高中物理人教版必修1教案 實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系1

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111 4.2實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 教學(xué)目標: ★知識與技能 要求學(xué)生認真看書，明確用“比較”的方法測量加速度；探究加速度與力、質(zhì) 量的關(guān)系；作出a-F、a-1／m圖象。 ★過程與方法 1． 在學(xué)生實驗的基礎(chǔ)上得出a∝F、a∝1／m的實驗結(jié)論，并使學(xué)生對牛頓第二定律有 初步的理解。 2．滲透科學(xué)的發(fā)現(xiàn)、分析、研究等方法。 ★情感態(tài)度與價值觀 通過對a∝F、a∝1／m的探究，在提高學(xué)生實驗?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，體驗探究帶來的樂趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。 教學(xué)重點與難點: 重點：對a∝F、a∝1／m的探究 難點：對探究性實驗的把握。 教學(xué)方式： 本節(jié)課主要采取的是“實驗——探究”教學(xué)方式。 教學(xué)工具： 1．學(xué)生分組實驗的器材：木板、小車、打點計時器、電源、小筒、細線、砝碼、天平、刻度尺、紙帶等。(①附有滑輪的長木板2塊；②小車2個；③帶小鉤或小盤的細線2條；④鉤碼(槽碼)，規(guī)格：10 g、20 g，用做牽引小車的力；⑤砝碼，規(guī)格：50 g、100 g、200 g，用做改變小車質(zhì)量；⑥刻度尺；⑦1 m～2 m粗線繩，用做控制小車運動) 如果沒有小規(guī)格鉤碼或槽碼，可以用沙桶及沙子替代，增加天平及砝碼，用來測質(zhì)量。 2．計算機及自編軟件，電視機(作顯示)。 3．投影儀，投影片。 教學(xué)設(shè)計： 新課導(dǎo)入： 1．復(fù)習(xí)提問：物體運動狀態(tài)改變快慢用什么物理量來描述，物體運動狀態(tài)改變與何因素有關(guān)?關(guān)系是什么? 教師啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生得出：物體運動狀態(tài)改變快慢用加速度來描述，與物體質(zhì)量及物體受力有關(guān)。 (學(xué)生更詳細的回答可能為：物體受力越大，物體加速度越大；物體質(zhì)量越大，物體加速度越小) 2．教師引導(dǎo)提問進入新課：物體的加速度與物體所受外力及物體的質(zhì)量之間是否存在一定的比例關(guān)系?如果存在，其關(guān)系是什么?請同學(xué)猜一猜。 (學(xué)生會提出很多種猜想，對每一種猜想，教師都應(yīng)予以肯定) 教師在學(xué)生猜想的基礎(chǔ)上進一步引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生：我們的猜想是否正確呢，需要用實驗來檢驗。這就是我們這節(jié)課所要研究的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。 指導(dǎo)學(xué)生確定實驗方案、完成實驗操作： 一、實驗介紹 投影：實驗裝置如圖所示。 講解：我們用小車作為研究對象，通過在小車上增減砝碼可以改變小車質(zhì)量；在小車上掛一根細線，細線通過定滑輪拴一個小桶，小桶內(nèi)可以放重物，這時小車受到的拉力大致是小桶及重物的重力，我們可以通過改變小桶內(nèi)的重物改變小車受到的拉力。我們研究小車的加速度a與拉力F及小車質(zhì)量Ⅲ的關(guān)系時，可先保持m一定，研究以與F的關(guān)系；再保持F一定，研究d與m的關(guān)系．這是物理學(xué)中常用的研究 方法。(此控制變量法可引導(dǎo)學(xué)生討論得出) 教師引導(dǎo)提問：如何根據(jù)現(xiàn)有器材測出小車的加速度?(學(xué)生回答：用打點計時器) 教師可再追問：用打點計時器測加速度的方法和公式是什么?(在學(xué)生充分討論的基礎(chǔ) 上可展示如下版圖) 板圖：如果物體做初速度為零的勻加速直線運動，那么，測量物體加速度最直接的辦法就是用刻度尺測量位移并用秒表測量時間，然后由a=2x/t2算出。也可以在運動物體上安裝一條打點計時器的紙帶，根據(jù)紙帶上打出的點來測量加速度。 由于a=2x/t2，如果測出兩個初速度為零的勻加速運動在相同時間內(nèi)發(fā)生的位移為x1、x2，位移之比就是加速度之比，即a1／a2= x1/ x2。 提出問題：在小車運動過程中不可避免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，如何消除摩擦力的影響呢? 教師可啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生得出：把木板沒有定滑輪的一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。 二、實驗過程 1．保持小車質(zhì)量不變，研究a與F的關(guān)系。 