高中物理必修1教案與課件42實(shí)驗(yàn)探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系

1、4-2.實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系教學(xué)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 3培養(yǎng)與人合作的團(tuán)隊(duì)精神教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：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

2、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)的分析與處理教學(xué)方法：探究、講授、討論、練習(xí)教學(xué)手段：教具準(zhǔn)備 多媒體課件，小軋一端帶滑輪長(zhǎng)木板、帶小鉤或小盤(pán)的細(xì)線(xiàn)兩條；鉤碼(規(guī)格：10 g20 g，用作牽引小車(chē)的力)；砝碼(規(guī)格：50e100 g200g，用來(lái)改變小車(chē)的質(zhì)量)；刻度尺；文件夾；粗線(xiàn)繩(用來(lái)牽引小車(chē))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)一套課時(shí)安排：新授課（1課時(shí)）教學(xué)過(guò)程：新課導(dǎo)入利用多媒體投影圖421；分組定性討論組I：物體質(zhì)量一定，力不同，物體加速度有什么不同?組2：力大小相同，作用在不同質(zhì)量的物體上，物體加速

3、度有什么不同?師：請(qǐng)組1的代表回答一下你們討論的結(jié)果組1生：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度應(yīng)該隨著力的增大而增大師：請(qǐng)組2的代表回答你們組討論的問(wèn)題，組2生：當(dāng)力大小相同時(shí)，物體質(zhì)量越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難以改變，所以質(zhì)量越大，加速度越小師：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變快慢取決于哪些因素?定性關(guān)系如何?生l：應(yīng)該與物體的質(zhì)量和物體所受的力有關(guān)系力越大，加速度越大；質(zhì)量越大，加速度越小生2：這里指的力應(yīng)該是物體所受的合力，以上圖為例，物體所受的重力和支持力相等，不參與加速度的提供師：剛才進(jìn)行多媒體演示時(shí)一次是固定力不變，一次是固定質(zhì)量不變，這樣做有什么好處呢?生：方便我們的研究 師：這是研究多個(gè)變量之間關(guān)系的非常

4、好的方法，我們把它稱(chēng)作控制變量法我們以前在什么地方學(xué)到過(guò)這種方法? 生1：在初中我們?cè)谔骄课矬w的密度與質(zhì)量、體積之間的關(guān)系時(shí) 生2：在研究電流與電壓、電阻的關(guān)系時(shí)師：好，我們這節(jié)課就用這種方法進(jìn)行探究加速度和力、質(zhì)量之間的關(guān)系新課教學(xué)一、加速度與力的關(guān)系師：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，分析加速度與力的關(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)的原理分組討論 組l生1：我們是根據(jù)課本上的參考案例設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的(在投影儀上展示實(shí)驗(yàn)裝置如圖422)組1生2：我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理如下；因?yàn)閮蓚€(gè)小車(chē)的初速度都為零，拉力大小不同，但對(duì)每個(gè)小車(chē)來(lái)說(shuō)保持不

5、變，所以小車(chē)應(yīng)該做勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)根據(jù)初速度為零的勻加速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的位移公式x=at2/2可知，加速度和位移成正比，只要測(cè)量位移就可以得到加速度與受力之間的關(guān)系，力的大小可以根據(jù)盤(pán)中的砝碼求出來(lái)師：下面請(qǐng)組2的代表發(fā)言組2生1：我們?cè)O(shè)計(jì)的方法和組1的差不多，我們是用了一輛小車(chē)，小車(chē)后面連接一紙帶，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)所打的點(diǎn)計(jì)算小車(chē)的加速度，然后再看所受的力和加速度的關(guān)系組2生2：為了消除摩擦力的影響，我們?cè)谀景逑旅鎵|了一個(gè)小木塊，當(dāng)小車(chē)沒(méi)有拉力時(shí)讓它在木板上勻速運(yùn)動(dòng)師：這個(gè)同學(xué)的想法很好，這樣小車(chē)受到的繩子的拉力就等于小車(chē)受到的合力，下面請(qǐng)組3的同學(xué)代表發(fā)言組3生1：前面兩組的同

6、學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)都是物體的初速度為零，我們可以利用氣墊導(dǎo)軌設(shè)計(jì)一個(gè)更為一般的方法，讓導(dǎo)軌傾斜不同的角度，滑塊所受的力就是重力的分力，讓滑塊滑過(guò)軌道中間的兩個(gè)光電門(mén)，記錄經(jīng)過(guò)光電門(mén)的速度和兩個(gè)光電門(mén)的距離，根據(jù)公式x=(v2v02)/2a可以求出加速度的大小，從而可以得到加速度和力的關(guān)系師：好的，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?生1：水平面長(zhǎng)木板與小車(chē)，車(chē)后用繩控制小車(chē)運(yùn)動(dòng)，兩車(chē)質(zhì)量相同表格設(shè)計(jì)如下：參考表格 小車(chē)l 小車(chē)2 次數(shù) 拉車(chē)砝碼(s) 位移x1cm 拉車(chē)砝碼(s) 位移x2cm 1 2 3 4 5生2：用一輛

7、小車(chē)，測(cè)量加速度 次數(shù) 拉車(chē)砝碼(g) 加速度a1 拉車(chē)砝碼(e) 加速度a2 1 2 3 4 5師：好，現(xiàn)在大家就根據(jù)自己設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把數(shù)據(jù)填人設(shè)計(jì)的表格內(nèi)學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，老師巡回指導(dǎo)，幫助實(shí)力較弱的小組完成實(shí)驗(yàn)師：現(xiàn)在請(qǐng)各小組簡(jiǎn)要進(jìn)行一下實(shí)驗(yàn)報(bào)告 組1生1：我們根據(jù)課本上的參考案例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橐阎≤?chē)的加速度和位移成正比，通過(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 師：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是怎樣進(jìn)行處理的呢?組1生2：我用的是位移和對(duì)應(yīng)力的比值組1生3：通過(guò)我們的討論，我們發(fā)現(xiàn)用作圖的方法能更好地表示位移(即加速度)和力的關(guān)系關(guān)系圖表如圖423所示；可得在研究物體質(zhì)量不變的情況

