實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系說(shuō)課稿教案

1、實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系教材分析本節(jié)內(nèi)容與原教材有一個(gè)最大的不同，就是把驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)變成探究性實(shí)驗(yàn)，體現(xiàn)了新課程 的理念，強(qiáng)調(diào)主動(dòng)思考、積極探究，突出動(dòng)手和合作，讓學(xué)生體驗(yàn)探究過(guò)程，學(xué)習(xí)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)和 處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法，培養(yǎng)實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。本?jié)內(nèi)容既是上節(jié)內(nèi)容的拓展，也是下節(jié)內(nèi)容前奏。實(shí) 驗(yàn)的順利進(jìn)行和正確結(jié)論的獲得是關(guān)鍵。學(xué)情分析力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系的建立是一個(gè)漸進(jìn)過(guò)程，牛頓第一定律給出了物體不受力作用時(shí)的運(yùn)動(dòng)規(guī) 律，物體受力作用時(shí)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的探究就成為接下來(lái)的必然任務(wù)，學(xué)生對(duì)此有心里準(zhǔn)備。但如何探究？實(shí)驗(yàn)中要思考、注意哪些問(wèn)題？學(xué)生可能會(huì)出現(xiàn)困難，對(duì)此教師要加以引導(dǎo)、啟發(fā)。實(shí) 驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法和結(jié)論的

2、順利獲得也是學(xué)生感到困難的地方，也需要教師多加引導(dǎo)。當(dāng)然， 整個(gè)探究過(guò)程的有序進(jìn)行同樣需要教師多加關(guān)注。設(shè)計(jì)思路以實(shí)驗(yàn)探究為核心，從明確問(wèn)題、設(shè)計(jì)方案、數(shù)據(jù)處理幾個(gè)側(cè)面進(jìn)行展開(kāi)，突出圖像法中 化曲為直的思想的引入。三維目標(biāo)知識(shí)與技能1 .理解物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關(guān)，也與質(zhì)量有關(guān)；2 .通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系；3 .培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力。過(guò)程與方法1 .指導(dǎo)學(xué)生半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關(guān)系 .知道用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；2 .學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自己根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；3 .對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，看一下實(shí)驗(yàn)結(jié)果能驗(yàn)證什么問(wèn)題。情感態(tài)度與價(jià)值觀1

3、.通過(guò)探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)事求是、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度；2 .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；教學(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)的分析與處理。教學(xué)難點(diǎn)1 .如何提出實(shí)驗(yàn)方案并使實(shí)驗(yàn)方案合理可行；2 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理。教具準(zhǔn)備多媒體課件，小車，一端帶滑輪長(zhǎng)木板、帶小鉤或小盤的細(xì)線兩條；鉤碼（規(guī)格：10 g、20 g,用作牽引小車的力）；整碼（規(guī)格：50 g、100 g、200 g,用來(lái)改變小車的質(zhì)量）；刻度尺; 文件夾；粗線純（用來(lái)牽引小車）.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、紙帶、氣墊導(dǎo)軌、微機(jī)輔助實(shí)驗(yàn) 系統(tǒng)一套。教學(xué)過(guò)程新課導(dǎo)入由牛頓第

4、一定律的學(xué)習(xí)我們知道，力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變 時(shí)物體一定有加速度，所以也可以說(shuō)力是使物體產(chǎn)生加速度的原因；同時(shí)我們還知道質(zhì)量是物體慣性大小的量度。這說(shuō)明了運(yùn)動(dòng)物體的加速度既外力 F有關(guān)，又跟物體本身的質(zhì)量 m有關(guān), 那么這三者到底是怎樣的關(guān)系呢？這就是我們本節(jié)課所要研究的內(nèi)容。新課教學(xué)物體運(yùn)動(dòng)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)。例如，一般小汽車從靜止加速到 100km/h,只需 十幾秒的時(shí)間，而滿載的貨車加速就慢得多。物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的快慢，還與物體受力的大小有關(guān)。例如， 競(jìng)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(dòng)機(jī)，能夠

