必修一 4.2實(shí)驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
一、教材分析
這是一節(jié)學(xué)生實(shí)驗課,目的是為了讓學(xué)生體會物理探究過程中所用的科學(xué)方法。書中沒有給出確定的實(shí)驗方案,要學(xué)生自己設(shè)計,但是給出了實(shí)驗的基本思路:控制變量法。學(xué)生在初中已經(jīng)接觸過控制變量法,難度應(yīng)該不大。
二、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.指導(dǎo)學(xué)生半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關(guān)系,知道用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗.
2.學(xué)生自己設(shè)計實(shí)驗,自己根據(jù)自己的實(shí)驗設(shè)計進(jìn)行實(shí)驗.
3.對實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,看一下實(shí)驗結(jié)果能驗證什么問題,
情感態(tài)度與價值觀
1.通過探究實(shí)驗,培養(yǎng)實(shí)事求是、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度.
2.通過實(shí)驗探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神.
3.培養(yǎng)與人合作的團(tuán)隊精神.
三、重難點(diǎn)
教學(xué)重點(diǎn)
1.控制變量法的使用.
2.如何提出實(shí)驗方案并使實(shí)驗方案合理可行.
3.實(shí)驗數(shù)據(jù)的分析與處理.
教學(xué)難點(diǎn)
1.如何提出實(shí)驗方案并使實(shí)驗方案合理可行.
2.實(shí)驗數(shù)據(jù)的分析與處理.
四、學(xué)情分析
學(xué)生對控制變量法應(yīng)以掌握,關(guān)鍵是實(shí)驗設(shè)計,實(shí)驗操作能力不強(qiáng),應(yīng)讓其做好充分的課前預(yù)習(xí)
五、教學(xué)方法
探究、講授、討論、練習(xí)
六、課前準(zhǔn)備
多媒體課件,小車(20輛,每輛車上貼上質(zhì)量為200g,貼上“參照車”與“實(shí)驗車”字樣),一端帶有滑輪的長木板(20個),一次性小塑料口杯及棉線套(20個,質(zhì)量可忽略),50g規(guī)格鉤碼10盒(每盒10個),托盤天平砝碼20盒,刻度尺(米尺),線繩若干,鐵文件夾10個,計算機(jī)和大屏幕投影系統(tǒng)一套,計算器。
七、課時安排
1課時
八、教學(xué)過程
(一)預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)疑惑
(二)情境導(dǎo)入、展示目標(biāo)
利用多媒體投影圖4?2?1;
分組定性討論
組I:物體質(zhì)量一定,力不同,物體加速度有什么不同?
組2:力大小相同,作用在不同質(zhì)量的物體上,物體加速度有什么不同?
師:請組1的代表回答一下你們討論的結(jié)果.
組1生:當(dāng)物體質(zhì)量一定時,物體的加速度應(yīng)該隨著力的增大而增大.
師:請組2的代表回答你們組討論的問題,
組2生:當(dāng)力大小相同時,物體質(zhì)量越大,運(yùn)動狀態(tài)越難以改變,所以質(zhì)量越大,加速度越小.
師:物體運(yùn)動狀態(tài)改變快慢取決于哪些因素?定性關(guān)系如何?
生l:應(yīng)該與物體的質(zhì)量和物體所受的力有關(guān)系.力越大,加速度越大;質(zhì)量越大,加速度越。
生2:這里指的力應(yīng)該是物體所受的合力,以上圖為例,物體所受的重力和支持力相等,不參與加速度的提供.
師:剛才進(jìn)行多媒體演示時一次是固定力不變,一次是固定質(zhì)量不變,這樣做有什么好處呢?
生:方便我們的研究.
師:這是研究多個變量之間關(guān)系的非常好的方法,我們把它稱作控制變量法.我們以前在什么地方學(xué)到過這種方法?
生1:在初中我們在探究物體的密度與質(zhì)量、體積之間的關(guān)系時
生2:在研究電流與電壓、電阻的關(guān)系時.
師:好,我們這節(jié)課就用這種方法進(jìn)行探究加速度和力、質(zhì)量之間的關(guān)系.
