高中物理人教版第四章牛頓運(yùn)動(dòng)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(dòng)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(huì)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).2.掌握控制變量法,熟練操作過(guò)程，會(huì)進(jìn)行誤差分析.二、教學(xué)重點(diǎn)掌握控制變量法，會(huì)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(xiàn)板、一段待定滑輪的長(zhǎng)木板、小車(chē)、砝碼、細(xì)線(xiàn)、天平、托盤(pán)、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(shì)看，越來(lái)越重視實(shí)際操作和創(chuàng)新方面的考察，而創(chuàng)新來(lái)源于實(shí)踐，因此，在本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)中以問(wèn)題探究的方式引導(dǎo)學(xué)生復(fù)習(xí)實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?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(wèn)題解決問(wèn)題，改變過(guò)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(guò)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(lái)復(fù)習(xí)這個(gè)實(shí)驗(yàn)。新課教學(xué)問(wèn)題導(dǎo)學(xué)本實(shí)驗(yàn)的目的是什么？生：學(xué)會(huì)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(chē)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(pán)和砝碼的質(zhì)量不變,即力F不變,探究加速度a與小車(chē)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(shuō)明本節(jié)課研究第一套方案。師：請(qǐng)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(méi)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(chē)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、一端帶滑輪的長(zhǎng)木板、細(xì)線(xiàn)、砝碼（砝碼）、小盤(pán)、刻度尺、天平師提醒：1.小車(chē)質(zhì)量的測(cè)量用。2.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的用途是：打出紙帶，測(cè)量計(jì)算小車(chē)的加速度。分組討論：1.怎樣改變和測(cè)量小車(chē)及車(chē)?yán)镯来a的質(zhì)量？生：通過(guò)增減砝碼的個(gè)數(shù)改變研究對(duì)象的質(zhì)量，可以用天平稱(chēng)出總質(zhì)量。2.小車(chē)和砝碼受到的外力是由什么提供的？怎樣改變和測(cè)量外力的大??？生：外力是由小桶和細(xì)砂的重力提供的；通過(guò)增減桶中細(xì)砂的多少來(lái)改變質(zhì)量，通過(guò)天平測(cè)出質(zhì)量，利用G=mg計(jì)算力的大小。3.小車(chē)在運(yùn)動(dòng)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(pán)及盤(pán)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(pán)及盤(pán)里砝碼重力近似等于繩子拉力，用以表示小車(chē)受到的合外力F？生：小車(chē)及車(chē)?yán)镯来a質(zhì)量遠(yuǎn)大于盤(pán)及盤(pán)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(duì)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(cè)量小盤(pán)質(zhì)量m'和小車(chē)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(pán)的細(xì)繩系在小車(chē)上(即不給小車(chē)牽引力).(3)平衡摩擦力:小車(chē)的尾部掛上紙帶,紙帶穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔,將木板無(wú)滑輪的一端用薄木塊稍微墊高一些,使小車(chē)在不掛小盤(pán)和砝碼的情況下,使小車(chē)勻速下滑,這樣小車(chē)所受重力沿木板的分力與小車(chē)所受摩擦力平衡.在保證小盤(pán)和砝碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量的條件下,可以近似認(rèn)為小盤(pán)和砝碼的總重力大小等于小車(chē)所受的合外力的大小.(4)小盤(pán)通過(guò)細(xì)繩繞過(guò)滑輪系于小車(chē)上,先接通電源后放開(kāi)小車(chē),取下紙帶編號(hào)碼.(5)保持小車(chē)質(zhì)量m不變,改變砝碼和小盤(pán)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(cè)加速度a.(7)描點(diǎn)作圖,作a-F圖象.(8)保持砝碼和小盤(pán)質(zhì)量m0不變,改變小車(chē)質(zhì)量m,重復(fù)步驟(4)和(6);作a-圖象.在學(xué)生回答的過(guò)程中，教師針對(duì)一些操作細(xì)節(jié)進(jìn)一步提問(wèn)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(wèn)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(lái)算加速度，加強(qiáng)對(duì)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(huà)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(xiàn)簡(jiǎn)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(jiǎn)單準(zhǔn)確？本實(shí)驗(yàn)中可以用氣墊導(dǎo)軌來(lái)代替長(zhǎng)木板，這樣就省去了平衡小車(chē)摩擦力的麻煩，小車(chē)的加速度也可以利用傳感器，借助于計(jì)算機(jī)來(lái)處理．3實(shí)驗(yàn)誤差來(lái)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(pán)和砝碼的總重力m0g代替小車(chē)的拉力,而實(shí)際上小車(chē)所受的拉力要小于小盤(pán)和砝碼的總重力.(2)摩擦力平衡不準(zhǔn)確、質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距測(cè)量不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行都會(huì)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(pán),但小車(chē)應(yīng)連著紙帶且接通電源.用手給小車(chē)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(chē)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(pán)和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車(chē)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(pán)和砝碼的總重力才可視為小車(chē)受到的拉力.(5)一先一后一按:改變拉力和小車(chē)質(zhì)量后,每次開(kāi)始時(shí)小車(chē)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(kāi)小車(chē),且應(yīng)在小車(chē)到達(dá)滑輪前按住小車(chē).(6)作圖:作圖時(shí)兩軸標(biāo)度比例要適當(dāng).各量須采用國(guó)際單位.這樣作圖線(xiàn)時(shí),坐標(biāo)點(diǎn)間距不至于過(guò)密,誤差會(huì)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(shuō)法正確的是()A.三條傾斜直線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的小車(chē)與砝碼的質(zhì)量相同B.三條傾斜直線(xiàn)所對(duì)應(yīng)的小車(chē)與砝碼的質(zhì)量不同C.直線(xiàn)1所對(duì)應(yīng)的小車(chē)與砝碼的質(zhì)量最大D.直線(xiàn)3所對(duì)應(yīng)的小車(chē)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(xiàn)如圖甲、乙所示，請(qǐng)分析其原因各是什么？生：甲圖：當(dāng)加一定的拉力后，還沒(méi)產(chǎn)生加速度，說(shuō)明有較大的摩擦力影響，說(shuō)明還沒(méi)有平衡摩擦力或是平衡摩擦力不足。乙圖：沒(méi)加拉力就產(chǎn)生了加速度，說(shuō)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(shuō)法中正確的是()A.“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是讓小車(chē)受到的摩擦力為零B.“平衡摩擦力”的本質(zhì)就是使小車(chē)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(chē)所受的合力等于所掛砝碼通過(guò)細(xì)繩和滑輪對(duì)小車(chē)施加的拉力D.“平衡摩擦力”是否成功，可根據(jù)小車(chē)拖動(dòng)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(lái)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(chē)、小盤(pán)；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(mén),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(wèn)題可能是()A.實(shí)驗(yàn)中沒(méi)有平衡摩擦力B.實(shí)驗(yàn)