2022年高中物理 第四章4.2實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系教學(xué)案 新人教版必修1

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1、2022年高中物理 第四章4.2實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系教學(xué)案 新人教版必修1班級_姓名_學(xué)號_教學(xué)目標(biāo): 知識與技能要求學(xué)生認(rèn)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-1m圖象。過程與方法1 在學(xué)生實驗的基礎(chǔ)上得出aF、a1m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aF、a1m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aF、a1m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

2、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(xì)線、砝碼、天平、刻度尺、紙帶等。(附有滑輪的長木板2塊；小車2個；帶小鉤或小盤的細(xì)線2條；鉤碼(槽碼)，規(guī)格：10 g、20 g，用做牽引小車的力；砝碼，規(guī)格：50 g、100 g、200 g，用做改變小車質(zhì)量；刻度尺；1 m2 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(jī)及自編軟件，電視機(jī)(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

3、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(xì)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(jìn)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(jìn)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

4、可以改變小車質(zhì)量；在小車上掛一根細(xì)線，細(xì)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

5、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a1a2= 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

6、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(biāo)、F為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)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(jìn)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(jī)。(用Excel表格處理數(shù)據(jù))

7、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：aF2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1m成正比”，如果以a為縱坐標(biāo)、1m為橫坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，根據(jù)a-1m圖象是不是過

8、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(jī)。(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：a1m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aF、alm。 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(biāo)、F為橫坐標(biāo)和以a為縱坐標(biāo)、1M為橫坐標(biāo)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(yán)格地位于某條直線上，用來擬合這些點的直線也并非準(zhǔn)確地

9、通變原點。 這時我們會想，自然規(guī)律真的是aF、alm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。經(jīng)典例題1探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系圖3-5-2【例1】（xx年海南）現(xiàn)要驗證“當(dāng)質(zhì)量一定時，物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一物理規(guī)律.給定的器材如下：一傾角可以調(diào)節(jié)的長斜面（如圖3-5-2所示）

10、、小車、計時器一個、米尺.（1）填入適當(dāng)?shù)墓交蛭淖?，完善以下實驗步驟（不考慮摩擦力的影響）：讓小車自斜面上方一固定點A1從靜止開始下滑到斜面底端A2，記下所用的時間t.用米尺測量A1與A2之間的距離x，則小車的加速度a .用米尺測量A1相對于A2的高度h，設(shè)小車所受重力為mg，則小車所受的合外力F .改變 ，重復(fù)上述測量.以h為橫坐標(biāo)，1/t2為縱坐標(biāo)，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作圖.如能得到一條過原點的直線，則可驗證“當(dāng)質(zhì)量一定時，物體運動的加速度與它所受的合外力成正比”這一規(guī)律.（2）在探究如何消除上述實驗中摩擦阻力影響的過程中，某同學(xué)設(shè)計的方案是：調(diào)節(jié)斜面傾角，使小車在斜面上勻速下滑.測量此時A1點

11、相對于斜面底端A2的高度h0.進(jìn)行（1）中的各項測量.計算與作圖時用（hh0）代替h.對此方案有以下幾種評論意見：A方案正確可行.B方案的理論依據(jù)正確，但利用所給的器材無法確定小車在斜面上是否做勻速運動.C方案的理論依據(jù)有問題，小車所受摩擦力與斜面傾角有關(guān).其中合理的意見是 【解析】(1) 由得小車在斜面上受重力和支持力作用，其合力為F=mgsin=改變小車所受外力來研究加速度與力的關(guān)系，改變受力又是通過改變斜面傾角或斜面高度h來實現(xiàn)的.（2）此方案不可行，如果在測量中，使小車在斜面上勻速下滑，則滿足mgsin=mmgcos，即m=tan，此后無論如何改變小車的質(zhì)量，小車都不可能加速下滑，即無

12、法驗證加速度與合外力的關(guān)系，故選C.【答案】（1） 斜面高度h(2)C【點撥】在研究加速度與力的關(guān)系時，其中力是指物體所受的的合外力，因此找到物體所受的合外力是實驗研究的關(guān)鍵，然后實驗還需測出物體的加速度，而測加速度的方法有多種，如本實驗（1）中的方法，利用打點計時器和紙帶測量的方法等.2實驗數(shù)據(jù)處理方法【例2】某同學(xué)在探究加速度a與力F和加速度a與物體質(zhì)量M的關(guān)系時，測出了表1、表2兩組數(shù)據(jù)， 表1F/N0.140.280.430.550.68a/ms-20.200.400.610.790.97表21/M2.002.503.334.004.80a/ms-20.440.560.730.891.

