參考案例一參考案例一”中如何控制兩小車具有相同的運動時間中如何控制兩小車具有相同的運動時間? ?本實驗方本實驗方案會引起哪些誤差案會引起哪些誤差? ?解答解答:(1)用打點計時器在和運動小車連在一起的紙帶上打點用打點計時器在和運動小車連在一起的紙帶上

8、打點,然后由紙帶然后由紙帶上打出的點來測量計數(shù)點間的距離上打出的點來測量計數(shù)點間的距離,計算小車運動的加速度計算小車運動的加速度,其公式其公式為為:a= 。若兩物體做初速度為零的勻加速直線運動若兩物體做初速度為零的勻加速直線運動,由由x= at2 2可知可知,物體的加速度物體的加速度與在相同時間內(nèi)發(fā)生的位移成正比與在相同時間內(nèi)發(fā)生的位移成正比,即即ax。知識鏈接:“參考案例一”中利用勻變速直線運動位移公式將加速度的測量轉(zhuǎn)換為較為方便的位移測量,這是轉(zhuǎn)換思維方法。(2)用黑板擦同時控制兩根細(xì)繩用黑板擦同時控制兩根細(xì)繩,抬起黑板擦抬起黑板擦,可使兩個小車同時由靜止開可使兩個小車同時由靜止開始運動始

9、運動;按下黑板擦壓住細(xì)繩可使兩個小車同時停止運動按下黑板擦壓住細(xì)繩可使兩個小車同時停止運動,以保證兩個小以保證兩個小車運動時間相同。導(dǎo)致誤差的原因有車運動時間相同。導(dǎo)致誤差的原因有:位移的測量誤差位移的測量誤差;按下黑板擦按下黑板擦往往不能使兩車立即停止運動往往不能使兩車立即停止運動,不能有效保證運動時間不能有效保證運動時間t相等和位移準(zhǔn)確。相等和位移準(zhǔn)確。主題主題3:3:物體的合外力物體的合外力請你根據(jù)本節(jié)課提供的實驗儀器并閱讀教材中請你根據(jù)本節(jié)課提供的實驗儀器并閱讀教材中“怎樣提供并測量物體怎樣提供并測量物體所受的恒力所受的恒力”的內(nèi)容的內(nèi)容, ,結(jié)合結(jié)合“參考案例二參考案例二”, ,思考

10、討論下列問題。思考討論下列問題。(1)(1)如何測量小車所受的合外力如何測量小車所受的合外力? ?(2)(2)長木板一端墊起一些后長木板一端墊起一些后, ,如何確定恰好平衡了摩擦力如何確定恰好平衡了摩擦力? ?(3)(3)繩子的拉力等于鉤碼的重力嗎繩子的拉力等于鉤碼的重力嗎? ?為什么為什么? ?什么情況下鉤碼重力可以近什么情況下鉤碼重力可以近似等于繩子拉力似等于繩子拉力( (即小車所受的合外力即小車所受的合外力)?)?解答解答:(1)將長木板傾斜一定角將長木板傾斜一定角,滿足方程滿足方程mgsin =mgcos ,此時小車在此時小車在斜面上受到的合外力為斜面上受到的合外力為0,摩擦力等于小車

11、重力沿斜面向下的分力。由于小摩擦力等于小車重力沿斜面向下的分力。由于小車的重力、支持力、摩擦力相互抵消車的重力、支持力、摩擦力相互抵消,那實驗中小車受到的合外力就等于那實驗中小車受到的合外力就等于繩子的拉力了。繩子的拉力了。(2)不掛托盤不掛托盤,使小車拖著紙帶使小車拖著紙帶,紙帶通過打點計時器紙帶通過打點計時器,并且使打點計時器處并且使打點計時器處于工作狀態(tài)于工作狀態(tài),逐漸調(diào)節(jié)木板的傾角逐漸調(diào)節(jié)木板的傾角,給小車一個初速度給小車一個初速度,若打下的紙帶上的若打下的紙帶上的點間距均勻點間距均勻,則說明小車做勻速直線運動則說明小車做勻速直線運動,即平衡了摩擦力。即平衡了摩擦力。(3)繩子的拉力并

