高二物理4.2《實驗：探究加速度與力、質量關系》教案（新人教版必修1）

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111 4.2實驗：探究加速度與力、質量關系 一、 教材分析 牛頓第二定律是動力學的核心規(guī)律，是本章重點和中心內(nèi)容，而探究加速度與力和質量的關系是學習下一節(jié)的重要鋪墊.本節(jié)是探索規(guī)律的實驗，重點就是讓學生親身體驗探究過程.在教師的引導下學生動手、動腦進行設計研究，體會通過控制變量來研究物理規(guī)律的重要方法，在研究電阻、電容等實驗中都會用到此法.只有讓學生在實際的設計和操作中才能使學生體會到物理學研究的方法，達到掌握方法、提高能力的目的. 二、 教學目標 知識與技能 1.理解物體運動狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關，也與質量有關. 2.通過實驗探究加速度與力和質量的定量關系. 3.培養(yǎng)學生動手操作能力. 過程與方法 1.使學生掌握在研究三個物理量之間關系時，用控制變量法實現(xiàn). 2.指導學生根據(jù)原理去設計實驗，處理實驗數(shù)據(jù)，得出結論. 3.幫助學生會分析數(shù)據(jù)表格，利用圖象尋求物理規(guī)律. 情感態(tài)度與價值觀 1.通過實驗探究激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)新精神. 2.使學生養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度，樂于探究自然界的奧秘，能體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅. 3.培養(yǎng)學生的合作意識，相互學習、交流、共同提高的學習態(tài)度. 三、 教學重點 1.怎樣測量物體的加速度. 2.怎樣提供和測量物體所受的力. 四、 教學難點 指導學生選器材，設計方案，進行實驗，作出圖象，得出結論. 五、 教學過程 導入新課 情景導入 多媒體播放十字路口紅綠燈時摩托車、載重汽車減速停止與加速啟動的畫面. 圖4-2-1 通過以上畫面我們可以看出，摩托車啟動很快，而載重汽車啟動很慢，這是為什么呢？ 復習導入 復習提問：物體運動狀態(tài)的改變是指哪個物理量的改變？標志物體運動狀態(tài)變化快慢的物理量是什么？ 回答：物體運動狀態(tài)的改變是指速度的改變，加速度是反映物體運動狀態(tài)變化快慢的物理量. 通過上一節(jié)學習，我們知道：物體的質量越大，物體的運動狀態(tài)越難改變；物體的質量越小，物體的運動狀態(tài)較易改變.請同學們根據(jù)上節(jié)所學知識及日常見聞實例猜測一下：加速度的大小與哪些物理量有關？ 學生猜想：加速度的大小與物體的受力、質量有關. 推進新課 既然物體的加速度與物體的質量和它受到的力有關，到底存在怎樣的關系，請同學們討論一下，通過什么實例可定性地說明它們之間的關系. 學生討論后回答： 1.質量大的物體加速度小.如：并駕齊驅的大貨車與小汽車在相同的制動力下，小汽車停下來用的時間少. 2.受力大的物體加速度大.如：賽車和普通小汽車質量相近，但賽車安裝了強大的發(fā)動機，牽引力大，提速很快. 點評：通過類似的實例使學生獲得感性認識，為下一步定量研究作好鋪墊.下面我們來定量探究一下這三個量之間的關系. 加速度的大小與物體的受力和物體的質量有關，那么我們應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？ 學生思考后回答：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. 教師總結：當研究三個物理量之間的關系時，先要保持某個量不變，研究另外兩個量之間的關系，再保持另一個量不變時，研究其余兩個量之間的關系，然后綜合起來得出結論.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(jīng)常用到的方法. 下面通過控制變量法研究一下加速度與物體受力和質量的關系. 一、加速度與力的關系 讓學生閱讀課本，明確以下兩個方面內(nèi)容： 1.