1、1实验课探究加速度与力、质量的关系教案教材内容：实验探究加速度与力、质量的关系 人教版新教材 高一年级 物理 必修 1 第四章第二节教材及学情分析：牛顿第二定律是动力学的核心规律，是本章重点和中心内容，而探究加速度与力和质量的关系是学习牛顿第二定律的重要铺垫。该实验的器材选取、方案设定，因第二章使用过，学生自然会想到用该器材测加速度。但测力有一定困难，还需平衡摩擦。为此可借助气垫导轨避免这一点，但要让学生掌握平衡摩擦力的方法。该实验是探索规律的实验，学生对加速度与力和质量的关系的定量关系是未知的，但通过实例，对加速度与力和质量的定性关系是可以理解的。怎样定量研究需在教师指导下，学生动手、动脑进
2、行设计研究，教师只是一个引导者、评判者，只要学生的设计方案合理，亲身体验探究过程，至于能否得出正确结果并不重要。教学目标：1、理解探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性。2、理解实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性。3、经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验如何平衡摩擦力、减少系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作办法。4、体会整个探究过程的科学性和合理性。教学设想：1、培养学生自主探究的能力，把教学重心由老师的“教”转移到学生的“探究”。2、根据学生现有知识能力水平，编制“预习学案”，学生借助“预习学案”先开展自主学习，对以前知识进行联
3、想，对本实验中的设计难点提供思路，扫除思维上的障碍。3、根据学生研究问题能力水平，编制 4 个“课堂学案” ，它以本课的教学目标为主线，以学生探究为基础，针对学生思维薄弱环节，引导学生探索更深层次的问题。学生根据“课堂学案”的引领，通过独立思考和与同学交流讨论，发现和解决在自学中发现不了的问题。在课堂上，教师只对部分疑难问题进行解答指导，起组织者和指导者的作用。4、在设计实验步骤环节上，设计“设计方案关注细节-实际操作- 研究结果”的自主学习模式，让学生注意实验设计及操作过程的细节问题。教学重点1、怎样提供和测量物体所受的力2、利用图象，得出结论教学难点指导设计方案，进行实验；作出图象，得出结
4、论。2教学方法1、学案法，启发引导法、讨论交流法、类比法2、对学生操作过程细节进行指导，对学生实验过程的疑难问题进行解答。教学用具：多媒体、小车、一端带滑轮长木板、钩码、打点计时器、学生电源、纸带、刻度尺、气垫导轨、微机辅助实验系统一套。教学地点：实验室教学时间：两课时一、课前教学活动:教师活动 学生活动早一天布置学生预习并提供“预习学案” 预习,在预习的基础上完成学案当天课前教师检查学生“预习学案”的完成情况,找出学生中存在的问题教师批改，学生订正错误，自己体会预习学案：预习思考 思考结果1、试试看：物体质量一定，力不同，物体加速度有什么不同？力大小相同，作用在不同质量物体上，物体加速度有什
5、么不同？请举例加以说明。物体运动状态改变快慢取决哪些因素？请同学们猜测一下它们最简单关系。第一种情况，受力大的产生加速度大，第二种情况：质量大的产生加速度小。举例：如赛车和普通小汽车质量相仿，但塞车安装了强大的发动机，牵引力巨大，可产生很大加速度。再如并驾齐驱的大货车和小汽车在同样大的制动力作用下，小汽车容易刹车加速度大小既与力有关，也与质量有关。加速度可能与力成正比，与质量成反比。2、生活中很多事实告诉我们：物体的加速度与物体的质量和受力有关系。为了定量研究三者之间的关系，应采取什么方法？可以先控制物体的质量不变，研究加速度与受力的关系；再控制受力不变，研究加速度与质量的关系。3、如图所示的
6、实验装置中，放开小车，盘、砝码、小车一起运动，当盘和砝码的总质量远小于小车质量时，可以认为小车所受绳子的拉力 F 近似等于盘和砝码的重力。这将在以后会学到。由此产生的误差称为什么误差？系统误差。34、若在小车后面连上纸带，并穿过打点计时器限位孔，即可通过纸带上打出的点来测量小车的加速度。下表是从实验中打出的纸带上得到的，试根据下表中的 v、t 数据，在坐标纸上描点，并用一条直线拟合这些点，由图象可得小车的加速度为多少？测量点0 1 2 3 4 5时间/秒0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5速度/米每秒0.38 0.63 0.88 1.11 1.28 1.62计算得：a=2.475m/s