實驗的基本思路：保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同的力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系。 教師引導(dǎo)提問：怎樣才能直觀地反映出口與F是否成正比呢? 教師啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生得出：可以借助圖象，用橫軸表示拉力，用縱軸表示加速度，通過采集數(shù)據(jù)作a一F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n與F成正比。 實驗數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計一個表格，把同一物體在不同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與力F的數(shù)量關(guān)系，我們以以為縱坐標、F為橫坐標，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標系中描點。如果這些點在一條過原點的直線上，說明a與F成正比，如果不是這樣，則需進一步分析。 學(xué)生分組實驗，教師巡視指導(dǎo)．學(xué)生報出實驗數(shù)據(jù)并輸人計算機。(用Excel表格處理數(shù)據(jù)) 教師引導(dǎo)各組代表匯報實驗過程及結(jié)果得出結(jié)論。 板書：a∞F 2．保持拉力不變，研究a與m的關(guān)系 實驗的基本思路：保持物體所受的力相同，測量不同質(zhì)量的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。 實驗數(shù)據(jù)的分析：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)量優(yōu)越大，加速度a越小。這可能是“a與m成反比”，但也可能是“以與m2成反比”，甚至是更復(fù)雜的關(guān)系。我們從最簡單的情況人手，檢驗是否“a與m成反比”。在數(shù)據(jù)處理上要用到下面的技巧。 板圖：“a與m成反比”實際上就是“a與1／m成正比”，如果以a為縱坐標、1／m為橫坐標建立坐標系，根據(jù)a-1／m圖象是不是過原點的直線，就能判斷加速度以是不是與質(zhì)量m成反比。 (實驗前教師指導(dǎo)) 學(xué)生分組實驗，教師巡視指導(dǎo)，學(xué)生實驗數(shù)據(jù)輸人計算機。(用Excel表格處理數(shù)據(jù)) 各實驗小組代表匯報實驗情況得出結(jié)果。 板書：a∞1／m 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力及它的質(zhì)量有最簡單的關(guān)系，即加速度與力成正比、與質(zhì)量成反比a∝F、a∝l／m。 如果這個猜想是正確的，那么，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)以a為縱坐標、F為橫坐標和以a為縱坐標、1／M為橫坐標作出的圖象，都應(yīng)該是過原點的直線．但是實際情況往往不是這樣，描出的點有些離散，并不是嚴格地位于某條直線上，用來擬合這些點的直線也并非準確地通變原點。 這時我們會想，自然規(guī)律真的是a∝F、a∝l／m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。 可見，到這時為止，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)律的夠究有所體驗，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。 作業(yè)設(shè)計 1．物體運動狀態(tài)的變化是指 A．位移的變化 B．速度的變化 C．加速度的變化D．質(zhì)量的變化 2．以下物體在運動過程中，運動狀態(tài)不發(fā)生變化的是 ( ) A．小球做自由落體運動 B．槍彈在槍筒中做勻加速運動 C．沿斜坡勻速下滑的汽車 D．汽車在水平面上勻速轉(zhuǎn)彎 3．關(guān)于力和運動的關(guān)系，下列說法中正確的是 ( ) A．物體受力一定運動，力停止作用后物體也立即停止運動 B．物體所受的合力越大，其速度越大 C．物體受力不變時，其運動狀態(tài)也不變 D．物體受外力的作用，其速度一定改變 4．物體A的質(zhì)量為10 kg，物體B的質(zhì)量為20 kg，A、B分別以20 m／s和10 m／s的速度運動，則 ( ) A．A的慣性比B大 B．B的慣性比A大 C．A、B的慣性一樣大 D．不能確定 5．關(guān)于力下列說法中確的是 ( ) ①力是使物體運動狀態(tài)改變的原因；②力是維持物體運動的原因；③力是改變物體慣性大小的原因；④力是使物體產(chǎn)生加速度的原因． A．①④ B．①② C．②③ D．③④ 6．下列說法中正確的是 ( ) A．物體不受力時，一定處于靜止狀態(tài) B．物體的速度等于零時，一定處于平衡狀態(tài) C．物體的運動狀態(tài)發(fā)生變化時，一定受到外力的作用 D．物體的運動方向，一定是物體所受外力合力的方向 7．一個物體受到四個力作用而靜止，當(dāng)撤去其中的F1，而其他三個力不變時，物體將___________。 111