首先來看本屆的學(xué)習(xí)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.指導(dǎo)學(xué)生半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關(guān)系,知道用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗.
2.學(xué)生自己設(shè)計實(shí)驗,自己根據(jù)自己的實(shí)驗設(shè)計進(jìn)行實(shí)驗.
3.對實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,看一下實(shí)驗結(jié)果能驗證什么問題,
情感態(tài)度與價值觀
1.通過探究實(shí)驗,培養(yǎng)實(shí)事求是、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度.
2.通過實(shí)驗探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神.
3.培養(yǎng)與人合作的團(tuán)隊精神.
(三)合作探究、精講點(diǎn)撥
一、加速度與力的關(guān)系
師:設(shè)計一個實(shí)驗,保持物體的質(zhì)量不變,測量物體在各個不同的力的作用下的加速度,分析加速度與力的關(guān)系.大家分組討論并且每組設(shè)計一個實(shí)驗方案,并說明實(shí)驗的原理.
分組討論
組l生1:我們是根據(jù)課本上的參考案例設(shè)計實(shí)驗的(在投影儀上展示實(shí)驗裝置如圖4?2?2).
組1生2:我們設(shè)計實(shí)驗的實(shí)驗原理如下;因?為兩個小車的初速度都為零,拉力大小不同,但對每個小車來說保持不變,所以小車應(yīng)該做勻加速直線運(yùn)動.根據(jù)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動的位移公式x=at2/2可知,加速度和位移成正比,只要測量位移就可以得到加速度與受力之間的關(guān)系,力的大小可以根據(jù)盤中的砝碼求出來.
師:下面請組2的代表發(fā)言.
組2生1:我們設(shè)計的方法和組1的差不多,我們是用了一輛小車,小車后面連接一紙帶,用打點(diǎn)計時器記錄小車的運(yùn)動情況,根據(jù)所打的點(diǎn)計算小車的加速度,然后再看所受的力和加速度的關(guān)系.
組2生2:為了消除摩擦力的影響,我們在木板下面墊了一個小木塊,當(dāng)小車沒有拉力時讓它在木板上勻速運(yùn)動.
師:這個同學(xué)的想法很好,這樣小車受到的繩子的拉力就等于小車受到的合力,下面請組3的同學(xué)代表發(fā)言.
組3生1:前面兩組的同學(xué)設(shè)計實(shí)驗時都是物體的初速度為零,我們可以利用氣墊導(dǎo)軌設(shè)計一個更為一般的方法,讓導(dǎo)軌傾斜不同的角度,滑塊所受的力就是重力的分力,讓滑塊滑過軌道中間的兩個光電門,記錄經(jīng)過光電門的速度和兩個光電門的距離,根據(jù)公式x=(v2-v02)/2a可以求出加速度的大小,從而可以得到加速度和力的關(guān)系.
師:好的,在進(jìn)行實(shí)驗之前還應(yīng)該先設(shè)計自己的實(shí)驗表格來記錄一下自己的實(shí)驗數(shù)據(jù).那么你是怎樣設(shè)計表格使你的實(shí)驗數(shù)據(jù)得以記錄的呢?
生1:水平面長木板與小車,車后用繩控制小車運(yùn)動,兩車質(zhì)量相同.表格設(shè)計如下:
參考表格
小車l 小車2
次數(shù) 拉車砝碼(s) 位移x1/cm 拉車砝碼(s) 位移x2/cm
1
2
3
4
5
生2:用一輛小車,測量加速度
次數(shù) 拉車砝碼(g) 加速度a1 拉車砝碼(e) 加速度a2
1
2
3
4
5
師:好,現(xiàn)在大家就根據(jù)自己設(shè)計的方案進(jìn)行實(shí)驗,把數(shù)據(jù)填人設(shè)計的表格內(nèi).
學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗,老師巡回指導(dǎo),幫助實(shí)力較弱的小組完成實(shí)驗
師:現(xiàn)在請各小組簡要進(jìn)行一下實(shí)驗報告.
