【完美导学】5.2 科学探究：加速度与力、质量的关系教学设计（1）-2022-2023学年高一物理同步备课全套（鲁科版2019必修第一册）

第五章牛顿运动定律第2节科学探究：加速度与力、质量的关系本节选自鲁科版必修一第五章第二节，是一节实验探究课。本节通过实验探究加速度与力、质量的关系，为下一节牛顿第二定律的学习奠定基础。教材先从日常生活中常见的推车情景，提出探究问题，在进一步通过实验探究加速度与力、质量的关系。【物理观念】能用图像分析实验数据并得出实验结论；会分析导致实验误差的原因，提出减小实验误差的措施。【科学思维】理解探究加速度与力、质量的关系的科学探究方案，有控制变量的意识。【科学探究】能完成“探究加速度与力、物理质量的关系”实验；能设计实验方案，有控制变量的意识；能根据数据形成结论，会分析导致误差的原因。【科学态度与责任】在实验的设计和实施中，增强学生的沟通交流能力和实验操作能力；培养学生实事求是、科学求真的物理态度。【教学重点】理解实验原理及设计；能根据实验方案完成实验，记录和分析实验数据得出结论。【教学难点】根据探究方案完成实验，运用图像分析实验数据并得出实验结论，分析导致误差的原因。【导入新课】（温故知新）1、判断物体运动状态是否改变的依据是什么？2、根据牛顿第一定律，物体运动状态改变的原因是什么？分别得出“速度是否改变”和“力是改变物体运动状态的原因”。以这两个问题引出“力与加速度的关系”力速度改变加速度力是产生加速度的原因思考：加速度与力有何关系？加速度还与哪些因素有关？引出本节主题。【新课讲授】一、定性探究加速度与力、质量的关系(观察思考)加速度与力、质量因素有何关系？定性讨论1：加速度的大小与力有什么关系？现象：车身质量一定时，推车的人越多，推力越大，车的速度改变就越快结论1：对同一物体，作用力越大，加速度越大定性讨论2：加速度的大小与质量有什么关系？现象：推力一定时，空载的汽车比满载时速度变化快结论2：对不同物体，在相同的作用下，物体质量越小，加速度越大思考：在实际情况中，真满足这样的规律么？二、实验探究加速度与力、质量的关系【实验目的】探究加速度与力、质量的关系【实验方法】“加速度”与“力”、“质量”二个物理量均有关系，应该如何探究它们的关系？引出“控制变量法”。1、保证质量一定，探究加速度与力的关系；2、保证合外力一定，探究加速度与质量的关系【实验器材】带滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物（小钩码或沙桶）、打点计时器、纸带、交变电流、天平、砝码、刻度尺【实验原理与设计】思考：如何测量加速度、力、质量？质量可由天平测量；加速度和力如何测量？s1s1s2s3s4s5s6····eq\o\ac(○,1)在本实验中,如何为运动的物体提供一个恒定的外力,又如何测出这个力?在绳的一端挂钩码;测量钩码的重力。eq\o\ac(○,2)如何改进能让小车所受到的合外力等于细线上的拉力？可以平衡摩擦力。将木板一端垫高，让不悬挂钩码的小车做匀速直线运动。eq\o\ac(○,3)线的拉力在什么时候等于钩码的重力？理论计算表明：在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。3、思考：如何改变合外力的大小？（通过改变悬挂钩码的数量来改变）思考：如何改变运动物体的质量？（通过改变小车上砝码的数量来改变）【实验步骤】(1)将小车置于带有定滑轮的木板上,将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。

(2)用薄垫块将木板一端垫高,调整其倾斜程度,直至小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。

(3)在细绳一端挂上重物,另一端通过定滑轮系在小车前端。注意重物质量应远小于小车质量。(4)将小车靠近打点计时器后开启打点计时器,稍后再将小车由静止释放。打点计时器在纸带上打出一系列点,据此计算出小车的加速度。保持小车质量不变,增加重物的质量(重物总质量仍远小于小车质量),重复实验,将小车所受的不同拉力与相应计算出的加速度记录下来。实验序号加速度α(m/s2)拉力F(N)12345(5)保持重物不变,增加或减少小车上的砝码以改变小车的质量,重复实验,将小车的质量与相应的加速度记录下来。实验序号加速度α(m/s2)质量m/kg12345【数据处理】1.探究加速度与合力的关系(保证小车质量不变)实验序号加速度α(m/s2)拉力F(N)10.100.14620.200.30230.300.42840.400.59250.500.751F/NF/N2.探究加速度与质量的关系(保证小车合力不变)m/kga/m·s-2m/kga/m·s-2a/m·s-20.20.150.40.300.60.450.80.601.00.7500.20.40.60.81.01.200.10.20.30.40.51/1/m(kg-1)a/m·s-20.20.40.60.81.000.51.01.52.02.5【实验结论】m一定时，a∝F；F一定时，a∝1/m【注意事项】（1）平衡摩擦时，不能挂重物。整个实验过程只需平衡一次摩擦。（2）实验时，先接通电源，后释放小车。（3）为了保证细线的拉力等于小车受到的牵引力，细线要与木板保持平行。（4）为了充分利用纸带，每次开始时，小车应尽量靠近打点计时器，为防止小车翻到地面，要在小车碰到滑轮前用手挡住小车。【跟踪评价】实验中作出的a-F图像有时不过原点,如图所示,造成这种现象的主要原因可能是以下现象的哪一种？(1)平衡摩擦力时垫得太高了(2)实验中没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不充分通过“跟踪评价”，让学生了解实验中因为平衡摩擦力所常出现的误差。【练习1】(多选)在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时,下列说法中正确的是()A.平衡摩擦力时,应将砝码通过定滑轮拴在小车上B.连接砝码和小车的细绳应跟长木板保持平行C.平衡摩擦力后,长木板的位置不能移动D.小车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源再释放小车【练习2】下列说法正确的是（