實驗的基本思路：保持物體的質量不變，測量不同力下的加速度，分析加速度與力的關系. 2.實驗數(shù)據(jù)的分析：根據(jù)定性分析判斷結果：力越大，加速度越大，猜測a∝F,Fn. （1）設計表格，如： 次數(shù) 項目 1 2 3 4 5 6 F/N a/（ms-2） (2)建立坐標系如圖4-2-2： 圖4-2-2 （3）描點 （4）連線 通過得到的圖線，分析a與F的關系.實驗發(fā)現(xiàn)a-F圖象是一條過原點的直線.改變小車的質量重復上面步驟，看得出的圖象有什么不同. 二、加速度與質量的關系 讓學生閱讀課本，明確以下兩個方面的內(nèi)容： 1.實驗的基本思路：保持物體受力不變，測量不同質量下的加速度，分析加速度與質量的關系. 2.實驗數(shù)據(jù)的分析：根據(jù)定性分析判斷結果：質量越大，加速度越小，猜測a∝, （1）設計表格，如： 次數(shù) 項目 1 2 3 4 5 6 a/ms-2 m/kg /kg-1 /kg-n （2）建立坐標系如圖4-2-3：a-或a- 圖4-2-3 （3）描點 （4）連線 得到圖線分析，分析a與m的關系. 為了增強學生做實驗的目的性，引導學生分析以下內(nèi)容： 這個實驗需要測量的物理量有三個：物體的速度、物體所受的力、物體的質量.質量可用天平測量，本實驗要解決的主要問題是怎樣測量加速度和怎樣提供與測量物體受到的力. 三、制定實驗方案時的兩個問題 圖4-2-4 1.怎樣測量（或比較）物體的加速度，你能想到哪些方法？讓學生思考后回答：用如圖4-2-4所示的裝置：在一端有滑輪的長木板上，放一小車，通過細繩另一端的鉤碼拉小車. （1）讓物體做初速度為零的勻加速直線運動，用刻度尺測量物體運動的位移，用秒表測量出運動的時間，由x=at2公式算出. （2）讓物體做初速度為零的勻加速直線運動.在運動物體后安裝一條通過打點計時器的紙帶，根據(jù)紙帶上打出的點來測量加速度. （3）直接用加速度計測量. 總結：這些方法的共同特點是直接測出了加速度的大小，我們要探究的是加速度與其他量之間的比例關系，如果不直接測出加速度，我們能否找出加速度和質量之間的定量關系呢？ 學生思考后回答： ①如果測出兩個初速度為零的勻加速直線運動在相同時間內(nèi)發(fā)生的位移x1、x2,位移之比就是加速度之比. ②如果測出兩個初速度為零的勻加速直線運動物體在相同位移內(nèi)所用時間t1、t2，時間比的平方就是加速度之比的倒數(shù). 2.怎樣提供和測量物體所受的恒力. 現(xiàn)實中，除了真空中拋出或落下的物體（僅受重力）外，僅受一個力的物體幾乎是不存在的.然而，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，實驗中力F的含義可以是物體所受的合力.那么，如何為一個運動的物體提供一個恒定的合力？如何測出這個合力呢？ 交流討論：用前邊測加速度的器材，使物體做勻加速運動的力就是物體的合力，這個合力就等于鉤碼的重力.通過改變鉤碼的個數(shù)就可以改變物體所受的合力，通過測量鉤碼的重力就可測得物體所受的合力. 注意事項： （1）在鉤碼質量遠小于小車質量的條件下，鉤碼的重力大小才近似等于小車所受合力.（至于為什么，以后再討論） （2）小車在運動時還受到木板對它的滑動摩擦力，那么我們?nèi)绾螠p小滑動摩擦力，使物體所受的合力盡可能接近鉤碼的重力？ 學生交流討論，大膽設想，并小組總結. 結論：（1）換用接觸面光滑的木板. （2）平衡滑動摩擦力.方法：將木板一端墊高，讓小車從木板上能勻速滑動. 根據(jù)上面討論的內(nèi)容選定自己的實驗方案進行實驗，記錄實驗數(shù)據(jù). 學生進行分組實驗，教師巡回指導. 四、怎樣由實驗結果得出結論 學生分組實驗結束后，利用前面的方法處理實驗數(shù)據(jù)，分析得出實驗結論，讓小組代表發(fā)言. 教師對各小組學生的實驗方案、數(shù)據(jù)處理方法、實驗結論等情況進行評價，讓學生明確，只要設計方案合理，親身體驗探究過程，至于能否得出正確結果并不多么重要. 六、 課堂小結 本節(jié)課以實驗為依據(jù)，采用控制變量法進行研究.根據(jù)已掌握的物理知識自行設計實驗方案、探索物理規(guī)律是物理學研究的重要方法.其基本思路是： 提出問題→猜想（作出假設）→進行實驗（收集數(shù)據(jù)）→數(shù)據(jù)分析→得出結論→反復驗證→得出定律. 111