組1生1:我們根據(jù)課本上的參考案例進(jìn)行了實(shí)驗,因為已知小車的加速度和位移成正比,通過驗證位移和受力之間的關(guān)系,即可得出加速度和受力的關(guān)系.
師:實(shí)驗數(shù)據(jù)是怎樣進(jìn)行處理的呢?
組1生2:我用的是位移和對應(yīng)力的比值.
組1生3:通過我們的討論,我們發(fā)現(xiàn)用作圖的方法能更好地表示位移(即加速度)和力的關(guān)系.關(guān)系圖表如圖4?2?3所示;可得在研究物體質(zhì)量不變的情況下,物體的加速度與物體所受的外力成正比.
組2生:我們通過處理小車后面的紙帶,計算出小車的加速度,通過作圖驗證了小車的加速度和物體所受的合力成正比.組3生:我們用氣墊導(dǎo)軌作出的加速度和所受力的關(guān)系圖象,實(shí)驗結(jié)論是圖象非常接近一條過原點(diǎn)的直線.
師:大家做得都非常好,那么你們在實(shí)驗中遇到的困難是什么呢?能不能想出辦法來克服?
組1生:當(dāng)拉小車的砝碼的質(zhì)量較大時,繩子容易打滑,從而影響了位移的測量.我們用松香涂抹在繩子上,效果不錯.
組2生:我們在做實(shí)驗時發(fā)現(xiàn)了這樣一個問題,即當(dāng)砝碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量差不多時,a?F圖象不能再是一條直線,而是發(fā)生了彎曲.
師:這組同學(xué)的問題非常好,實(shí)際上砝碼和盤的重力并不嚴(yán)格等于小車受到的拉力,簡單證明如下:設(shè)砝碼及盤的質(zhì)量為m,小車的質(zhì)量為M,則分別對它們進(jìn)行受力分析,對小車,受拉力和摩擦力,對砝碼和盤,受重力和拉力,那么它們之間的關(guān)系是什么呢?如果相等,根據(jù)物體受合力為零則物體做勻速運(yùn)動,而實(shí)際上砝碼及盤實(shí)際的運(yùn)動應(yīng)該是做加速運(yùn)動,所以說重力和拉力并不相等,而是應(yīng)該重力大于拉力,而我們在實(shí)驗中認(rèn)為二者相等,所以實(shí)驗的誤差有一部分來源于此.控制的方法就是盡可能地使砝碼和盤的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及砝碼的質(zhì)量,具體的分析方法我們將在下一節(jié)學(xué)到.
組3生:雖然用氣墊導(dǎo)軌做實(shí)驗結(jié)果比較精確,但實(shí)驗數(shù)據(jù)處理比較復(fù)雜.
師:我們可以用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理,使數(shù)據(jù)處理變得簡單化,大家在課下討論一下看如何用數(shù)據(jù)處理軟件處理實(shí)驗中得到的數(shù)據(jù).
師:以上我們是通過控制物體的質(zhì)量不變來探究物體的加速度與物體所受力之間的關(guān)系,下面同學(xué)們繼續(xù)做實(shí)驗,通過控制物體所受的力不變來探究物體的加速度和質(zhì)量的關(guān)系.
二、加速度與質(zhì)量的關(guān)系
學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗,老師巡回指導(dǎo),幫助實(shí)力較弱的小組實(shí)現(xiàn)實(shí)驗
由于和以上的實(shí)驗方法非常類似,所以可以直接讓學(xué)生得出結(jié)論.
師:大家得出的結(jié)論是什么?
生:物體加速度在物體受力不變時,和物體的質(zhì)量成反比.
師:這時候我們應(yīng)該怎樣通過圖象來驗證問題呢?
生:我們?nèi)绻鱝?M圖象則圖象是曲線,我們可以作a?1/M圖象來解決這個問題,物體的加速度和質(zhì)量成反比,所以a?1/M圖象應(yīng)該是一條過原點(diǎn)的直線.
三、由實(shí)驗結(jié)果得出的結(jié)論
師:通過大家的實(shí)驗,排除誤差的影響,大家討論總結(jié)一下加速度和物體所受的力以及物體質(zhì)量之間的關(guān)系.
