高二物理4.2《實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系》教案（新人教版必修1）

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111 4.2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系 一、 教材分析 牛頓第二定律是動力學(xué)的核心規(guī)律，是本章重點(diǎn)和中心內(nèi)容，而探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系是學(xué)習(xí)下一節(jié)的重要鋪墊.本節(jié)是探索規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)就是讓學(xué)生親身體驗(yàn)探究過程.在教師的引導(dǎo)下學(xué)生動手、動腦進(jìn)行設(shè)計(jì)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(shí)驗(yàn)中都會用到此法.只有讓學(xué)生在實(shí)際的設(shè)計(jì)和操作中才能使學(xué)生體會到物理學(xué)研究的方法，達(dá)到掌握方法、提高能力的目的. 二、 教學(xué)目標(biāo) 知識與技能 1.理解物體運(yùn)動狀態(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)生動手操作能力. 過程與方法 1.使學(xué)生掌握在研究三個(gè)物理量之間關(guān)系時(shí)，用控制變量法實(shí)現(xiàn). 2.指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)原理去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論. 3.幫助學(xué)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(jià)值觀 1.通過實(shí)驗(yàn)探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神. 2.使學(xué)生養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，樂于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅. 3.培養(yǎng)學(xué)生的合作意識，相互學(xué)習(xí)、交流、共同提高的學(xué)習(xí)態(tài)度. 三、 教學(xué)重點(diǎn) 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(xué)難點(diǎn) 指導(dǎo)學(xué)生選器材，設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，作出圖象，得出結(jié)論. 五、 教學(xué)過程 導(dǎo)入新課 情景導(dǎo)入 多媒體播放十字路口紅綠燈時(shí)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(fù)習(xí)導(dǎo)入 復(fù)習(xí)提問：物體運(yùn)動狀態(tài)的改變是指哪個(gè)物理量的改變？標(biāo)志物體運(yùn)動狀態(tài)變化快慢的物理量是什么？ 回答：物體運(yùn)動狀態(tài)的改變是指速度的改變，加速度是反映物體運(yùn)動狀態(tài)變化快慢的物理量. 通過上一節(jié)學(xué)習(xí)，我們知道：物體的質(zhì)量越大，物體的運(yùn)動狀態(tài)越難改變；物體的質(zhì)量越小，物體的運(yùn)動狀態(tài)較易改變.請同學(xué)們根據(jù)上節(jié)所學(xué)知識及日常見聞實(shí)例猜測一下：加速度的大小與哪些物理量有關(guān)？ 學(xué)生猜想：加速度的大小與物體的受力、質(zhì)量有關(guān). 推進(jìn)新課 既然物體的加速度與物體的質(zhì)量和它受到的力有關(guān)，到底存在怎樣的關(guān)系，請同學(xué)們討論一下，通過什么實(shí)例可定性地說明它們之間的關(guān)系. 學(xué)生討論后回答： 1.質(zhì)量大的物體加速度小.如：并駕齊驅(qū)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(shí)間少. 2.受力大的物體加速度大.如：賽車和普通小汽車質(zhì)量相近，但賽車安裝了強(qiáng)大的發(fā)動機(jī)，牽引力大，提速很快. 點(diǎn)評：通過類似的實(shí)例使學(xué)生獲得感性認(rèn)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(gè)量之間的關(guān)系. 加速度的大小與物體的受力和物體的質(zhì)量有關(guān)，那么我們應(yīng)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(zhì)量之間的定量關(guān)系呢？ 學(xué)生思考后回答：可以先研究加速度與物體受力的關(guān)系，再研究加速度與物體的質(zhì)量的關(guān)系. 教師總結(jié)：當(dāng)研究三個(gè)物理量之間的關(guān)系時(shí)，先要保持某個(gè)量不變，研究另外兩個(gè)量之間的關(guān)系，再保持另一個(gè)量不變時(shí)，研究其余兩個(gè)量之間的關(guān)系，然后綜合起來得出結(jié)論.這種研究問題的方法叫控制變量法，是物理學(xué)中研究和處理問題時(shí)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(zhì)量的關(guān)系. 一、加速度與力的關(guān)系 讓學(xué)生閱讀課本，明確以下兩個(gè)方面內(nèi)容： 1.實(shí)驗(yàn)的基本思路：保持物體的質(zhì)量不變，測量不同力下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系. 2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：根據(jù)定性分析判斷結(jié)果：力越大，加速度越大，猜測a∝F,Fn. （1）設(shè)計(jì)表格，如： 次數(shù) 項(xiàng)目 1 2 3 4 5 6 F/N a/（ms-2） (2)建立坐標(biāo)系如圖4-2-2： 圖4-2-2 （3）描點(diǎn) （4）連線 通過得到的圖線，分析a與F的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)a-F圖象是一條過原點(diǎn)的直線.