5、獲得巨大的牽引力，可以在四五秒的時(shí)間內(nèi)從靜止加速到100km/h。這些事實(shí)告訴我們，物體的質(zhì)量一定時(shí)，受力越大，其加速度越大；物體受力一定時(shí)，它 的質(zhì)量越小，加速度也越大。然而，物理學(xué)不滿足于這樣定性的描述。我們還想知道，物體的 加速度與它受的力、它的質(zhì)量有什么定量關(guān)系。物體運(yùn)動(dòng)的加速度既然與外力F和本身的質(zhì)量m都有關(guān)系，為了研究這三者之間的關(guān)系， 我們可以用怎樣的方式？可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方式來(lái)研究。象這種研究三個(gè)物理量之間關(guān)系的方式我們是否學(xué)習(xí)過(guò) ？我們學(xué)習(xí)過(guò)與這種情況類似的內(nèi)容，例如初中電學(xué)中所學(xué)習(xí)的歐姆定律，就是討論三個(gè)物 理量I、R、U之間關(guān)系的內(nèi)容。那么同學(xué)們能回憶一下得出歐姆定律的具體

6、思路嗎 ？為研究這三個(gè)物理量之間的關(guān)系，先保持 R不變，研究I與U的關(guān)系；再保持U不變， 研究I與R的關(guān)系，然后綜合起來(lái)，就可以得出 I、R、U這三個(gè)物理量之間的關(guān)系，即歐姆 定律。這位同學(xué)回答的很好！今天我們研究的這一問(wèn)題，能否用這種方式進(jìn)行呢 ？可以用這種方法研究，因?yàn)閮烧呔哂邢嗨浦?。是這樣的，為了研a與F、m三個(gè)物理量的關(guān)系，可以先保持 m不變，研究a與F的關(guān) 系，再保持F不變，研究a與m的關(guān)系，然后把研究的結(jié)果綜合起來(lái)，就可以得出 a、F、m 這三個(gè)量之間的關(guān)系。下面我們就先來(lái)研究第一個(gè)問(wèn)題，加速度和力的關(guān)系。一、制定實(shí)驗(yàn)方案時(shí)的兩個(gè)問(wèn)題這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量有三個(gè)：物體的加速度、

7、物體所受的力、物體的質(zhì)量。質(zhì)量可 以用天平測(cè)量，并不困難，本實(shí)驗(yàn)要解決的主要問(wèn)題是怎樣測(cè)量加速度和怎樣提供與測(cè)量物體 所受的力。1 .怎樣測(cè)量（或比較）物體的加速度如果物體做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，那么，測(cè)量物體加速度最直接的辦法就是用刻度尺測(cè)量位移并用秒表測(cè)量時(shí)間，然后由a=22x算出。也可以在運(yùn)動(dòng)物體上安裝一條打點(diǎn)計(jì)時(shí) t2器的紙帶，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來(lái)測(cè)量加速度。其實(shí)，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中也可以不測(cè)加速度的具體數(shù)值， 這是因?yàn)槲覀兲骄康氖羌铀俣扰c其他 量之間的比例關(guān)系。因此，測(cè)量不同情況下（即不同受力時(shí)、不同質(zhì)量時(shí)）物體加速度的比值， 就可以了。由于a=22x,如果測(cè)出兩個(gè)初速度為0的勻加速

8、運(yùn)動(dòng)在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移 xi、X2,位 t2移之比就是加速度之比，即：a2x22 .怎樣提供和測(cè)量物體所受的恒力現(xiàn)實(shí)中，除了在真空中拋出或落下的物體（僅受重力）外，僅受一個(gè)力的物體幾乎是不存 在的。然而，一個(gè)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，實(shí)驗(yàn)中力F的含義可以是物體所受的合力。如何為運(yùn)動(dòng)的物體提供一個(gè)恒定的合力？如何測(cè)出這個(gè)合力？有很多可行的方法。 實(shí)驗(yàn)設(shè) 計(jì)時(shí)可用細(xì)線對(duì)小車施加一個(gè)拉力，拉力大小在一定條件下可以認(rèn)為等于跨過(guò)滑輪的懸掛物的 重力。（這樣會(huì)帶來(lái)系統(tǒng)誤差）【思考討論】摩擦力對(duì)實(shí)驗(yàn)有沒(méi)有影響？如何減小或消除摩擦力的影響?介紹平衡摩擦力的方

