2、实验：探究加速度与力、质量的关系.doc

教案设计 第2节 探究加速度与力、质量的关系一、教学目标1知识与技能（1）理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关。（2）通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。（3）培养学生动手操作能力。2过程与方法（1）使学生掌握在研究三个物理量之间关系时，用控制变量法实现。（2）指导学生根据原理去设计实验，处理实验数据，得出结论。（3）帮助学生会分析数据表格，利用图象寻求物理规律。3情感、态度与价值观（1）通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神。（2）使学生养成实事求是的科学态度，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦。（3）培养学生的合作意识，相互学习，交流，共同提高的学习态度。二、教学重点、难点1.教学的重点及教学策略重点：用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系。教学策略：通过教师的引导，学生的相互讨论，得出实验的步骤和数据处理的方法。2.教学的难点及教学策略难点：设计实验方案，如何用控制变量法来探究及实验数据的分析和处理。三、设计思路通过对牛顿第一定律的学习，学生已认识到：力是改变物体运动状态的原因，力是使物体产生加速度的原因，物体的加速度与力、质量之间应存在一定的关系，从而引入课题。通过演示实验，让学生定性地认识到它们间的定性关系后，再设计实验来探究它们间的定量关系。探究过程突出控制变量法、怎样测量加速度、怎样提供与测量物体所受到的力、数据的处理与分析。四、教学资源 实验器材：质量相同（200g）的小车两辆，细绳四根，一端附有两个定滑轮的长木板（可容两辆小车），小吊桶两个，砝码（若干），刻度尺。五、教学过程设计 (一)课题引入通过对牛顿第一定律的学习，我们已认识到：力是改变物体运动状态的原因，物体的运动状态变化是以速度的变化表现出来的，而速度发生变化即物体产生了加速度，所以，力又是使物体产生加速度的原因。设问1：加速度的大小与哪些因素有关呢？（力、质量）设问2：加速度与力、质量有着怎样的关系呢？演示：用牛顿第二定律演示器(二层结构轨道小车)演示结论：物体的质量一定时，受力越大，它的加速度越大；物体受力一定时，质量越小，它的加速度越大。实例：课本P75过渡：很多事实告诉我们，物体的质量一定时，受力越大，它的加速度越大；物体受力一定时，质量越小，它的加速度越大。那么，加速度与力、质量有着什么定量关系呢？接下来我们通过实验来探究这个问题。（板书课题）(二)新课教学1实验方法-控制变量法我们用实验来探究一个物理量同时跟两个物理量有关的多元问题的研究方法是采用控制变量法，即保持物体的质量不变，研究它的加速度跟物体受力的关系；再保持物体所受的力相同，研究物体的加速度跟它的质量的关系。2实验器材 质量相同（200g）的小车两辆，细绳四根，一端附有两个定滑轮的长木板（可容两辆小车），小吊桶两个，砝码（若干），刻度尺。 3实验装置图 课本P78图4.2-4 4实验原理本实验需要测量的物理量有三个，即a、m、F。m易用天平测出，通过在小车中增减砝码改变小车的质量。本实验要解决的主要问题是怎样测量小车的加速度和怎样提供与测量小车所受的力？测量（或比较）小车的加速度（1）测量加速度 对于初速度为零的匀加速直线运动有，可推得。测量x（用刻度尺）和t（用秒表），由求出a在运动小车上安装一条打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来求出a （2）比较加速度对于初速度为零的匀加速直线运动有，可推得。在相同时间内两车的加速度和位移有=的关系。若F，则两车的加速度和力的关系为，即；若，则两车的加速度和质量的关系为，即 测量小车所受的恒力 现实中，除了在真空中抛出或落下的物体（仅受重力）外，仅受一个力的物体几乎是不存在的，实验中力F的含义应理解为小车所受的合力，即小车所受的拉力。实验中又用砝码及小盘的重力表示小车所受的拉力。（1）平衡摩擦力如果从受力上分析，小车运动过程中受到摩擦力，为了让小车所受的拉力表示它所受的合力，有必要平衡摩擦力。平衡摩擦力的方法是让不带定滑轮的木板的一端适当垫高，直到小车在木板上匀速运动（也可以将砝码盘一起用上平衡摩擦力，那么砝码的重力在数值上等于小车受的拉力）。利用木板倾斜平衡摩擦力是利用小车自身沿斜面方向分力抵消摩擦力，即mgsin=mgcos，等式两边m可消去，说明与小车质量变化无关。（2）近似处理小车质量M应比砝码及盘的质量m大的多时，砝码及小盘的重力与小车所受的拉力近似相等。 5实验步骤 实验报告册（必修一）P15、P196数据处理（1）作a-F图象和a-图象（在相同力的作用下，质量m越大，加速度a越小，可能是“a与m成反比”，但也可能是“a与m2成反比”，甚至更复杂的关系，从最简单的情况入手，检验是否“a与m成反比”，即“a与成正比”）。（2）实际探究a与F、m的关系时，常作图象与图象。实验实测数据及图象（示例） 水平面长木板与小车，车后用绳控制小车运动。两车质量均为200 g+100 g（砝码）。小车1小车2次数拉车砝码/g位移x1/cm力变用砝码/g位移x2/cm12001603002502200155400370320013050042042001206004805200100700530两车质量均为300 g，改变钩码质量，改变力。(注：小车未平衡摩擦力)F2/F1x2/x1150156200239250320300400350530 两车力相同,均取40 g，改变质量。小车1小车2次数m1/g位移x1/cmm2/g位移x2/cm13004602006152300515400395330060050034043005986002705300526700192力不变，钩码为40 g，改变小车质量。m1/m2x1/x2150075075132060178050221043273力不变，钩码为40 g，改变小车质量。m1/m2x1/x20670751331321671782002212332737实验结论 物体的加速度与所受到的力成正比，与物体的质量成反比。 说明：课本P78最后几段文字。8误差分析实验误差的主要来源有两个：一是牵引小车的砝码重力近似等于小车的拉力；二是小车与木板间摩擦未平衡。图4-2-1(三)例题分析课课练P105（4）（1）如出现图4-2-1中的直线，说明平衡摩擦力时，平衡过大了。即拉力F=0时，已产生加速度，其加速度是由多余重力的分力形成的。（2）图4-2-1中的直线，说