改變小車的質(zhì)量重復(fù)上面步驟，看得出的圖象有什么不同. 二、加速度與質(zhì)量的關(guān)系 讓學(xué)生閱讀課本，明確以下兩個(gè)方面的內(nèi)容： 1.實(shí)驗(yàn)的基本思路：保持物體受力不變，測量不同質(zhì)量下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系. 2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：根據(jù)定性分析判斷結(jié)果：質(zhì)量越大，加速度越小，猜測a∝, （1）設(shè)計(jì)表格，如： 次數(shù) 項(xiàng)目 1 2 3 4 5 6 a/ms-2 m/kg /kg-1 /kg-n （2）建立坐標(biāo)系如圖4-2-3：a-或a- 圖4-2-3 （3）描點(diǎn) （4）連線 得到圖線分析，分析a與m的關(guān)系. 為了增強(qiáng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的目的性，引導(dǎo)學(xué)生分析以下內(nèi)容： 這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要測量的物理量有三個(gè)：物體的速度、物體所受的力、物體的質(zhì)量.質(zhì)量可用天平測量，本實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)方案時(shí)的兩個(gè)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(xué)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(xì)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(yùn)動，用刻度尺測量物體運(yùn)動的位移，用秒表測量出運(yùn)動的時(shí)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(yùn)動.在運(yùn)動物體后安裝一條通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來測量加速度. （3）直接用加速度計(jì)測量. 總結(jié)：這些方法的共同特點(diǎn)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(guān)系，如果不直接測出加速度，我們能否找出加速度和質(zhì)量之間的定量關(guān)系呢？ 學(xué)生思考后回答： ①如果測出兩個(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動在相同時(shí)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(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動物體在相同位移內(nèi)所用時(shí)間t1、t2，時(shí)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(shí)中，除了真空中拋出或落下的物體（僅受重力）外，僅受一個(gè)力的物體幾乎是不存在的.然而，一個(gè)單獨(dú)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(shí)驗(yàn)中力F的含義可以是物體所受的合力.那么，如何為一個(gè)運(yùn)動的物體提供一個(gè)恒定的合力？如何測出這個(gè)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(yùn)動的力就是物體的合力，這個(gè)合力就等于鉤碼的重力.通過改變鉤碼的個(gè)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(xiàng)： （1）在鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)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(yùn)動時(shí)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(xué)生交流討論，大膽設(shè)想，并小組總結(jié). 結(jié)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(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù). 學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，教師巡回指導(dǎo). 四、怎樣由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，利用前面的方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，讓小組代表發(fā)言. 教師對各小組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案、數(shù)據(jù)處理方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等情況進(jìn)行評價(jià)，讓學(xué)生明確，只要設(shè)計(jì)方案合理，親身體驗(yàn)探究過程，至于能否得出正確結(jié)果并不多么重要. 六、 課堂小結(jié) 本節(jié)課以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，采用控制變量法進(jìn)行研究.根據(jù)已掌握的物理知識自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、探索物理規(guī)律是物理學(xué)研究的重要方法.其基本思路是： 提出問題→猜想（作出假設(shè)）→進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（收集數(shù)據(jù)）→數(shù)據(jù)分析→得出結(jié)論→反復(fù)驗(yàn)證→得出定律. 111