高中物理4.2實(shí)驗(yàn)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系教案新人教版必修

1、課題4.2探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系設(shè)計(jì)教師授課教師時(shí)間課型新授課課時(shí)教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)與能力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。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn) 1.控制變量法的使用2.如何提

2、出實(shí)驗(yàn)方案，并使實(shí)驗(yàn)方案合理可行3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理。難點(diǎn)1.控制變量法的使用2.誤差來(lái)源分析教法探究、討論、講授教具打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、小車、電源等教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)教材處理師生活動(dòng)【新課導(dǎo)入】師：牛頓第一定律定性地描述了物體的運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系，物體的運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持，力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變的原因。當(dāng)物體受到的合外力不為0時(shí)，將使物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生改變。而物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（也就是運(yùn)動(dòng)速度）發(fā)生改變時(shí)，物體具有加速度，所以說(shuō)物體受到的合外力不為0是物體產(chǎn)生加速度的原因，即力是物體產(chǎn)生加速度的原因。 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)教材處理師生活動(dòng)師：上節(jié)課的學(xué)習(xí)中我們還了解到：質(zhì)量是物體慣性的量度，質(zhì)量越大，慣性越大，而慣

3、性越大就代表物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變。運(yùn)動(dòng)狀態(tài)難改變就是說(shuō)速度變化慢，即加速度小。所以質(zhì)量也將決定物體加速度的大小。師：從上面的分析我們知道，物體的加速度與合外力和質(zhì)量有關(guān)，而且大體知道它們之間是怎樣的關(guān)系：質(zhì)量一定時(shí)，受力越大，其加速度越大。例如，競(jìng)賽用的小汽車，質(zhì)量與一般小汽車相仿，但因?yàn)榘惭b了強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)，能夠獲得巨大的牽引力，可以在四五秒內(nèi)從靜止加速到100km/h；受力一定時(shí)，質(zhì)量越小，加速度越大，例如，同樣牽引力下空車的加速比裝滿貨物的車的加速度大。但是物體學(xué)研究不滿足這樣的定性關(guān)系。我們還想知道它們之間有怎樣的定量關(guān)系。下面我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究這個(gè)問(wèn)題。師：如果某個(gè)物理量與好幾個(gè)物理之

4、間均有關(guān)系，那如何單獨(dú)研究它與其中一個(gè)物理量的關(guān)系呢？生：控制變量法控制變量法：要研究某兩個(gè)量之間的關(guān)系，必須保證其它所有的量都不變。比如我們?nèi)绻骄考铀俣扰c合外力的關(guān)系時(shí)一定要保證這兩個(gè)量之外的所有量均不變，這樣才能確定加速度的變化僅僅是由合外力的變化引起的。 進(jìn)行新課師：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。師：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)有好的建議？生：可以跟前面測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)加速度一樣用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。師：不錯(cuò)，這是一個(gè)非常好的建議。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)算小車的加速度。師：對(duì)于小車質(zhì)量的

5、測(cè)量，我想大家應(yīng)該知道用什么樣的測(cè)量?jī)x器吧？生：用天平！師：很好，就是用天平。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)。4.2探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)教材處理師生活動(dòng)師：在思考如何測(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。生：把附有滑輪的長(zhǎng)木板平放在水平實(shí)驗(yàn)桌上，將細(xì)繩一端與小車相連，一端繞過(guò)滑輪，下面掛上鉤碼。小車在鉤碼的牽引力下運(yùn)動(dòng)。通過(guò)增減鉤碼數(shù)改變小車的受力；通過(guò)往小車上增減砝碼改變小車的質(zhì)量。師：回答得非

6、常好，非常全面。通過(guò)增減鉤碼數(shù)改變小車的受力，那我們?nèi)绾蝸?lái)測(cè)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？生：小車受四個(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。小車所受的合外力不是鉤碼的重力師：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。總之這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？生：不可能吧？物體在現(xiàn)實(shí)中不可能不受摩擦力！師：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

7、，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。師：其實(shí)答案我早就給你們了，大家還記得這樣一道題嗎？如圖一個(gè)木塊正在傾角為為的三角斜面上勻速下滑，試求斜面的動(dòng)摩擦因數(shù)。教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)教材處理師生活動(dòng)NGcosGsinG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，所以動(dòng)摩擦因數(shù)為tan。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？解：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，

8、所以物體現(xiàn)在的合力是F。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)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。由于小車的重力G、支持力N、摩擦力f相互抵消，那小車實(shí)驗(yàn)中受到的合外力就是繩子的拉力了。 師：那如何來(lái)測(cè)量繩子的拉力呢？生：看鉤碼的重力就行了，鉤碼的重力不就是繩子的拉力嗎？師：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量？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)？教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)教材

9、處理師生活動(dòng)（2）加速度與質(zhì)量的關(guān)系Fa0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。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”。按照初中的知識(shí)，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例關(guān)系，但檢查這條曲線是不是雙曲線并不容易。一、你并不知道這條曲線延長(zhǎng)下去是否會(huì)與坐標(biāo)軸相交；二、你并不知道是與m成反

10、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了，只要圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，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)，根據(jù)圖象是不是過(guò)原點(diǎn)的直線就可以判斷a與 m是不是成反比。要不是再用 m2來(lái)試。教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)教材處理師生活動(dòng)生：當(dāng)繩子拉力等于鉤碼重力時(shí)，鉤碼做的是勻速直線運(yùn)動(dòng)或靜止。師：實(shí)驗(yàn)鉤碼做的是勻速直線運(yùn)動(dòng)嗎？生：不是！鉤碼與小車一樣做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，繩子的拉力應(yīng)該小于鉤碼的重力。師：那怎么辦呢？理論計(jì)算發(fā)現(xiàn)當(dāng)砝碼質(zhì)量比小車質(zhì)量小得多時(shí)（1/6），繩子的拉力近似等于砝碼的重力，

11、即小車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、探究過(guò)程1、第一種方案實(shí)驗(yàn)裝置圖（1）加速度與合外力的關(guān)系實(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。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)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)。如果這些點(diǎn)在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上，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教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)教材處理師生活動(dòng)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)次數(shù)am第一次第

12、二次第三次四、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)作出的圖象，都應(yīng)該是經(jīng)過(guò)原點(diǎn)的一條直線。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)格地位于某條直線上；用來(lái)擬合這些點(diǎn)的直線并非準(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，面這些直線又都十分接近原點(diǎn)，那么實(shí)際的規(guī)律很可能就是這樣的。可見(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