探究牛頓第二定律教案

2江蘇省沛縣中學(xué)教師備課紙課題備課時間

2023/8/21

試驗《探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》第〔 1 〕課時課時安排共〔 1 〕課時

課型 復(fù)習(xí)課課時教學(xué)目標(biāo)教學(xué)重點與難 點

理解探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的合理性和必要性理解試驗思路的合理性，以及用圖像處理試驗數(shù)據(jù)的有效性經(jīng)受試驗的操作和測量過程，以及通過圖像處理試驗數(shù)據(jù)的過程，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所受的拉力等〕的操作方法。體會整個探究過程的科學(xué)性和合理性教學(xué)重點如何提出試驗方案。并使試驗方案合理可行。如何測量加速度和供給并測量物體所受的恒力。如何用圖像法分析所測物理量間關(guān)系。教學(xué)難點如何對試驗方案進(jìn)展實施。對試驗數(shù)據(jù)的進(jìn)展分析并得出結(jié)論。教學(xué)方法

把握變量法、試驗觀看法、圖象法、

教具預(yù)備教學(xué)過程

打點計時器，紙帶及復(fù)寫紙，小車，刻度尺，砝碼．環(huán)節(jié) 師生互動導(dǎo) 投影考試說明：加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系〔試驗、探究〕 Ⅱ試驗探究力氣要求：明確試驗?zāi)康模斫庠囼炘砗头椒?，把握試驗條件。會使用試驗儀器，會觀看、分析試驗現(xiàn)象，會記錄、處理試驗數(shù)據(jù)，并得出結(jié)論，對結(jié)論進(jìn)展確定的分析和評價。方案，對試驗結(jié)果進(jìn)展推想。能運(yùn)用學(xué)過的物理理論、試驗方法和所給的試驗儀器去解決問題，包括簡潔的設(shè)計性試驗。這局部內(nèi)容屬力學(xué)試驗中的必考試驗，是高考的重點和熱點，考察要求的層次較高。但學(xué)生對加速度的求解、平衡摩擦力、誤差的分析、圖像的分析、試驗步驟、留意事項等出錯較多，故得分較低，很有必要進(jìn)展在學(xué)習(xí)。引導(dǎo)學(xué)生自學(xué)，自主梳理填空，答復(fù)以下問題〔學(xué)生自學(xué)試驗?zāi)康?、試驗原理、試驗器材、試驗步驟、留意事項〕學(xué) 1．在爭論三個物理量之間關(guān)系時，用把握變量法方法實現(xiàn)。點法叫把握變量法，是物理學(xué)中爭論和處理問題時常常用到的方法。思考：還有哪些地方用到這種方法？學(xué) 2.用小車作為爭論對象通過在小車上 增減砝碼 可以轉(zhuǎn)變小車質(zhì)量在小車上掛一點 根細(xì)線，細(xì)線通過定滑輪拴一個小桶，小桶內(nèi)可以放重物，這時小車受到的拉大致是小桶及重物的重力，我們可以通過轉(zhuǎn)變小桶內(nèi)的重物轉(zhuǎn)變小車受到的拉力。學(xué) 3.如何依據(jù)現(xiàn)有器材測出〔比較〕小車的加速度?用打點計時器點 方法一：測出初速度為零的勻加速直線運(yùn)動的物體在t時間內(nèi)的位移x，則x=1/2at2；方法二：在運(yùn)動的物體上安裝一條打點計時器的紙帶，依據(jù)紙帶上打出的點來測量加速度；x，則a∝x；4.用打點計時器測加速度的方法和公式是什么?逐差法或圖像法學(xué) 5.每次小車開頭釋放時應(yīng)盡量靠近打點計時器 ，而且先 通電 再放小車．點 兩點要求〔〕電火花計時器用的是220伏高壓電，留意安全〔〕不要使鉤碼落地，也要使小車遇到滑輪學(xué) 6.