高中物理人教版第四章牛頓運(yùn)動定律2實(shí)驗(yàn)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系 優(yōu)秀獎(jiǎng)

人教版必修一第四章牛頓運(yùn)動定律教學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：探究物體加速度與質(zhì)量、力的關(guān)系一、教學(xué)目標(biāo)1.理解實(shí)驗(yàn)原理,能設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,會處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).2.掌握控制變量法,熟練操作過程，會進(jìn)行誤差分析.二、教學(xué)重點(diǎn)掌握控制變量法，會處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)三、教學(xué)難點(diǎn)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行誤差分析四、教學(xué)方法討論法實(shí)驗(yàn)法探究法等五、教學(xué)媒體課件，實(shí)驗(yàn)器材六套（電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、拖線板、一段待定滑輪的長木板、小車、砝碼、細(xì)線、天平、托盤、直尺、鉛筆等）六、設(shè)計(jì)思路高三一輪復(fù)習(xí)注重復(fù)習(xí)全面、夯實(shí)基礎(chǔ)，本實(shí)驗(yàn)是高考的必考實(shí)驗(yàn)之一，從近幾年高考命題趨勢看，越來越重視實(shí)際操作和創(chuàng)新方面的考察，而創(chuàng)新來源于實(shí)踐，因此，在本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中以問題探究的方式引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)步驟，然后分組實(shí)驗(yàn)，重溫實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)處理、誤差分析等方面能力，讓學(xué)生在實(shí)戰(zhàn)中發(fā)現(xiàn)問題解決問題，改變過去直接做習(xí)題講習(xí)題模式，從而提高學(xué)生創(chuàng)新能力和積極性。七、教學(xué)過程新課引入：根據(jù)考綱要求,每年實(shí)驗(yàn)題占18分，而《探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系》是高考七個(gè)必考實(shí)驗(yàn)之一，這節(jié)課就來復(fù)習(xí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)。新課教學(xué)問題導(dǎo)學(xué)本實(shí)驗(yàn)的目的是什么？生：學(xué)會用控制變量法研究物理規(guī)律;探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系;掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法.本實(shí)驗(yàn)的原理是什么？生：采取控制變量法,即先控制小車的質(zhì)量m不變,探究加速度a與力F的關(guān)系;再控制小盤和砝碼的質(zhì)量不變,即力F不變,探究加速度a與小車質(zhì)量m的關(guān)系.3怎樣設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究？師展示實(shí)驗(yàn)方案，并說明本節(jié)課研究第一套方案。師：請同學(xué)們根據(jù)第一套實(shí)驗(yàn)方案檢查你小組的器材有沒有缺少的？（故意少擺放了）生：檢查師：投影出實(shí)驗(yàn)器材小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、細(xì)線、砝碼（砝碼）、小盤、刻度尺、天平師提醒：1.小車質(zhì)量的測量用。2.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的用途是：打出紙帶，測量計(jì)算小車的加速度。分組討論：1.怎樣改變和測量小車及車?yán)镯来a的質(zhì)量？生：通過增減砝碼的個(gè)數(shù)改變研究對象的質(zhì)量，可以用天平稱出總質(zhì)量。2.小車和砝碼受到的外力是由什么提供的？怎樣改變和測量外力的大小？生：外力是由小桶和細(xì)砂的重力提供的；通過增減桶中細(xì)砂的多少來改變質(zhì)量，通過天平測出質(zhì)量，利用G=mg計(jì)算力的大小。3.小車在運(yùn)動時(shí)要受到摩擦力，如何克服摩擦力呢？生：重力沿斜面向下的分力G1平衡摩擦力f4小盤及盤里砝碼重力等于繩子拉力嗎？生：不等，重力大于拉力5什么條件下，盤及盤里砝碼重力近似等于繩子拉力，用以表示小車受到的合外力F？生：小車及車?yán)镯来a質(zhì)量遠(yuǎn)大于盤及盤里砝碼質(zhì)量6.怎樣從紙帶記錄的數(shù)據(jù)算出被研究對象的加速度？生：在紙帶上標(biāo)記出幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，利用△x=aT2計(jì)算加速度。為保證結(jié)果的準(zhǔn)確性，可多選幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，采用逐差法計(jì)算加速度。7.實(shí)驗(yàn)操作步驟是什么？生：(1)用天平測量小盤質(zhì)量m'和小車質(zhì)量m.(2)按照實(shí)驗(yàn)裝置圖把實(shí)驗(yàn)器材安裝好,但不要把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上(即不給小車牽引力).(3)平衡摩擦力:小車的尾部掛上紙帶,紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,將木板無滑輪的一端用薄木塊稍微墊高一些,使小車在不掛小盤和砝碼的情況下,使小車勻速下滑,這樣小車所受重力沿木板的分力與小車所受摩擦力平衡.在保證小盤和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件下,可以近似認(rèn)為小盤和砝碼的總重力大小等于小車所受的合外力的大小.(4)小盤通過細(xì)繩繞過滑輪系于小車上,先接通電源后放開小車,取下紙帶編號碼.(5)保持小車質(zhì)量m不變,改變砝碼和小盤的質(zhì)量m0,重復(fù)步驟(4).(6)在每條紙帶上選取一段比較理想的部分,測加速度a.(7)描點(diǎn)作圖,作a-F圖象.