實(shí)驗(yàn)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系教案

5.2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系(2課時)★教學(xué)目標(biāo)(一)知識與技能1.學(xué)會通過實(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)時器的用法3.對自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納分析(二)過程與方法4.根據(jù)所學(xué)知識及日常經(jīng)驗(yàn)初步分析a、F、m三個物理量間的關(guān)系（定性分析）。5.采用控制變量的方法，通過實(shí)驗(yàn)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(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)度與價值觀6.通過實(shí)驗(yàn)探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神7.學(xué)會與他人合作、交流，具有團(tuán)隊(duì)意識和團(tuán)隊(duì)精神?！锝虒W(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)方案合理可行3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理?！锝虒W(xué)難點(diǎn)：1.控制變量法的使用，在老師的指導(dǎo)下提出切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案2.實(shí)驗(yàn)操作，誤差來源分析★教學(xué)用具：．小車、砝碼、小桶、細(xì)線、一端附有定滑輪的長木板、墊木、★教學(xué)過程（一）引入新課（教師活動）物體的運(yùn)動狀態(tài)變化的快慢，也就是物體加速度的大小，與物體的質(zhì)量有關(guān)，例：一般小汽車從靜止加速到100km/h，只需十幾秒的時間，而滿載的貨車加速就慢得多。物體的運(yùn)動狀態(tài)變化的快慢，也與物體受力有關(guān)例：競賽用的小汽車，質(zhì)量與一般的小汽車相仿，但因?yàn)榘惭b了強(qiáng)大的發(fā)動機(jī)，能夠獲得巨大的牽引力，可以在四五秒的時間內(nèi)從靜止加速到100km/h（學(xué)生活動）學(xué)生根據(jù)事實(shí)總結(jié)得出定性結(jié)論：物體的質(zhì)量一定時，受力越大，其加速度越大；物體受力一定時，它的質(zhì)量越小，加速度也越大。（提出問題）物理學(xué)并不滿足于這樣的定性的描述，物體的加速度與它受的力、它的質(zhì)量有什么定量的關(guān)系？（二）教學(xué)過程設(shè)計(jì)1.實(shí)驗(yàn)方案的確定（教師活動）加速度的大小既與物體的受力有關(guān)，又和物體的質(zhì)量有關(guān)，那么我們應(yīng)采用什么方法來研究加速度的大小與物體的受力和物體的質(zhì)量之間的定量關(guān)系呢？（學(xué)生活動）可以先研究加速度與物體受力的關(guān)系，再研究加速度與物體的質(zhì)量的關(guān)系。（教師活動）這種研究問題的方法叫控制變量法，是物理學(xué)中研究和處理問題時經(jīng)常用到的方法。同學(xué)們剛剛提到的研究方法就是控制變量法，在這個實(shí)驗(yàn)中應(yīng)如何控制？2.制定實(shí)驗(yàn)方案時的幾個問題思路：實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量有三個：物體的加速度、物體所受的力、物體的質(zhì)量。質(zhì)量可以用天平測量，本實(shí)驗(yàn)要解決的主要問題是怎樣測量加速度和怎樣提供和測量物體所受的力。怎樣測量（或比較）物體的加速度（學(xué)生活動）加速度的測量：由紙帶根據(jù)公式Δx＝aT2，結(jié)合逐差法計(jì)算出小車的加速度（教師活動）復(fù)習(xí)求加速度的個物理量的含義怎樣測量物體所受的力（教師活動）在現(xiàn)實(shí)中，僅受一個力的情況幾乎是不存在的。一個單獨(dú)的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，在實(shí)驗(yàn)中我們只要測出物體所受的合力即可。又如何測出這個合力呢？（學(xué)生活動）可以在繩的一端掛鉤碼，另一端跨過定滑輪拉物體，使物體做勻加速運(yùn)動的力就是物體的合力，這個合力等于鉤碼的重力。通過測量鉤碼的重力就可測得物體所受的合力。（教師活動）那么如何減小滑動摩擦力，使我們所測得的鉤碼重力盡可能接近于物體所受的合力？（學(xué)生活動）討論減小滑動摩擦力的方法（1）使用光滑的木板；（2）平衡滑動摩擦力。將木板一端墊高，讓物體從木板上勻速滑下，此時物體的重力分力就等于物體所受的摩擦力。（教師活動）提醒學(xué)生注意，即使平衡了摩擦力，拉力與所掛鉤碼的重力也不相等，當(dāng)盤和砝碼的質(zhì)量比小車的質(zhì)量小很多時，兩個力才近似相等。但現(xiàn)有知識不能證明。3.探究加速度與力的關(guān)系思路：保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同的力作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系。（教師活動）當(dāng)我們改變物體受到合力時，物體的加速度也會改變。那么我們?nèi)绾胃淖兾矬w所受的合力呢？（學(xué)生活動）改變掛上鉤碼的個數(shù)就可以改變對物體的合力。（學(xué)生活動）具體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（教師活動）巡回進(jìn)行指導(dǎo)（學(xué)生活動）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：1、設(shè)計(jì)表格，把同一物體受到的力與對應(yīng)的加速度填在表中。2、以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)作a—F圖象，用曲線擬合測量點(diǎn)，找出規(guī)律，分析a與F的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/m·s-2小車受力F/N1234結(jié)論：由于圖象上的各點(diǎn)在一條過原點(diǎn)的直線上，所以當(dāng)m不變時，a與F的關(guān)系是。4.探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系思路：保持物體所受的力相同，測量不同質(zhì)量的所需物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。