怎樣才能直觀地反映出a與F是否成正比呢?aF圖象。如加速度隨拉力的變化圖線是一條過原點的直線，就說明a與F成正比。學(xué)7.怎樣才能直觀地反映出am是否反成比呢?點a為縱坐標(biāo)、1／ma-1／m圖象是不是過原點的直線，就能推斷加速度以是不是與質(zhì)量m成反比。作圖像時，要使盡可能多的點子在直線上，不在直線上的點也要盡可能對稱分布在直線兩側(cè)，其目的是在數(shù)據(jù)處理時盡量削減偶然誤差。每次試驗中均要求 M>>m 只有這樣才能使?fàn)恳≤嚨臓恳频扔谏凹吧巴暗膶W(xué)重力．在本試驗中，M保持不變，與mg(F)成正比，而實際加速度amg成非線性，當(dāng)Mm點 m Ma g TmgMm MmM>>mT等于mg．關(guān)系，且m越大，圖像斜率越小。學(xué) 9.在小車運(yùn)動過程中不行避開的要受到摩擦力的作用，這個摩擦力也會影響到小車的加速度，如何消退摩擦力的影響呢?點 把木板沒有定滑輪的一端墊高使小車重力沿斜面對下的分力與摩擦力平衡直至不掛砂桶的小車剛好在斜面上保持勻速運(yùn)動為止．同時每次轉(zhuǎn)變M時，不再重復(fù)平衡摩擦力．Ma～Fa截距為正數(shù)時，說明F＝0時，小車就有加速度a＝a，即長木板的傾角過大，如圖②；圖0F＝F時，其加速度a＝0，即長木板的傾角過小或沒012〕Fa～M1如圖①；圖像與a軸截距為正數(shù)時，說明＝0、M→∞時，小車還有加速度a＝aM 0板的傾角過大，如圖②；圖像與水平軸相交時，說明小車加上拉力F時，其加速度a＝0，即長木板的傾角過小或沒有平衡摩擦力，如圖③。a ② a ②點 ① ①③ ③aaa0 0 1F Mo F o 10 M0〔3〕可以使用氣墊導(dǎo)軌、光電門進(jìn)展試驗；數(shù)據(jù)處理的方法：可以不測出小車的加速度，在一樣時間內(nèi)的位移求加速度之比，比較加速度之比與力之比或質(zhì)量之比，從而得出結(jié)論。測 【課堂達(dá)標(biāo)檢測】【例1】在《驗證牛頓其次定律》的試驗中，在爭論作用力確定時加速度與質(zhì)量成反比的結(jié)論時，以下說法中錯誤的選項是( )A．平衡摩擦力時，應(yīng)將裝砂的小桶用細(xì)繩通過定滑輪系在小車上B．每次轉(zhuǎn)變小車質(zhì)量時，不需要重平衡摩擦力C．試驗時，先放開小車，再接通打點計時器電源D．小車運(yùn)動的加速度，可從天平測出裝砂小桶和砂的質(zhì)量m及小車質(zhì)量M，直接用公式mga= 求出(m<<M)M解析：此題答案為A、C、D．A中平衡摩擦力實際上就是使小車所受重力的下滑分力與小車所受阻力相平衡，即mgsinθ=μmgcosθ，可見，平衡摩擦力時，不應(yīng)將小桶系在小車上；試驗時，先通電，待振針振動點 紙帶得到．點評此題主要是考察該試驗的操作及數(shù)據(jù)處理，只要對這些有確定了解，應(yīng)當(dāng)說是不難選擇的．測 【例2】在《驗證牛頓其次定律》的試驗中備有以下器材：線細(xì)線；G．小車；H．砂和小桶；I．帶滑輪的長木板．點 其中多余的器材是 (填代號)、缺少的器材是 。解析C、D；缺少的器材有低壓溝通電源，刻度尺、砝碼．測 點評此題要求生疏該試驗的所需器材．【例3】如圖(a)為《驗證牛頓其次定律》的試驗中用打點計時器打出的一條較抱負(fù)的紙帶．紙帶上A、B、C、D、E、F、G為七個相鄰的計數(shù)點，相鄰計數(shù)點間的時間是0．1s，距離如圖，單位是cm，小車的加速度是 m/s2，在驗證質(zhì)量確定時加速度以和合外力F的關(guān)系時，某學(xué)生依據(jù)試驗數(shù)據(jù)作出了如圖(b)所示的a-F、圖象，其緣由是．解析此題的答案為1．60m/s2，平衡摩擦力過剩，aaaDE