8、下，物體的加速度與物體所受的外力成正比組2生：我們通過(guò)處理小車(chē)后面的紙帶，計(jì)算出小車(chē)的加速度，通過(guò)作圖驗(yàn)證了小車(chē)的加速度和物體所受的合力成正比組3生：我們用氣墊導(dǎo)軌作出的加速度和所受力的關(guān)系圖象，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是圖象非常接近一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)師：大家做得都非常好，那么你們?cè)趯?shí)驗(yàn)中遇到的困難是什么呢?能不能想出辦法來(lái)克服?組1生：當(dāng)拉小車(chē)的砝碼的質(zhì)量較大時(shí)，繩子容易打滑，從而影響了位移的測(cè)量我們用松香涂抹在繩子上，效果不錯(cuò)組2生：我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)問(wèn)題，即當(dāng)砝碼的質(zhì)量和小車(chē)的質(zhì)量差不多時(shí)，aF圖象不能再是一條直線(xiàn)，而是發(fā)生了彎曲師：這組同學(xué)的問(wèn)題非常好，實(shí)際上砝碼和盤(pán)的重力并不嚴(yán)格等于小車(chē)受到

9、的拉力，簡(jiǎn)單證明如下：設(shè)砝碼及盤(pán)的質(zhì)量為m，小車(chē)的質(zhì)量為M，則分別對(duì)它們進(jìn)行受力分析，對(duì)小車(chē)，受拉力和摩擦力，對(duì)砝碼和盤(pán)，受重力和拉力，那么它們之間的關(guān)系是什么呢?如果相等，根據(jù)物體受合力為零則物體做勻速運(yùn)動(dòng)，而實(shí)際上砝碼及盤(pán)實(shí)際的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是做加速運(yùn)動(dòng)，所以說(shuō)重力和拉力并不相等，而是應(yīng)該重力大于拉力，而我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中認(rèn)為二者相等，所以實(shí)驗(yàn)的誤差有一部分來(lái)源于此控制的方法就是盡可能地使砝碼和盤(pán)的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)及砝碼的質(zhì)量，具體的分析方法我們將在下一節(jié)學(xué)到組3生：雖然用氣墊導(dǎo)軌做實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較精確，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理比較復(fù)雜師：我們可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使數(shù)據(jù)處理變得簡(jiǎn)單化，大家在課下討論一下看如何用

10、數(shù)據(jù)處理軟件處理實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)師：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 二、加速度與質(zhì)量的關(guān)系 學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，老師巡回指導(dǎo)，幫助實(shí)力較弱的小組實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)由于和以上的實(shí)驗(yàn)方法非常類(lèi)似，所以可以直接讓學(xué)生得出結(jié)論師：大家得出的結(jié)論是什么?生：物體加速度在物體受力不變時(shí)，和物體的質(zhì)量成反比師：這時(shí)候我們應(yīng)該怎樣通過(guò)圖象來(lái)驗(yàn)證問(wèn)題呢?生：我們?nèi)绻鱝M圖象則圖象是曲線(xiàn)，我們可以作a1M圖象來(lái)解決這個(gè)問(wèn)題，物體的加速度和質(zhì)量成反比，所以a1M圖象應(yīng)該是一條過(guò)原點(diǎn)的直線(xiàn)三、由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的結(jié)論

11、師：通過(guò)大家的實(shí)驗(yàn)，排除誤差的影響，大家討論總結(jié)一下加速度和物體所受的力以及物體質(zhì)量之間的關(guān)系分組討論生1：我們可以得出這樣的結(jié)論：物體的加速度和物體所受的力成正比，和物體的質(zhì)量成反比生2：應(yīng)該是和物體所受的合力成正比生3：我想力是矢量，加速度也是矢量，加速度的方向應(yīng)該和物體所受力的方向相同師：(總結(jié))大家的發(fā)言非常好，那么我們得出的結(jié)論是不是一個(gè)定理性的結(jié)論呢?僅靠少量的實(shí)驗(yàn)是不行的，應(yīng)該通過(guò)更為精確的實(shí)驗(yàn)和更多次的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證明，不過(guò)我們大家在現(xiàn)有水平下能夠得出這個(gè)結(jié)論是非常了不起的，這是我們下節(jié)課要學(xué)的牛頓第二定律的內(nèi)容課堂訓(xùn)練在水平路面上，一個(gè)大人推一輛重車(chē)，一個(gè)小孩推一輛輕車(chē)，各自做勻加速運(yùn)動(dòng)(阻力不計(jì))甲、乙兩同學(xué)在一起議論，甲同學(xué)說(shuō)：大人推力大，小孩推力小，因此重車(chē)的加速度大乙同學(xué)說(shuō)，重車(chē)質(zhì)量大，輕車(chē)質(zhì)量小，因此輕車(chē)的加速度大你認(rèn)為他們的說(shuō)法是否正確?請(qǐng)簡(jiǎn)述理由答：甲、乙兩同學(xué)的結(jié)論和理由都不全面和充分，物體的加速度決定于物體所受的合外力和物體的質(zhì)量大人的推力雖然大，但車(chē)的質(zhì)量也大，因此重車(chē)的加速度也不一定就大小車(chē)的質(zhì)量小，但是小孩的推力也小，因而輕車(chē)的加速度也不一定大判斷誰(shuí)的加速度大，必須看各自的質(zhì)量和合外力小結(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