[分組討論]
生1:我們可以得出這樣的結(jié)論:物體的加速度和物體所受的力成正比,和物體的質(zhì)量成反比.
生2:應(yīng)該是和物體所受的合力成正比.
生3:我想力是矢量,加速度也是矢量,加速度的方向應(yīng)該和物體所受力的方向相同.
師:(總結(jié))大家的發(fā)言非常好,那么我們得出的結(jié)論是不是一個定理性的結(jié)論呢?僅靠少量的實(shí)驗是不行的,應(yīng)該通過更為精確的實(shí)驗和更多次的實(shí)驗進(jìn)行證明,不過我們大家在現(xiàn)有水平下能夠得出這個結(jié)論是非常了不起的,這是我們下節(jié)課要學(xué)的牛頓第二定律的內(nèi)容.
(四)反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測
在水平路面上,一個大人推一輛重車,一個小孩推一輛輕車,各自做勻加速運(yùn)動(阻力不計).甲、乙兩同學(xué)在一起議論,甲同學(xué)說:大人推力大,小孩推力小,因此重車的加速度大.乙同學(xué)說,重車質(zhì)量大,輕車質(zhì)量小,因此輕車的加速度大.你認(rèn)為他們的說法是否正確?請簡述理由.
答:甲、乙兩同學(xué)的結(jié)論和理由都不全面和充分,物體的加速度決定于物體所受的合外力和物體的質(zhì)量.大人的推力雖然大,但車的質(zhì)量也大,因此重車的加速度也不一定就大.小車的質(zhì)量小,但是小孩的推力也小,因而輕車的加速度也不一定大.判斷誰的加速度大,必須看各自的質(zhì)量和合外力.
[小結(jié)]
本節(jié)我們學(xué)習(xí)了:
1.力是物體產(chǎn)生加速度的原因.
2.用控制變量法探究物體的加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系;設(shè)計實(shí)驗的方法.
3.物體的質(zhì)量一定時,合外力越大,物體的加速度也越大;合外力一定時,物體的質(zhì)量越大,其加速度越小,且合外力的方向與加速度的方向始終一致.
4.實(shí)驗數(shù)據(jù)的處理方法.
九、板書設(shè)計
表格 數(shù)據(jù)分析
十、教學(xué)反思
學(xué)生實(shí)驗控制比較難,可能出現(xiàn)各種情況,課前教師應(yīng)做好充分準(zhǔn)備
必修一 4.2實(shí)驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學(xué)案
課前預(yù)習(xí)學(xué)案
一、預(yù)習(xí)目標(biāo)
實(shí)驗?zāi)康,?shí)驗思路,實(shí)驗方案,實(shí)驗結(jié)果的分析
二、預(yù)習(xí)內(nèi)容
1、一切物體總保持_______狀態(tài)或________狀態(tài),除非__________________,這就是牛頓第一定律.牛頓第一定律揭示了運(yùn)動和力的關(guān)系:力不是_________的原因,而是______________的原因.
2、物體的這種保持_________或__________的性質(zhì)叫做慣性,慣性是物體的____性質(zhì).
三、提出疑惑
課內(nèi)探究學(xué)案
一、學(xué)習(xí)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.指導(dǎo)學(xué)生半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關(guān)系,知道用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗.
2.學(xué)生自己設(shè)計實(shí)驗,自己根據(jù)自己的實(shí)驗設(shè)計進(jìn)行實(shí)驗.
3.對實(shí)驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理,看一下實(shí)驗結(jié)果能驗證什么問題,
情感態(tài)度與價值觀
1.通過探究實(shí)驗,培養(yǎng)實(shí)事求是、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度.
2.通過實(shí)驗探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神.
3. 培養(yǎng)與人合作的團(tuán)隊精神.