12、不等于鉤碼的重力繩子的拉力并不等于鉤碼的重力,因為當(dāng)繩子拉力等于鉤碼重力時因為當(dāng)繩子拉力等于鉤碼重力時,鉤鉤碼做勻速直線運動或靜止碼做勻速直線運動或靜止,而實驗中鉤碼與小車一起做勻加速直線運動而實驗中鉤碼與小車一起做勻加速直線運動,因此繩子的拉力應(yīng)該小于鉤碼的重力。理論計算發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉤碼質(zhì)量比小因此繩子的拉力應(yīng)該小于鉤碼的重力。理論計算發(fā)現(xiàn)當(dāng)鉤碼質(zhì)量比小車質(zhì)量小得多時車質(zhì)量小得多時,繩子的拉力近似等于鉤碼的重力繩子的拉力近似等于鉤碼的重力,即小車受到的合外力即小車受到的合外力近似等于鉤碼的重力。近似等于鉤碼的重力。知識鏈接:為了保證小車受到細(xì)線的拉力等于小車的合力,實驗前應(yīng)先平衡摩擦力。主題主題4

13、:4:進(jìn)行實驗進(jìn)行實驗 實驗結(jié)束后實驗結(jié)束后, ,根據(jù)自己的實驗方案得出實驗數(shù)據(jù)后根據(jù)自己的實驗方案得出實驗數(shù)據(jù)后, ,請閱讀教材中請閱讀教材中“怎怎樣由實驗結(jié)果得出結(jié)論樣由實驗結(jié)果得出結(jié)論”標(biāo)題下面的內(nèi)容及其相關(guān)內(nèi)容并討論問題。標(biāo)題下面的內(nèi)容及其相關(guān)內(nèi)容并討論問題。 在探究在探究“加速度與力的關(guān)系加速度與力的關(guān)系”時時, ,若由實驗結(jié)果畫出的小車運動的若由實驗結(jié)果畫出的小車運動的a-F圖線是一條并不過原點的直線圖線是一條并不過原點的直線, ,說明實驗中存在什么問題說明實驗中存在什么問題? ?圖線的斜率有何圖線的斜率有何物理意義物理意義? ?解答解答:實驗得出的實驗得出的a-F圖線不過原點有兩

14、種情況圖線不過原點有兩種情況,如圖甲、乙所示如圖甲、乙所示,甲圖可甲圖可能是因為沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足即斜面傾角過小能是因為沒有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足即斜面傾角過小,乙圖中是乙圖中是因為平衡摩擦力過度即斜面傾角過大。圖線的斜率表示小車質(zhì)量的倒數(shù)。因為平衡摩擦力過度即斜面傾角過大。圖線的斜率表示小車質(zhì)量的倒數(shù)。知識鏈接:采用圖象法處理實驗數(shù)據(jù)較為直觀簡便?！盎鸀橹薄备歉咧形锢沓Ｓ玫囊环N方法。甲甲 乙乙1.1.在研究物體的加速度、作用力和質(zhì)量三個物理量的關(guān)系時在研究物體的加速度、作用力和質(zhì)量三個物理量的關(guān)系時, ,我們用實我們用實驗研究了小車驗研究了小車“在質(zhì)量一定的情況下在質(zhì)量一

15、定的情況下, ,加速度和作用力之間的關(guān)系加速度和作用力之間的關(guān)系”; ;又研又研究了究了“在作用力一定的情況下在作用力一定的情況下, ,加速度和質(zhì)量之間的關(guān)系加速度和質(zhì)量之間的關(guān)系”。這種研究物。這種研究物理問題的科學(xué)方法是理問題的科學(xué)方法是( () )。 A. A.建立理想模型的方法建立理想模型的方法 B.B.控制變量法控制變量法 C. C.等效替代法等效替代法 D.D.類比法類比法 【解析解析】研究三個或三個以上物理量間的關(guān)系時通常采用控制變量法。研究三個或三個以上物理量間的關(guān)系時通常采用控制變量法。 【答案答案】B B 【點評點評】控制變量法是研究各物理量之間關(guān)系的一種常用方法?？刂谱兞?/p>

16、法是研究各物理量之間關(guān)系的一種常用方法。2.2.在在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實驗中的實驗中, ,下列說法正確的是下列說法正確的是( () ) A. A.平衡摩擦力時平衡摩擦力時, ,小盤應(yīng)用通過定滑輪的細(xì)線系在小車上小盤應(yīng)用通過定滑輪的細(xì)線系在小車上, ,但小盤內(nèi)不能但小盤內(nèi)不能裝砝碼裝砝碼 B. B.實驗中應(yīng)始終保持小車和車內(nèi)砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砝碼和小盤的質(zhì)量實驗中應(yīng)始終保持小車和車內(nèi)砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于砝碼和小盤的質(zhì)量 C. C.實驗中如用縱坐標(biāo)表示加速度實驗中如用縱坐標(biāo)表示加速度, ,用橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)砝碼的總質(zhì)用橫坐標(biāo)表示小車和車內(nèi)砝碼的總質(zhì)量量,

