4.2 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

〖教材分析〗
牛頓第一定律告訴我們力是產(chǎn)生加速度的原因。而運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變難易又與其自身的質(zhì)量有關(guān)，因此本節(jié)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。由于是探究他們的比例關(guān)系，在數(shù)據(jù)處理這里學(xué)生會(huì)存在很大的困難，所以教師要充分的講解數(shù)據(jù)處理的一般原則。實(shí)驗(yàn)操作上，使用打點(diǎn)計(jì)數(shù)器還是比較簡(jiǎn)單的，就是測(cè)量他所受的合力上會(huì)有些不理解，平時(shí)都是在書本上進(jìn)行受力分析求合力，現(xiàn)在是真正的實(shí)物，所以教師要做好充分的演示講解和平衡摩擦力等。
〖教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)〗
物理觀念：理解實(shí)驗(yàn)思路的合理性，以及用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。
科學(xué)思維：經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)的操作和測(cè)量過程，以及通過圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程，體驗(yàn)如何平衡摩擦阻力、減少系統(tǒng)誤差的操作方法。
科學(xué)探究：體通過探究實(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。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：通過探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神。
〖教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn)〗
重點(diǎn)：1、控制變量法的使用。

如何提出實(shí)驗(yàn)方案并使實(shí)驗(yàn)方案合理可行。
實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理。

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。

實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理。

〖教學(xué)方法〗
教師啟發(fā)引導(dǎo)與探究法相結(jié)合，并輔以問題法、演示法、歸納法等。
〖教學(xué)準(zhǔn)備〗
小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、電源、紙帶、復(fù)寫紙、一端帶有滑輪的長(zhǎng)木板、砝碼盤、托盤天平、砝碼、架子、刻度尺、多媒體課件等。
〖教學(xué)過程〗
一、新課引入
由牛頓第一定律，我們知道力是產(chǎn)生加速度的原因，慣性只與質(zhì)量有關(guān)，質(zhì)量越大慣性越難改變。這分別是加速度與力的關(guān)系和加速度與質(zhì)量的關(guān)系。
這說明，加速度與力、質(zhì)量之間必然存在一定的關(guān)系。下面我們來探究加速度與力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系。
教學(xué)設(shè)計(jì)說明：直接應(yīng)用課本的問題情景導(dǎo)入，有圖有真相。
二、新課教學(xué)
（一）實(shí)驗(yàn)思路
問題提出

你認(rèn)為應(yīng)該如何完成這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)？
比如，研究什么物體？
如何測(cè)量該物體受到的力？
如何測(cè)量該物體的加速度？
怎樣分析數(shù)據(jù)？

請(qǐng)說出你的設(shè)計(jì)思路并和同學(xué)們討論確定實(shí)驗(yàn)探究方案。

實(shí)驗(yàn)?zāi)康模褐饕袃蓚€(gè)加速度a與力F的關(guān)系，加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系，使用控制變量法來進(jìn)行研究。
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)：需要測(cè)量的物理量有a、F、m。分別主要通過天平、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、力的的合成來測(cè)得。

3、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
4、利用表格分析數(shù)據(jù)。
用圖所示的裝置可以完成這個(gè)探究實(shí)驗(yàn)。將小車置于水平木板上，通過滑輪與槽碼相連。小車可以在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)。
1、加速度a與力F的關(guān)系

生活經(jīng)驗(yàn)：用大的力推物體，物體會(huì)獲得大的加速度；而用小的力推相同的物體，物體會(huì)獲得小的加速度。

問題：加速度和力之間存在什么樣的關(guān)系呢？
通過多媒體課件動(dòng)圖展示：拉力不同的情況下小車的運(yùn)動(dòng)情況。保持小車質(zhì)量不變，通過改變槽碼的個(gè)數(shù)改變小車所受的拉力。小車所受的拉力可認(rèn)為與槽碼所受的重力相等。測(cè)得不同拉力下小
車運(yùn)動(dòng)的加速度，分析加速度與拉力的變化情況，找出二者之間的定量關(guān)系。
2、加速度a與力m的關(guān)系

生活經(jīng)驗(yàn)：用力推質(zhì)量大的物體，物體會(huì)獲得小的加速度；而用相同的力推質(zhì)量小的物體，物體會(huì)獲得大的加速度。
問題：加速度可能與質(zhì)量成反比?