7、25、如图所示，一质量为 m 的木箱沿着倾角为 的斜坡下滑，木箱和斜坡间的动摩擦因素为 ，则木箱所受重力沿斜坡方向的分力大小为多少？木板所受摩擦力大小为多少？若 =tan,则上述两力大小有什么关系？此时，木箱沿斜坡匀速下滑；在木箱中加装质量为 m/的货物，木箱将怎样运动？6、如果实验中用两辆小车，并同时释放做初速度为零的匀加速直线运动，它们在相等时间 t 内的位移分别为：X 1=1/2a1t2, X2=1/2a2t2 。则两辆小车的加速度之比为多少？。加速度之比为位移之比。二、教学过程：1、实验设计学案：教师活动 学生活动1、物体加速度与它受力的定量关系探究现在我们探究物体加速度与力、质量的定
8、量关系（用控制变量法） 。保持物体的质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，探究加速度与力的定量关系。猜测：与力可能成正比。如何测量加速度 a？需什么器材？请同学们设计方案。（教师适当加以引导）同学交流讨论，互相补充，得出：第二章我们已探究过小车速度随时间变化规律，可用该实验器材测加速度。小车在钩码牵引下作匀加速运动，利用打出纸带求加速度。器材需要电火花计时器或打点计时器、一端附有定滑轮的长木板、小车、纸带、毫米刻度尺、砝码、导线、电源现实中，除了在真空中抛体（仅受重力）外，仅受一个力的物体几乎不存在，但一个单独的力作用效果与跟它等大、方向相同的合力作用效果相同，因此实验中力 F 的含义可
9、以学生思考，设计可行方案测量，也可借鉴教师提供案例进行设计。 （如预习学案第 2 题所提供的方法）4是物体所受的合力。如何为运动物体提供一个恒定合力？如何测？请同学们想办法。教师引导：可利用前边测加速度的器材，在钩码质量远小于小车质量条件下，钩码重力大小等于对小车拉力（至于为什么以后再讨论） ，但必须设法使木板光滑，或使用气垫导轨以减少摩擦直至忽略不计。这样小车受的合力就等于钩码重力。教师对学生设计方案的可行性进行评估，筛选出最佳方案进行实验。如果没有气垫导轨，小车和木板之间存在摩擦力，怎么处理摩擦力呢？教师提示：思考预习题第 4 题，能否把摩擦力给平衡掉？画出小车的受力分析图学生思考讨论，设
10、计可行方案。也可借鉴教师提供案例进行设计。指导学生设计实验步骤。 （确定后的实验步骤写在实验步骤学案第 4 点学案中，供下节课做实验记录时用。 ）学生设计实验步骤,讨论，确定。并把实验步骤写在实验步骤学案第 4 点学案中，供下节课做实验操作时用。指导学生设计实验记录表格。把表格记录在数据记录学案中，供下节课做实验记录时用。）学生设计实验记录表格。讨论，确定表格。并将确定后的表格记录在数据记录学案中作为表格 1，供下节课做实验记录时用。如何直观判断加速度 a 与 F 的数量关系？ 学生思考讨论，确定以 a 为纵坐标，以 F 为横坐标建立坐标系，利用图象找规律。1、a 与 F 成正比关系，做出来的
11、图象有什么特点？2、 a 与 F2 成正比关系，做出来的图象有什么特点？3、 a 与 F3 成正比关系，做出来的图象有什么特点？ 1、一条过原点的直线2、一条过原点的抛物线3、一条过原点的抛物线如果图象是抛物线，怎么判断 a 与 F2 成正比还是 a 与 F3、a 与 F4成正比?学生思考讨论, 以 a 为纵坐标，以 F2 (或F3、F 4)为横坐标建立坐标系,试着画图象,直到图象是过原点的直线.2、物体的加速度与其质量的定量关系探究保持物体所受力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，探究加速度与质量关系，请同学们用最简单关系猜测一下二者是什么关系？教师解释：若 a 与 m 成反比，其
12、实是 a 与 1m 成正比，a lm 的图象应是什么？加速度与质量可能成反比。应该是过原点直线。保持钩码质量一定，即拉力大小一定，如何改变小车质量？在小车上加砝码。指导学生设计实验步骤。 （确定后的实验步骤写在实验步骤学案第 5 点学案中，供下节课做实验操作时用。 ）学生设计实验步骤,讨论，确定。并把实验步骤写在实验步骤学案第 5 点学案中，供下节课做实验操作时用。5指导学生设计实验记录表格。把表格记录在数据记录学案表格 1 中，供下节课做实验记录时用。 ）学生设计实验记录表格。讨论，确定表格。并将确定后的表格记录在数据记录学案中作为表格 2，供下节课做实验记录时用。如何直观判断加速度 a 与
13、 m 的数量关系？ 学生思考讨论，确定以 a 为纵坐标，以 m 为横坐标建立坐标系，利用图象找规律。1、如果 a 与 m 成反比关系，做出来的图象有什么特点？2、 如果 a 与 m2 成反比关系，做出来的图象有什么特点？3、 如果 a 与 m3 成反比关系，做出来的图象有什么特点？都是双曲线.怎么判断 a 与 m 成反比还是 a 与 m2、 a 与m3、a 与 m4成反比?从最简单的试起。在坐标纸上描点，作alm 图象，据 alm 图象是否过原点直线就能判断加速度是否与质量成反比，如果是，则说明 a 与 m 成反比。如果不是，则再试 alm 2图象是否过原点直线？以此类推。由于学生刚开始从事探