S )(SAB

SEF 2

)(SFG

S )CD(S S DE

S )(S SFG AB 9t2

S )CD(S S AG

)SAD

40.65213.15 102

1.60(m/s2)9t2 90.12點 點評a的計算用公式△s=at2，通過計算平均值確定a的大小，平均值的求解用逐差法計算較為準(zhǔn)確，a-F圖象的外形為不過原點的直線說明平衡摩擦力的操作存在問題．【課后穩(wěn)固檢測】在利用打點計時器和小車來做“驗證牛頓運(yùn)動定律”的試驗時練A．平衡摩擦力時，應(yīng)將砝碼盤及盤內(nèi)砝碼通過定滑輪拴在小車上B．連接砝碼盤和小車的細(xì)繩應(yīng)跟長木板保持平行C．平衡摩擦力后，長木板的位置不能移動D．小車釋放前應(yīng)靠近打點計時器，且應(yīng)先接通電源再釋放小車A碼(或小桶)通過細(xì)繩拴在小車上，A錯；選項B、C、DB、C、D對．在“驗證牛頓運(yùn)動定律”的試驗中在爭論加速度a與小車的質(zhì)量M的關(guān)系時由于沒有留意始終滿足M?m的條件，結(jié)果得到的圖象應(yīng)是以以下圖中的( )Mmg F mgF＝M＋ma＝M＝M＋m，在爭論加速度跟小車Mm1/(M＋ma－1/(M＋m)圖象應(yīng)是過原點的直線，mg當(dāng)滿足M?m時，m可以無視不計，aM，a－1/M小車的質(zhì)量較小、不滿足M?mD.假設(shè)測得某一物體質(zhì)量M確定時，aF的有關(guān)數(shù)據(jù)資料如下表所示。a/m·s1.984.065.958.12－2F/N 1.002.003.004.00依據(jù)表中數(shù)據(jù)，在圖坐標(biāo)中畫出a－F圖象。依據(jù)圖象判定：當(dāng)M確定時，a與F的關(guān)系為 。a/m·s-210.00

a/m·s-210.008.00 8.006.00 6.004.00 4.002.00 2.00F/N

F/NO 1.002.003.004.00

O1.002.003.004.00〔〕2〕正比關(guān)系。4.3－4－7如圖3－4－7的示意圖，圖中A為砂桶和砂，B為定滑輪，C為滑塊及上面添加的砝碼，D為紙帶，E為電火花計時器，F(xiàn)6V，G是電鍵，請指出圖中的三處錯誤：(1) ；(2) ；(3) ．答案：(1)B接滑塊的細(xì)線應(yīng)水平(或與導(dǎo)軌平行)C滑塊離計時器太遠(yuǎn)E電火花計時器用的是220V的溝通電，不能接直流電5．“探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力的關(guān)系”的試驗裝置如圖3－4－8所示．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3－4－9所示．計時器打點的時間間隔為0.02s．從比較清楚的點起，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a＝ m/s2.(結(jié)果保存兩位有效數(shù)字)平衡摩擦力后，將5個一樣的砝碼都放在小車上．掛上砝碼盤，然后每次從小車上取一a與砝碼盤中砝碼總重力F的試驗數(shù)據(jù)如下表：砝碼盤中砝碼總F(N)加速度a(m·s－2)

0.196 0.392 0.588 0.784 0.9800.69 1.18 1.66 2.18 2.70請依據(jù)試驗數(shù)據(jù)作出a－F的關(guān)系圖象．依據(jù)供給的試驗數(shù)據(jù)作出的a－F圖線不通過原點，請說明主要緣由．解析：依據(jù)Δ＝a＝0.16m/，運(yùn)用表格中給出的數(shù)據(jù)可0出圖象，圖象不過原點的主要緣由是未計入砝碼盤的重力．答案：(1)0.16(0.15見右圖未計入砝碼的重力6．為了探究加速度與力的關(guān)系，使用如以下圖的氣墊導(dǎo)軌裝置進(jìn)展試驗．其中G、G為兩1 2GGΔt、1 2 1Δt都可以被測量并記錄．滑行器連同上面固定的一條形擋光片的總質(zhì)量為M，擋光片寬度2D，光電門間距離為s，牽引砝碼的質(zhì)量為m.答復(fù)以下問題：如何判定調(diào)整是否到位？答： 假設(shè)取M＝0.4kg，轉(zhuǎn)變m的值，進(jìn)展屢次試驗，以下m的取值不適宜的一個是 ．A．m＝5g B．m＝15g C．m＝40g D．m＝400g1 2 3 4在此試驗中需要測得每一個牽引力對應(yīng)的加速度，其中求得的加速度的表達(dá)式為： Δt、Δt、D、S表示)1 2[答案](1)取下牽引砝碼，MM，數(shù)字計時器記錄每一個光電門的光束被擋的時間Δt都相等(2)DDD(3)a＝Δt2－D2Δt212s[解析](2)本試驗的目的是“探究加速度與力的