（教師活動）如何能達(dá)到改變小車質(zhì)量的目的？（學(xué)生活動）通過向小車上增減不同質(zhì)量的砝碼，達(dá)到改變小車質(zhì)量的目的。（學(xué)生活動）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)分析：1、設(shè)計(jì)表格，把不同物體在相同的力下物體的質(zhì)量與對應(yīng)的加速度填在表中。2、以a為縱坐標(biāo)、m為橫坐標(biāo)，根據(jù)數(shù)據(jù)作a—m圖象，分析a與m的關(guān)系。根據(jù)a—m圖象反映出F不變時，質(zhì)量m越大，加速度a越小，由此判斷可能是a與m成反比，但從圖象中并不能看出這種關(guān)系，也可能是a與m2反比，或是更復(fù)雜的關(guān)系。能想到a與m成反比，實(shí)際上就是a與成正比，轉(zhuǎn)為探究a與的關(guān)系。以a為縱坐標(biāo)，為橫坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，根據(jù)a—圖象是不是過原點(diǎn)的直線，就能判斷a是不是與質(zhì)量m成反比。結(jié)論：由于a—1/m圖象上的各點(diǎn)在一條過原點(diǎn)的直線上，所以當(dāng)F不變時，a與m的關(guān)系是實(shí)驗(yàn)次數(shù)加速度a/m·s-2小車質(zhì)量m/kg小車質(zhì)量倒數(shù)1/m/kg-11234（三）、實(shí)驗(yàn)步驟1．用天平測出小車的質(zhì)量M，并把數(shù)值記錄下來．2．按圖424所示的裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好(小車上先不系繩)．圖4243．平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，反復(fù)移動木塊位置，直到輕推小車在斜面上運(yùn)動時可保持勻速直線運(yùn)動為止(紙帶上相鄰點(diǎn)間距相等)．4．在小桶里放入適量的砂，通過細(xì)繩系在小車上，在小車上加放適量的砝碼，用天平測出小桶和砂的質(zhì)量m，記錄下來．接通電源，放開小車，待打點(diǎn)計(jì)時器在紙帶上打好點(diǎn)后取下紙帶，并設(shè)計(jì)表格如下．5.保持小車的質(zhì)量不變，改變砂和小桶的質(zhì)量，按步驟4再做5次實(shí)驗(yàn)．6．在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，算出每條紙帶對應(yīng)的加速度的值，填入表格中．7．用縱坐標(biāo)表示加速度，橫坐標(biāo)表示作用力，根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出小車運(yùn)動的aF圖象，從而得出aF的關(guān)系．8．保持砂和小桶的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，重復(fù)上面的實(shí)驗(yàn)，求出相應(yīng)的加速度，并設(shè)計(jì)表格如下．根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)果畫出小車運(yùn)動的aeq\f(1,M)圖象，從而得出aM的關(guān)系．（四）、誤差分析1．在實(shí)驗(yàn)中，我們認(rèn)為鉤碼的重力就等于小車所受的合力．但這是有誤差的，只有在小車質(zhì)量比較大，鉤碼重力比較小，且板合理傾斜的情況下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果才比較理想．2．在長度測量過程中也存在偶然誤差，可多次測量取平均值．3．利用描點(diǎn)作圖像使測出的點(diǎn)盡量對稱分布于直線兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)看成是錯誤的數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮．（五）、注意事項(xiàng)1．平衡摩擦力時不要掛重物，整個實(shí)驗(yàn)平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤和砝碼的質(zhì)量還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力．2．實(shí)驗(yàn)中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)量．只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等．3．作圖像時，要使盡可能多的點(diǎn)在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè)．離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮．★課堂檢測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，我們用實(shí)驗(yàn)研究了小車“在質(zhì)量一定的情況下，加速度和作用力之間的關(guān)系”；又研究了“在作用力一定的情況下，加速度和質(zhì)量之間的關(guān)系”。這種研究物理問題的科學(xué)方法是（）A．建立理想模型的方法B．控制變量法C．等效替代法D．類比法2．如圖是根據(jù)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描繪的a－F圖象，下列說法正確的是（）A．三條傾斜直線所對應(yīng)的滑塊和橡皮泥的質(zhì)量相同B．三條傾斜直線所對應(yīng)的滑塊和橡皮泥的質(zhì)量不同C．直線1所對應(yīng)的滑塊和橡皮泥的質(zhì)量最大D．直線3所對應(yīng)的滑塊和橡皮泥的質(zhì)量最大3.用如圖425所示的裝置研究在作用力F一定時，小車的加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系，某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：圖425A．用天平稱出小車和小桶及內(nèi)部所裝砂子的質(zhì)量；B．按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材；C．把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶；D．將電磁打點(diǎn)計(jì)時器接在6V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點(diǎn)計(jì)時器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量；E．保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上的砝碼個數(shù)，并記錄每次增加后的M