14、究实验，缺乏经验，需要教师指导，比如设计方案，利用图象处理数据，学生一无经历，二不习惯，所以宜采用定向探究，逐步使学生走向自由探究。3、对实验可靠性进行评估教师活动：如果同学们猜想是正确的，那么根据实验数据，以 a 为纵坐标，以 F 横坐标，或以 a 为纵坐标，1m 为横坐标，作出图象都应该是过原点的直线，但实际描的点并不严格在某直线上，也不一定过原点。若真是 aF，alm 得需多次实验才能证实。学生讨论结果，看书讨论相关问题。2、实验步骤学案：实验步骤 教师活动 学生活动在第一节课中学生已讨论部分实验步骤，下面的实验步骤教师利用学案进行统一。引导学生设计实验步骤，然后发下该学案。学生思考讨论
15、、整理，然后统一意见。1、用天平测出小车的质量 M1 和小盘的质量 M2，把数据记录在表中。2、按图所示安装好打点计时器。在小车上装好纸带 ，纸带另一端穿过打点计时器的限位孔，调整长木板的倾斜程度，以平衡小车所受的摩擦力。平衡摩擦力前，应先在小车上装上纸带并穿过打点计时器。为什么？平衡摩擦力时，必须反复调整木板倾斜度，直至轻推小车使之启动并能做 纸带和打点计时器间的摩擦力也是影响实验结果的一个重要因素。 目测小车是否6匀速运动。怎样判断小车做匀速运动？做匀速运动是很困难的。可以利用打点计时器打出的点迹来判断。3、换上新的纸带，在小车上加放砝码m1，系好细线并挂上小盘。在小盘中加放适量的砝码 m
16、2，使盘和其中砝码的质量(M 2+m2)远小于小车和其上砝码的总质量(M 1+m1)。为什么使盘和其中砝码的质量(M 2+m2)远小于小车和其上砝码的总质量(M 1+m1)？只有在这种情况下，细绳拉力近似等于盘和砝码的重力。4、保持小车质量一定时，探究加速度跟力的关系。（1）在小盘中放上适量的砝码，在表格中记下小盘中砝码的质量 m2。（2）接通打点计时器电源，释放小车，利用打点计时器打出纸带。（3）保持小车和砝码的 质量不变，总逐步增加小盘中砝码的 质量。重复实验多次，在表中记下各次实验时盘中所放砝码的质量 m2。（4）在各次实验中得到的纸带上取好合适的测量点，测出各测量点间的位移，并填入表中
17、 。根据上节课设计好的步骤操作。把结果记录在数据学案记录表格 1 中。学生设计并记录.5、保持小车所受拉力一定时，探究加速度与质量的关系。（1）在小盘中放上适量的砝码，在表中记下小盘质量 M2 与砝码质量 m2 及此时小车上砝码的质量 m1.（2）接通打点计时器电源，释放小车，利用打点计时器打出纸带。（3）保持小盘中砝码的质量不变，逐渐增加小车上砝码的质量。重复实验多次，在表中记下各次实验中小车上砝码的质量 m1.（4）在各次实验得到的纸带上标出合适的测量点，测出各测量点间的位移，并填入表格。根据上节课设计好的步骤操作。把结果记录在数据学案记录表格 1 中。学生设计并记录.6、将砝码放回原处，
18、整理好器材。3、数据记录学案：表格 1： 探究加速度与力的关系小车质量 M1= kg,小车上砝码的质量 m1.= kg, 小盘的质量 M2=次数 盘中砝码的质量F 的大小(M2+m2)g/N相邻测量点间的位移X/mt= s加速度a/ms-27m2/kg1 X 1= X 2= X 3=X 4= X 5= X 6=2 X 1= X 2= X 3=X 4= X 5= X 6=3 X 1= X 2= X 3=X 4= X 5= X 6=4 X 1= X 2= X 3=X 4= X 5= X 6=X 1= X 2= X 3=X 4= X 5= X 6=表格 2： 探究加速度与质量的关系小车质量 M1=
19、kg, 小盘的质量 M2= ，盘中砝码质量 m2= kg次数 车中砝码的质量m1 /kgF 的大小(M1+m1)g/N相邻测量点间的位移X/mt= s加速度a/ms-2X 1= X 2= X 3=1X 4= X 5= X 6=X 1= X 2= X 3=2X 4= X 5= X 6=X 1= X 2= X 3=3X 4= X 5= X 6=X 1= X 2= X 3=4X 4= X 5= X 6=X 1= X 2= X 3=5X 4= X 5= X 6=4、数据处理学案：1、根据数据记录学案表格 1 的数据记录，求出加速度 a。以 a 为纵坐标，以 F 为横坐标建立坐标系，描绘出 aF 图象，利用图象找规律。82、根据数据记录学案表格 2 的数据记录，求出加速度 a。以 a 为纵坐标，以 m 为横坐标建立坐标系，描绘出 am 图象。利用图象找规律。从 am 图象上能否得出 a 和 m 两者之间的关系？如果不行，请在下面坐标纸上尝试以 a 为纵坐标，以 1/m 为横坐标建立坐标系，描绘出 a1/m 图象。看看能否确定两者的关系？9