13、08圖3-5-6a/ms-21/M(kg-1)00.20.40.60.81.01.02.03.04.05.0乙a/ms-2F/N00.20.40.60.81.00.10.30.50.7甲請在圖3-5-6甲、乙兩個坐標(biāo)上分別作出a-F和圖線?！窘馕觥扛鶕?jù)表1中所給數(shù)據(jù)在圖3-5-7甲中先描點再連線，所連圖線是一條過原點的直線；說明加速度a與F成正比；根據(jù)表2中所給數(shù)據(jù)在圖3-5-7乙中描點連線，所連圖線是一條過原點的直線；說明加速度a與質(zhì)量的倒數(shù)成正比，即與M成反比.圖3-5-7a/ms-21/M(kg-1)00.20.40.60.81.01.02.03.04.05.0乙a/ms-2F/N00.

14、20.40.60.81.00.10.30.50.7甲【答案】如圖3-5-7所示.【點撥】本題主要考察實驗數(shù)據(jù)的處理方法及結(jié)果分析，描點連線時應(yīng)使直線過盡可能多的點，而不在直線上的點應(yīng)大致對稱分布在直線的兩側(cè)，如果有個別離直線較遠(yuǎn)的點應(yīng)視為錯誤數(shù)據(jù)，不予以考慮.課堂練習(xí)1“在影響加速度的因素”的探究中發(fā)現(xiàn) （CD）A同一物體運動的速度越大，受到的合外力越大B同一物體運動的速度變化越大，受到的合外力越大C同一物體運動速度變化率越小，受到的合外力越小D同一物體運動速度變化越快，受到的合外力越大2為了研究加速度跟力和質(zhì)量的關(guān)系，應(yīng)該采用的研究實驗方法是 （A）A控制變量法B假設(shè)法C理想實驗法 D圖象法

15、3為了更直觀地反映物體的加速度a與物體質(zhì)量m的關(guān)系，往往用二者的關(guān)系圖象表示出來，該關(guān)系圖象應(yīng)選用 （C）Aa-m圖象Bm-a圖象C圖象 D圖象4如果圖象是通過原點的一條直線，則說明 （B）A物體的加速度a與質(zhì)量m成正比 B物體的加速度a與質(zhì)量成反比C物體的質(zhì)量m與加速度a成正比D物體的質(zhì)量m與加速度a成反比課后作業(yè)1. 如圖3-5-10甲是用DIS測定小車剎車時加圖3-5-10Av0B甲v/ms-1t/s00.61.21.82.43.00.40.81.21.62.0乙速度的實驗裝置.（1）信號發(fā)射部分和信號接收部分組成_傳感器，A應(yīng)是信號_部分.（2）這組傳感器所直接測量的物理量是 _.（3

16、）如圖3-5-10乙是根據(jù)實驗數(shù)據(jù)得到的速度圖像，根據(jù)圖像中數(shù)據(jù)可求出小車加速度的大小為a=_m/s2.【答案】（1）運動，發(fā)射 （2）位移 （3）1.5圖3-5-112.為了測定小木板和斜面間的動摩擦因數(shù)，某同學(xué)設(shè)計了如下的實驗.在小木板上固定一個彈簧測力計(質(zhì)量不計)，彈簧測力計下端吊一個光滑小球，將木板連同小球一起放在斜面上，如圖3-5-11所示.用手固定住木板時，彈簧測力計的示數(shù)為F1，放手后木板沿斜面下滑，穩(wěn)定時彈簧測力計的示數(shù)為F2，測得斜面傾角為，由測得的數(shù)據(jù)可求出木板與斜面間的動摩擦因數(shù)是多少？【解析】用手固定住木板時，對小球有 F1=mgsin 木板沿斜面下滑時，對小球有 mgsin-F2=ma 木板與小球一起下滑有共同的加速度，對整體有(M+m)gsin-Ff=(M+m)a Ff=(M+m)gcos 聯(lián)立式得：