實驗探究加速度與力質量的關系教案

5.2實驗：探究加速度與力、質量的關系(2課時)★教學目標(一)知識與技能1.學會通過實驗探究物體加速度與力、質量的關系2.在實驗中掌握打點計時器的用法3.對自己的實驗結果進行歸納分析(二)過程與方法4.根據所學知識及日常經驗初步分析a、F、m三個物理量間的關系（定性分析）。5.采用控制變量的方法，通過實驗對a、F、m三個物理量間的數量關系進行定量研究；運用列表法及圖象法處理數據；根據實驗數據，歸納、推理實驗結論（定量分析）。(三)情感態(tài)度與價值觀6.通過實驗探究激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)新精神7.學會與他人合作、交流，具有團隊意識和團隊精神?！锝虒W重點：1.控制變量法的使用2.如何提出實驗方案，并使實驗方案合理可行3.實驗數據的分析和處理?！锝虒W難點：1.控制變量法的使用，在老師的指導下提出切實可行的實驗方案2.實驗操作，誤差來源分析★教學用具：．小車、砝碼、小桶、細線、一端附有定滑輪的長木板、墊木、★教學過程（一）引入新課（教師活動）物體的運動狀態(tài)變化的快慢，也就是物體加速度的大小，與物體的質量有關，例：一般小汽車從靜止加速到100km/h，只需十幾秒的時間，而滿載的貨車加速就慢得多。物體的運動狀態(tài)變化的快慢，也與物體受力有關例：競賽用的小汽車，質量與一般的小汽車相仿，但因為安裝了強大的發(fā)動機，能夠獲得巨大的牽引力，可以在四五秒的時間內從靜止加速到100km/h（學生活動）學生根據事實總結得出定性結論：物體的質量一定時，受力越大，其加速度越大；物體受力一定時，它的質量越小，加速度也越大。（提出問題）物理學并不滿足于這樣的定性的描述，物體的加速度與它受的力、它的質量有什么定量的關系？（二）教學過程設計1.實驗方案的確定（教師活動）加速度的大小既與物體的受力有關，又和物體的質量有關，那么我們應采用什么方法來研究加速度的大小與物體的受力和物體的質量之間的定量關系呢？（學生活動）可以先研究加速度與物體受力的關系，再研究加速度與物體的質量的關系。（教師活動）這種研究問題的方法叫控制變量法，是物理學中研究和處理問題時經常用到的方法。同學們剛剛提到的研究方法就是控制變量法，在這個實驗中應如何控制？2.制定實驗方案時的幾個問題思路：實驗中需要測量的物理量有三個：物體的加速度、物體所受的力、物體的質量。質量可以用天平測量，本實驗要解決的主要問題是怎樣測量加速度和怎樣提供和測量物體所受的力。怎樣測量（或比較）物體的加速度（學生活動）加速度的測量：由紙帶根據公式Δx＝aT2，結合逐差法計算出小車的加速度（教師活動）復習求加速度的個物理量的含義怎樣測量物體所受的力（教師活動）在現實中，僅受一個力的情況幾乎是不存在的。一個單獨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，在實驗中我們只要測出物體所受的合力即可。又如何測出這個合力呢？（學生活動）可以在繩的一端掛鉤碼，另一端跨過定滑輪拉物體，使物體做勻加速運動的力就是物體的合力，這個合力等于鉤碼的重力。通過測量鉤碼的重力就可測得物體所受的合力。（教師活動）那么如何減小滑動摩擦力，使我們所測得的鉤碼重力盡可能接近于物體所受的合力？（學生活動）討論減小滑動摩擦力的方法（1）使用光滑的木板；（2）平衡滑動摩擦力。將木板一端墊高，讓物體從木板上勻速滑下，此時物體的重力分力就等于物體所受的摩擦力。（教師活動）提醒學生注意，即使平衡了摩擦力，拉力與所掛鉤碼的重力也不相等，當盤和砝碼的質量比小車的質量小很多時，兩個力才近似相等。但現有知識不能證明。3.探究加速度與力的關系思路：保持物體的質量不變，測量物體在不同的力作用下的加速度，分析加速度與力的關系。（教師活動）當我們改變物體受到合力時，物體的加速度也會改變。那么我們如何改變物體所受的合力呢？（學生活動）改變掛上鉤碼的個數就可以改變對物體的合力。（學生活動）具體進行實驗（教師活動）巡回進行指導（學生活動）實驗數據分析：1、設計表格，把同一物體受到的力與對應的加速度填在表中。2、以a為縱坐標、F為橫坐標，根據數據作a—F圖象，用曲線擬合測量點，找出規(guī)律，分析a與F的關系。實驗次數加速度a/m·s-2小車受力F/N1234結論：由于圖象上的各點在一條過原點的直線上，所以當m不變時，a與F的關系是。4.