9、法。、加速度與力的關(guān)系分析加分析實(shí)驗(yàn)的基本思路：保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量物體在不同的力的作用下的加速度， 速度與力的關(guān)系。設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量物體在各個(gè)不同的力的作用下的加速度, 加速度與力的關(guān)系。大家分組討論并且每組設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，并說(shuō)明實(shí)驗(yàn)的原理。研究的實(shí)驗(yàn)裝置如圖1所示。本實(shí)驗(yàn)只能定性討論a與F的關(guān)系，所以我們?nèi)≠|(zhì)量相同的 兩輛小車，放在光滑的平面上，小車的一端拴上細(xì)繩跨過(guò)定滑輪，下面掛著小盤，盤里分別放 著數(shù)目不同的整碼，小車的另一端也拴著純子，并用夾子夾住，如圖2所示。在上述實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)我們打開(kāi)夾子后，小車將在水平細(xì)純的恒定的拉力作用下做勻加速直線 運(yùn)動(dòng)，通過(guò)改變盤

10、里所放整碼的數(shù)目，來(lái)改變拉力的大小。請(qǐng)同學(xué)們思考一下我們?yōu)槭裁从脙奢v小車同時(shí)進(jìn)行實(shí)驗(yàn) ？因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)只是定性尋找a與F的關(guān)系，所以通過(guò)兩輛小車同時(shí)實(shí)驗(yàn)，可以比較不同外力 產(chǎn)生的加速度情況。加速度a的大小不便直接通過(guò)實(shí)驗(yàn)讀出，而轉(zhuǎn)化為讀出 x的數(shù)值，這種測(cè)量變換的方法在科學(xué)研究中經(jīng)常被采用。在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前還應(yīng)該先設(shè)計(jì)自己的實(shí)驗(yàn)表格來(lái)記錄一下自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，那么你是怎樣設(shè)計(jì)表格使你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得以記錄的呢？參考表格小車1小車2次數(shù)拉車整碼g g）位移xi/cm拉車整碼g g）位移x2/cm123下面請(qǐng)同學(xué)們觀察實(shí)驗(yàn)：在兩整碼盤中放上不同數(shù)目的整碼，松開(kāi)文件夾，使小車做初速為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，經(jīng)過(guò)一段

11、時(shí)間，關(guān)上夾子。同學(xué)們觀察到了什么現(xiàn)象？我們看到受力大的小車運(yùn)動(dòng)的位移大，即此小車的加速度大，受力小的小車運(yùn)動(dòng)的位移小， 即加速度小。下面我們?cè)賮?lái)改變一下小盤中的整碼個(gè)數(shù)，再實(shí)驗(yàn)一遍，請(qǐng)同學(xué)們注意觀察。（也可以播放實(shí)驗(yàn)錄像讓學(xué)生觀看）通過(guò)這一實(shí)驗(yàn)我們只能粗略地看出物體運(yùn)動(dòng)的加速度 a與所受的力F的關(guān)系，這是因?yàn)槲?們并沒(méi)有具體測(cè)出a與F的數(shù)值，同時(shí)由于實(shí)驗(yàn)中存在較大的系統(tǒng)誤差，所以只能大致地看 出a與F的關(guān)系。根據(jù)課本上的參考案例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橐阎≤嚨募铀俣群臀灰瞥烧龋ㄟ^(guò)驗(yàn)證位移 和受力之間的關(guān)系，即可得出加速度和受力的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是怎樣進(jìn)行處理的呢？為了更直觀地判斷加速度a與力F的

12、數(shù)量關(guān)系，我們以a為縱坐標(biāo)、F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，則需進(jìn)一步分析?！舅伎加懻摗咳绻麤](méi)有平衡摩擦力或平衡摩擦力不當(dāng)，圖象會(huì)有什么變化？（圖象不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)）由于系統(tǒng)誤差，aF圖象是不是一定始終是一條直線？（當(dāng)F較大時(shí)圖象會(huì)向下彎曲） 以上我們是通過(guò)控制物體的質(zhì)量不變來(lái)探究物體的加速度與物體所受力之間的關(guān)系，下面同學(xué)們繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，通過(guò)控制物體所受的力不變來(lái)探究物體的加速度和質(zhì)量的關(guān)系三、加速度與質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)的基本思路：保持物體所受的力相同，測(cè)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。下面