(8)保持砝碼和小盤質(zhì)量m0不變,改變小車質(zhì)量m,重復(fù)步驟(4)和(6);作a-圖象.在學(xué)生回答的過程中，教師針對一些操作細(xì)節(jié)進(jìn)一步提問引導(dǎo)。分組實(shí)驗(yàn)學(xué)生實(shí)驗(yàn)，教師巡查，及時(shí)發(fā)現(xiàn)問題并給予指正。數(shù)據(jù)處理將學(xué)生得出的紙帶投出，讓同學(xué)們一起來算加速度，加強(qiáng)對比。師進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)逐差法的使用。將學(xué)生記錄的數(shù)據(jù)投出讓同學(xué)們建立坐標(biāo)畫圖，找關(guān)系。師：選出幾分結(jié)果投出，并讓學(xué)生分析糾錯(cuò)，找出規(guī)律。實(shí)驗(yàn)結(jié)論物體的加速度與合外力成正比,與質(zhì)量成反比.討論：1.為什么不做a-m的圖像呢？生：化曲為直，直線簡單直觀，所以不做a-m圖像。2.本實(shí)驗(yàn)怎樣改進(jìn)，可以讓實(shí)驗(yàn)更簡單準(zhǔn)確？本實(shí)驗(yàn)中可以用氣墊導(dǎo)軌來代替長木板，這樣就省去了平衡小車摩擦力的麻煩，小車的加速度也可以利用傳感器，借助于計(jì)算機(jī)來處理．3實(shí)驗(yàn)誤差來自哪方面？.(1)因?qū)嶒?yàn)原理不完善引起的誤差:本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力m0g代替小車的拉力,而實(shí)際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力.(2)摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會引起誤差.注意事項(xiàng)(1)實(shí)驗(yàn)方法:控制變量法.(2)平衡摩擦力:在平衡摩擦力時(shí),不要懸掛小盤,但小車應(yīng)連著紙帶且接通電源.用手給小車一個(gè)初速度,如果在紙帶上打出的點(diǎn)的間隔是均勻的,表明小車受到的阻力跟它的重力沿斜面向下的分力平衡.(3)不重復(fù)平衡摩擦力:平衡了摩擦力后,不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量,都不需要重新平衡摩擦力.(4)實(shí)驗(yàn)條件:mm0.只有如此,小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力.(5)一先一后一按:改變拉力和小車質(zhì)量后,每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器,并應(yīng)先接通電源,后放開小車,且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車.(6)作圖:作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要適當(dāng).各量須采用國際單位.這樣作圖線時(shí),坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過密,誤差會小些.典例1如圖所示是根據(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圖像,下列說法正確的是()A.三條傾斜直線所對應(yīng)的小車與砝碼的質(zhì)量相同B.三條傾斜直線所對應(yīng)的小車與砝碼的質(zhì)量不同C.直線1所對應(yīng)的小車與砝碼的質(zhì)量最大D.直線3所對應(yīng)的小車與砝碼的質(zhì)量最大典例2實(shí)驗(yàn)后根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作出了a-F關(guān)系圖線如圖甲、乙所示，請分析其原因各是什么？生：甲圖：當(dāng)加一定的拉力后，還沒產(chǎn)生加速度，說明有較大的摩擦力影響，說明還沒有平衡摩擦力或是平衡摩擦力不足。乙圖：沒加拉力就產(chǎn)生了加速度，說明導(dǎo)軌有定滑輪的一端低，另一端高，導(dǎo)軌與水平面的夾角太大。小結(jié)：1.實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法2.圖像法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)技巧隨堂練習(xí)1.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，關(guān)于平衡摩擦力的說法中正確的是()A.“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是讓小車受到的摩擦力為零B.“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是使小車所受的重力沿斜面方向的分力與所受到的摩擦阻力相平衡C.“平衡摩擦力”的目的就是要使小車所受的合力等于所掛砝碼通過細(xì)繩和滑輪對小車施加的拉力D.“平衡摩擦力”是否成功，可根據(jù)小車拖動的由打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上的點(diǎn)跡間距是否均勻來確定2.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中備有下列器材：A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器;B.天平;C.秒表;D.低壓交流電源;E.電池;F.紙帶;G.細(xì)繩、砝碼、小車、小盤；H.薄木板;I.裝有細(xì)砂的小桶其中多余的器材是________________________；缺少的器材是____________________________3.在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中(1)某小組得到一條打點(diǎn)的紙帶,相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的時(shí)間間隔為T,且間距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出,如圖所示,計(jì)算D點(diǎn)的瞬時(shí)速度的表達(dá)式,加速度的表達(dá)式。(2)另一小組在該實(shí)驗(yàn)中得到了如下一組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)F/Na/m·s-2②從圖中可以發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)操作中存在的問題可能是()A.實(shí)驗(yàn)中沒有平衡摩擦力B.實(shí)驗(yàn)