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(shí))★教學(xué)目標(biāo)(一)知識(shí)與技能1.學(xué)會(huì)通過(guò)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(shí)器的用法3.對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行歸納分析(二)過(guò)程與方法4.根據(jù)所學(xué)知識(shí)及日常經(jīng)驗(yàn)初步分析a、F、m三個(gè)物理量間的關(guān)系（定性分析）。5.采用控制變量的方法，通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)a、F、m三個(gè)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(jià)值觀6.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7.學(xué)會(huì)與他人合作、交流，具有團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)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(lái)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(zhǎng)木板、墊木、★教學(xué)過(guò)程（一）引入新課（教師活動(dòng)）物體的運(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：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。物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化的快慢，也與物體受力有關(guān)例：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（學(xué)生活動(dòng)）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(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。（提出問(wèn)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(guò)程設(shè)計(jì)1.實(shí)驗(yàn)方案的確定（教師活動(dòng)）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(lái)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(dòng)）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(dòng)）這種研究問(wèn)題的方法叫控制變量法，是物理學(xué)中研究和處理問(wèn)題時(shí)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(gè)實(shí)驗(yàn)中應(yīng)如何控制？2.制定實(shí)驗(yàn)方案時(shí)的幾個(gè)問(wèn)題思路：實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量的物理量有三個(gè)：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(cè)量，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和測(cè)量物體所受的力。怎樣測(cè)量（或比較）物體的加速度（學(xué)生活動(dòng)）加速度的測(cè)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(dòng)）復(fù)習(xí)求加速度的個(gè)物理量的含義怎樣測(cè)量物體所受的力（教師活動(dòng)）在現(xiàn)實(shí)中，僅受一個(gè)力的情況幾乎是不存在的。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，在實(shí)驗(yàn)中我們只要測(cè)出物體所受的合力即可。又如何測(cè)出這個(gè)合力呢？（學(xué)生活動(dòng)）可以在繩的一端掛鉤碼，另一端跨過(guò)定滑輪拉物體，使物體做勻加速運(yùn)動(dòng)的力就是物體的合力，這個(gè)合力等于鉤碼的重力。通過(guò)測(cè)量鉤碼的重力就可測(cè)得物體所受的合力。（教師活動(dòng)）那么如何減小滑動(dòng)摩擦力，使我們所測(cè)得的鉤碼重力盡可能接近于物體所受的合力？（學(xué)生活動(dòng)）討論減小滑動(dòng)摩擦力的方法（1）使用光滑的木板；（2）平衡滑動(dòng)摩擦力。將木板一端墊高，讓物體從木板上勻速滑下，此時(shí)物體的重力分力就等于物體所受的摩擦力。（教師活動(dòng)）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(shí)，兩個(gè)力才近似相等。但現(xiàn)有知識(shí)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(cè)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(dòng)）當(dāng)我們改變物體受到合力時(shí)，物體的加速度也會(huì)改變。那么我們?nèi)绾胃淖兾矬w所受的合力呢？（學(xué)生活動(dòng)）改變掛上鉤碼的個(gè)數(shù)就可以改變對(duì)物體的合力。（學(xué)生活動(dòng)）具體進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（教師活動(dòng)）巡回進(jìn)行指導(dǎo)（學(xué)生活動(dòng)）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(duì)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(cè)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(guò)原點(diǎn)的直線上，所以當(dāng)m不變時(shí)，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(cè)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(dòng)）如何能達(dá)到改變小車質(zhì)量的目的？（學(xué)生活動(dòng)）通過(guò)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(dòng)）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(duì)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(shí)，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(guò)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(guò)原點(diǎn)的直線上，所以當(dāng)F不變時(shí)，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(cè)出小車的質(zhì)量M，并把數(shù)值記錄下來(lái)．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(zhǎng)木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，反復(fù)移動(dòng)木塊位置，直到輕推小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)可保持勻速直線運(yùn)動(dòng)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(guò)細(xì)繩系在小車上，在小車上加放適量的砝碼，用天平測(cè)出小桶和砂的質(zhì)量m，記錄下來(lái)．接通電源，放開小車，待打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(duì)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(dòng)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(dòng)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(zhǎng)度測(cè)量過(guò)程中也存在偶然誤差，可多次測(cè)量取平均值．3．利用描點(diǎn)作圖像使測(cè)出的點(diǎn)盡量對(duì)稱分布于直線兩側(cè)，離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)看成是錯(cuò)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(shí)不要掛重物，整個(gè)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(shí)，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(duì)稱分布在所作直線兩側(cè)．離直線較遠(yuǎn)的點(diǎn)是錯(cuò)誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮．★課堂檢測(cè)1．在研究物體的加速度、作用力和質(zhì)量三個(gè)物理量的關(guān)系時(shí)，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(wèn)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(shuō)法正確的是（）A．三條傾斜直線所對(duì)應(yīng)的滑塊和橡皮泥的質(zhì)量相同B．三條傾斜直線所對(duì)應(yīng)的滑塊和橡皮泥的質(zhì)量不同C．直線1所對(duì)應(yīng)的滑塊和橡皮泥的質(zhì)量最大D．直線3所對(duì)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(shí)，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(guò)定滑輪懸掛砂桶；D．將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)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(gè)數(shù)，并記錄每次增加后的M