13、我們還用上面的實(shí)驗(yàn)裝置來(lái)研究這個(gè)問(wèn)題，請(qǐng)同學(xué)們想一想，這次應(yīng)該怎么做？?jī)烧a盤中放上相同的整碼個(gè)數(shù)， 使小車受到相同的拉力，為使小車的質(zhì)量不同，可在一 小車上放上整碼，以增大它的質(zhì)量。請(qǐng)幾位同學(xué)上臺(tái)做這次實(shí)驗(yàn)，并觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。同學(xué)們看到了什么現(xiàn)象？在相同的時(shí)間里，質(zhì)量小的小車位移大，說(shuō)明它的加速度大。改變小車質(zhì)量，重做實(shí)驗(yàn)，得出相同結(jié)論。這次實(shí)驗(yàn)跟前一個(gè)一樣，也只是粗略地反映 a與m之間的關(guān)系。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計(jì)表格（參考前面的表格），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m

14、2成反比”，甚至是更復(fù)雜的關(guān)系。我們從最簡(jiǎn)單的情況 入手，檢馬是否“ a與m成反比”。在數(shù)據(jù)處理上要用到下面的技巧。“a與m成反比”實(shí)際上就是“ a與工成正比”，如果以a為縱坐標(biāo)、工為橫坐標(biāo)建立坐 mm標(biāo)系，根據(jù)a-工圖象是不是過(guò)原點(diǎn)的直線，就能判斷加速度 a是不是與質(zhì)量m成反比。這種 m方法可以變曲線為直線，更便于準(zhǔn)確判斷。當(dāng) a-1圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的直線時(shí)，就說(shuō)明物體 m的加速度和質(zhì)量成反比。【思考討論】由于系統(tǒng)誤差，a1圖象是不是一定始終是一條直線？（當(dāng)工較大時(shí)圖象會(huì)向下彎曲） mm四、由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的結(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力 及

15、它的質(zhì)量有最簡(jiǎn)單的關(guān)系，即加速度與力成正比、與質(zhì)量成反比，即：1a0cF, ax m如果這個(gè)猜想是正確的，那么，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以 a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)，和以a為縱坐標(biāo)、1為橫坐標(biāo)作出的圖象，都應(yīng)該是過(guò)原點(diǎn)的直線。但是實(shí)際情況往往不是這樣：描出的 m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a“F, a"工嗎？如果經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，圖象中的點(diǎn)都十分 m靠近某條直線，而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)出的 很多新結(jié)果都與事實(shí)

16、一致時(shí)，它才能成為“定律”。本節(jié)實(shí)驗(yàn)只是讓我們對(duì)于自然規(guī)律的探究 有所體驗(yàn)，實(shí)際上一個(gè)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)不可能是幾次簡(jiǎn)單的測(cè)量就能得出的。由此看來(lái)，科學(xué)前輩們?cè)诟鶕?jù)有限的實(shí)驗(yàn)事實(shí)宣布某個(gè)定律時(shí)，既需要謹(jǐn)慎，也需要勇氣?，F(xiàn)在，科學(xué)研究人員做實(shí)驗(yàn)時(shí)都要對(duì)誤差做定量的分析，以確認(rèn)這些偏差與實(shí)驗(yàn)誤差的關(guān)系。這樣，下結(jié)論時(shí)的把握就大多了。精確的實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)質(zhì)量相同的物體來(lái)說(shuō)，物體的加速度跟作用在它上面的力成正比， 即:曳=且或a0c Fa2 F2精確的實(shí)驗(yàn)表明：在相同的力的作用下，加速度跟質(zhì)量成反比，即：ai m21=j或a0c 一a2 mim小結(jié)本節(jié)我們學(xué)習(xí)了：1 .力是物體產(chǎn)生加速度的原因；2 .用控制變量法探究物體的加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法；3 .物體的質(zhì)量一定時(shí)，合外力越大，物體的加速度也越大；合外力一定時(shí)，物體的質(zhì)量 越大，具加速度越小，且合外力的方向與加速度的方向始終一致；4 .實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法。布置作業(yè)板書(shū)設(shè)計(jì)2.實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系一、制定實(shí)驗(yàn)方案時(shí)的兩個(gè)問(wèn)題1 .怎樣測(cè)量（或比較）物體的加速度2 .怎樣提供和測(cè)量物體所受的包力二、加速度與力的關(guān)系三、加速度與質(zhì)量的關(guān)系四、由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的結(jié)論精確的實(shí)驗(yàn)表明：對(duì)質(zhì)量相同的物體來(lái)說(shuō)，物體的加速度跟作