17、,描出相應(yīng)的點在一條直線上時描出相應(yīng)的點在一條直線上時, ,即可證明加速度與質(zhì)量成反比即可證明加速度與質(zhì)量成反比 D. D.平衡摩擦力時平衡摩擦力時, ,小車后面的紙帶必須連好小車后面的紙帶必須連好, ,因為運動過程中紙帶也要受因為運動過程中紙帶也要受到阻力到阻力 【解析解析】平衡摩擦力時不需掛小盤平衡摩擦力時不需掛小盤, ,并且通過調(diào)節(jié)長木板傾角來平衡摩擦并且通過調(diào)節(jié)長木板傾角來平衡摩擦力力, ,故故A A錯。要使小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力就必須滿足選項錯。要使小盤和砝碼的總重力代替小車受到的拉力就必須滿足選項B,B,故故B B正確。繪圖時正確。繪圖時, ,縱坐標(biāo)表示加速度縱坐標(biāo)表

18、示加速度, ,橫坐標(biāo)表示小車及車內(nèi)砝碼的總質(zhì)量的橫坐標(biāo)表示小車及車內(nèi)砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)倒數(shù), ,描出相應(yīng)的點在一條直線上時描出相應(yīng)的點在一條直線上時, ,才可證明加速度與質(zhì)量成反比才可證明加速度與質(zhì)量成反比, ,故故C C錯。錯。紙帶與打點計時器之間的摩擦力會帶來誤差紙帶與打點計時器之間的摩擦力會帶來誤差, ,應(yīng)盡可能減少應(yīng)盡可能減少, ,故故D D項正確。項正確。 【答案答案】BDBD 【點評點評】小車運動過程中受到的阻力來源于紙帶和斜面小車運動過程中受到的阻力來源于紙帶和斜面, ,因此平衡摩擦力因此平衡摩擦力時小車后面應(yīng)連好紙帶。時小車后面應(yīng)連好紙帶。3.3.在在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)

19、系探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”實驗中實驗中, ,關(guān)于小車所受的合力關(guān)于小車所受的合力, ,下下列敘述中正確的是列敘述中正確的是( () )。 A. A.小車所受合力就是所掛吊盤和砝碼的重力小車所受合力就是所掛吊盤和砝碼的重力 B. B.小車所受合力的大小等于吊盤和砝碼通過細(xì)繩對小車所施加的拉力小車所受合力的大小等于吊盤和砝碼通過細(xì)繩對小車所施加的拉力 C. C.只有平衡摩擦力后只有平衡摩擦力后, ,小車所受合力才等于細(xì)繩對小車的拉力小車所受合力才等于細(xì)繩對小車的拉力 D. D.只有平衡摩擦力后只有平衡摩擦力后, ,且小車的質(zhì)量且小車的質(zhì)量M M遠(yuǎn)大于吊盤與砝碼的總質(zhì)量時遠(yuǎn)大于吊盤與砝碼的總質(zhì)量

20、時, ,才可以認(rèn)為小車所受合力等于吊盤和砝碼的重力才可以認(rèn)為小車所受合力等于吊盤和砝碼的重力 【解析解析】吊盤和砝碼的重力不可以說成是小車所受的合力吊盤和砝碼的重力不可以說成是小車所受的合力, ,故選項故選項A A錯誤錯誤。由于小車下滑時必受摩擦力作用。由于小車下滑時必受摩擦力作用, ,平衡摩擦力實際是小車重力的下滑分力平衡摩擦力實際是小車重力的下滑分力抵消摩擦力抵消摩擦力, ,此時小車所受合力等于細(xì)繩的拉力此時小車所受合力等于細(xì)繩的拉力, ,故選項故選項B B錯誤錯誤, ,選項選項C C正確。正確。因為吊盤與砝碼拉動小車共同加速運動因為吊盤與砝碼拉動小車共同加速運動, ,細(xì)繩對小車的拉力并不等于吊盤與細(xì)繩對小車的拉力并不等于吊盤與砝碼的重力砝碼的重力, ,只有當(dāng)小車質(zhì)量只有當(dāng)小車質(zhì)量M M遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吊盤與砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于吊盤與砝碼的質(zhì)量m m時時, ,細(xì)繩中的拉力細(xì)繩中的拉力才可以近似等于吊盤與砝碼的重力才可以近似等于吊盤與砝碼的重力, ,故選