通過多媒體課件動(dòng)圖展示：質(zhì)量不同的情況下小車的運(yùn)動(dòng)情況。保持小車所受的拉力不變，通過在小車上增加重物改變小車的質(zhì)量。測(cè)得不同質(zhì)量的小車在這個(gè)拉力下運(yùn)動(dòng)的加速度，分析加速度與質(zhì)量的變化情況，找出二者之間的定量關(guān)系。
（二）物理量的測(cè)量
1、質(zhì)量的測(cè)量
實(shí)驗(yàn)室主要是使用天平，而小車的質(zhì)量的改變主要是通過增減砝碼來改變的。
2、加速度的測(cè)量
有三個(gè)方法，方法1，小車做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。則測(cè)量小車加速度最直接的辦法就是用刻度尺測(cè)量小車移動(dòng)的位移x。并用秒表測(cè)量發(fā)生這段位移所用的時(shí)間t，然后由位移公式

求出加速度a。
方法2，運(yùn)用第一章學(xué)習(xí)過的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器器來測(cè)量。我們實(shí)驗(yàn)室也是經(jīng)常采用這種方法。
方法3，讓兩個(gè)小車做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)。與方法1類似，只不過它不用測(cè)得具體數(shù)值，只需要得出位移與加速度的比值即可，

測(cè)量加速度就轉(zhuǎn)換成測(cè)量位移了。

三種方法看情況來選擇做，1和2是可以結(jié)合起來用的，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器連著紙帶就是可以用來測(cè)量位移和時(shí)間的，所以1、2都是一起用的。
3、力的測(cè)量
孤力物體是不存在的，所以實(shí)驗(yàn)中的F是合力。受力分析發(fā)現(xiàn)小車的受力還是比較多的，所以我們不能單單只看一個(gè)，而是求他們的合力出來。下面看兩個(gè)案例。
參考案例1、用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

把木板的一側(cè)墊高，以補(bǔ)償打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)小車的阻力及其他阻力。調(diào)節(jié)木板的傾斜度，使小車在不受牽引時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板勻速運(yùn)動(dòng)。如圖所示受力分析，調(diào)整角度另重力的分力等于阻力，這樣其它力平衡掉以后，相當(dāng)于小車只受拉力T，而拉力T等于砝碼的重力。
這樣通過改變槽碼的個(gè)數(shù)可以成倍地改變小車所受的拉力，與此相對(duì)應(yīng)，處理紙帶。保持小車受的拉力不變，通過增減小車中的重物改變小車的質(zhì)量。處理紙帶。最后結(jié)合加速度測(cè)量的方法1、2求得加速度。
參考案例2、通過位移之比測(cè)量加速度之比

將兩輛相同的小車放在水平木板上，前端各系一條細(xì)線，線的另一端跨過定滑輪各掛一個(gè)小盤，盤中可以放不同的重物。把木板一端墊高，參考案例1的方法補(bǔ)償阻力的影響。

兩小車后端各系一條細(xì)線，用一個(gè)物體，例如黑板擦，把兩條細(xì)線同時(shí)按
壓在木板上(圖4.2-3)。抬起黑板擦，兩小車同時(shí)開始運(yùn)動(dòng)，按下黑板擦，兩小車同時(shí)停下來。用刻度尺測(cè)出兩小車移動(dòng)的位移x、X。由于兩小車運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相同，從它們的位移之比就可以得出加速度之比。
在盤中重物相同的情況下，通過增減小車中的重物改變小車的質(zhì)量。運(yùn)用方法3求得加速度與位移之比。
（三）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
1、加速度a與力F的關(guān)系
以案例1為實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行設(shè)計(jì)表格，通過改變槽碼的個(gè)數(shù)可以成倍地改變小車所受的拉力，把測(cè)得的加速度填表。

2、加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系
以案例1為實(shí)驗(yàn)，設(shè)計(jì)表格，通過增減小車中的重物改變小車的質(zhì)量，把測(cè)得的加速度填表。

（四）數(shù)據(jù)分析

列表格之后就是建坐標(biāo)，之后描點(diǎn)連線。為了更直觀地判斷加速度a與拉力F的定量關(guān)系，我們以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)。如果這些點(diǎn)在一條過原點(diǎn)的直線說明加速度a與拉力F成正比。如果不是再進(jìn)行分析。
結(jié)論：加速度a與力F成正比、與質(zhì)量m成反比。
科學(xué)方法：控制變量（閱讀）
〖板書設(shè)計(jì)〗
4.2 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
一、實(shí)驗(yàn)思路
用控制變量法探究加速度a與力F的關(guān)系和加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系。
二、物理量的測(cè)量：質(zhì)量、加速度、力的測(cè)量
三、實(shí)驗(yàn)注意：①把木板的一側(cè)墊高，②小車能拖動(dòng)紙帶沿木板勻速運(yùn)動(dòng)，③小車的質(zhì)量要遠(yuǎn)大于鉤碼的質(zhì)量。
〖教學(xué)反思〗
1、對(duì)于測(cè)量拉力這個(gè)比較難以理解，小車受力有多個(gè)，其它的力是沒有使用到的，學(xué)生對(duì)此感到困惑。兩個(gè)實(shí)驗(yàn)的對(duì)比分析，給予不同學(xué)生的學(xué)習(xí)需求。
2、學(xué)生的動(dòng)手能力一直以來都是難以逾越的坎，本實(shí)驗(yàn)在原來求加速度的基礎(chǔ)上更進(jìn)一步，在實(shí)驗(yàn)操作和分析能力上要求更高，課堂中學(xué)生出現(xiàn)的不確定因素也比較多，需要老師先做好課堂演示。

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4.2 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系— 【新教材】人教版高中物理必修第一冊(cè)教案

發(fā)表評(píng)論

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