探究加速度與質量的關系思路：保持物體所受的力相同，測量不同質量的所需物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質量的關系。（教師活動）如何能達到改變小車質量的目的？（學生活動）通過向小車上增減不同質量的砝碼，達到改變小車質量的目的。（學生活動）實驗數據分析：1、設計表格，把不同物體在相同的力下物體的質量與對應的加速度填在表中。2、以a為縱坐標、m為橫坐標，根據數據作a—m圖象，分析a與m的關系。根據a—m圖象反映出F不變時，質量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系，也可能是a與m2反比，或是更復雜的關系。能想到a與m成反比，實際上就是a與成正比，轉為探究a與的關系。以a為縱坐標，為橫坐標建立坐標系，根據a—圖象是不是過原點的直線，就能判斷a是不是與質量m成反比。結論：由于a—1/m圖象上的各點在一條過原點的直線上，所以當F不變時，a與m的關系是實驗次數加速度a/m·s-2小車質量m/kg小車質量倒數1/m/kg-11234（三）、實驗步驟1．用天平測出小車的質量M，并把數值記錄下來．2．按圖424所示的裝置把實驗器材安裝好(小車上先不系繩)．圖4243．平衡摩擦力：在長木板不帶定滑輪的一端下面墊一木塊，反復移動木塊位置，直到輕推小車在斜面上運動時可保持勻速直線運動為止(紙帶上相鄰點間距相等)．4．在小桶里放入適量的砂，通過細繩系在小車上，在小車上加放適量的砝碼，用天平測出小桶和砂的質量m，記錄下來．接通電源，放開小車，待打點計時器在紙帶上打好點后取下紙帶，并設計表格如下．5.保持小車的質量不變，改變砂和小桶的質量，按步驟4再做5次實驗．6．在每條紙帶上選取一段比較理想的部分，算出每條紙帶對應的加速度的值，填入表格中．7．用縱坐標表示加速度，橫坐標表示作用力，根據實驗結果畫出小車運動的aF圖象，從而得出aF的關系．8．保持砂和小桶的質量不變，在小車上加放砝碼，重復上面的實驗，求出相應的加速度，并設計表格如下．根據實驗結果畫出小車運動的aeq\f(1,M)圖象，從而得出aM的關系．（四）、誤差分析1．在實驗中，我們認為鉤碼的重力就等于小車所受的合力．但這是有誤差的，只有在小車質量比較大，鉤碼重力比較小，且板合理傾斜的情況下，實驗結果才比較理想．2．在長度測量過程中也存在偶然誤差，可多次測量取平均值．3．利用描點作圖像使測出的點盡量對稱分布于直線兩側，離直線較遠的點看成是錯誤的數據，可舍去不予考慮．（五）、注意事項1．平衡摩擦力時不要掛重物，整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤和砝碼的質量還是改變小車及砝碼的質量，都不需要重新平衡摩擦力．2．實驗中必須滿足小車和砝碼的總質量遠大于小盤和砝碼的總質量．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，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱分布在所作直線兩側．離直線較遠的點是錯誤數據，可舍去不予考慮．★課堂檢測1．在研究物體的加速度、作用力和質量三個物理量的關系時，我們用實驗研究了小車“在質量一定的情況下，加速度和作用力之間的關系”；又研究了“在作用力一定的情況下，加速度和質量之間的關系”。這種研究物理問題的科學方法是（）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．如圖是根據探究加速度與力的關系的實驗數據描繪的a－F圖象，下列說法正確的是（）A．三條傾斜直線所對應的滑塊和橡皮泥的質量相同B．三條傾斜直線所對應的滑塊和橡皮泥的質量不同C．直線1所對應的滑塊和橡皮泥的質量最大D．直線3所對應的滑塊和橡皮泥的質量最大3.用如圖425所示的裝置研究在作用力F一定時，小車的加速度a與小車質量M的關系，某位同學設計的實驗步驟如下：圖425A．用天平稱出小車和小桶及內部所裝砂子的質量；B．按圖裝好實驗器材；C．把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛砂桶；D．將電磁打點計時器接在6V電壓的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點計時器在紙帶上打下一系列點，并在紙帶上標明小車質量；E．保持小桶及其中砂子的質量不變，增加小車上的砝碼個數，并記錄每次增加后的M