二、學(xué)習(xí)過程
1、兩車質(zhì)量相同.表格設(shè)計如下:
參考表格
次數(shù) 拉車砝碼(g) 加速度a1 拉車砝碼(e) 加速度a2
1
2
3
4
5
2、某次實(shí)驗用打點(diǎn)計時器交流電的頻率為50Hz,紙帶的記錄如圖4-2-9所示(使用圖4-2-3所示的裝置),圖中前幾個點(diǎn)模糊,因此從A點(diǎn)開始每打五個點(diǎn)取一個計數(shù)點(diǎn),其中B、C、D、E點(diǎn)的對應(yīng)速度vB=_____m/s, vC=_____m/s, vD=_____m/s, vE=_____m/s,由此測得小車的加速度是多大?
三、反思總結(jié)
本節(jié)我們學(xué)習(xí)了:
1.力是物體產(chǎn)生 的原因.
2.用 探究物體的加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系;設(shè)計實(shí)驗的方法.
3.物體的質(zhì)量一定時, 越大,物體的 也越大;合外力一定時,物體的 越大,其 越小,且合外力的方向與加速度的方向 。
4.實(shí)驗數(shù)據(jù)的處理方法.
四、當(dāng)堂檢測
1. 外力是使物體產(chǎn)生_____________的原因.物體運(yùn)動狀態(tài)發(fā)生改變時,物體一定具有___________,物體一定受到____________的作用.
2. 質(zhì)量一定時物體的加速度與它所受的外力成 ;外力一定時加速度與物體的質(zhì)量成 。
3. 某兩個同學(xué)用圖4-2-6所示的裝置(圖中A為小車,B為帶滑輪的長木板,C為水平桌面),分別在《探究加速度與外力間的關(guān)系》實(shí)驗中,各自得到的圖象如圖4-2-6中甲和乙所示,則出現(xiàn)此種現(xiàn)象的原因甲是 ,乙是 .
五、課后練習(xí)與提高
1. 在保持質(zhì)量不變時加速度與物體受力間關(guān)系的實(shí)驗中(使用圖4-2-7所示的裝置),小車質(zhì)量M和砝碼質(zhì)量m分別選取下列四組值.
A.M=500g,m分別為50g、70g、100g、125g
B.M=500g,m分別為20g、30g、40g、50g
C.M=200g,m分別為50g、75g、100g、125g
D.M=200g,m分別為30g、40g、50g、60g
若其它操作都正確,那么在選用 組值測量時所畫出的圖線較準(zhǔn)確.在選用此組值,m取 g時實(shí)驗誤差較大.
2. a、b、c、d四位同學(xué)在做《驗證牛頓第二定律》的實(shí)驗(使用圖4-2-6所示的裝置),設(shè)小車質(zhì)量和車上砝碼質(zhì)量之和為M,砂及砂桶的總質(zhì)量為m,分別得出如圖4-2-7中a、b、c、d四條圖線,其中圖a、b、c是a?F圖線,圖d是a?1/M圖線,則以下列說法中正確的是: ( )
A.a(chǎn)和b較好地把握了實(shí)驗條件M遠(yuǎn)大于m
B.c和d則沒有把握好實(shí)驗條件M遠(yuǎn)大于m
C.a(chǎn)同學(xué)長木板的傾角太小,而b同學(xué)長木板傾角太大
D.a(chǎn)、b、c三同學(xué)中,c同學(xué)較好地完成了平衡摩擦力的操作
3.關(guān)于力和運(yùn)動的關(guān)系,下列說法中正確的是( )
A.物體的速度不斷增大,表示物體必受力的作用
B.物體的位移不斷增大,表示物體必受力的作用
C.物體朝什么方向運(yùn)動,則這個方向上物體必受力的作用
D.物體的速度大小不變,則其所受的合力必為零
4.某同學(xué)在做“當(dāng)外力一定時,加速度和質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗時,得到下表中的實(shí)驗數(shù)據(jù):
(1)請使用a-1/m圖象來處理這些數(shù)據(jù),并說明為什么不用a-m圖象來處理數(shù)據(jù)。
(2)根據(jù)作出的圖象,可以得到的結(jié)論是小車的加速度與它的 .
答案
學(xué)習(xí)過程 2、 0.253m/s 0.328m/s 0.403m/s 0.478m/s 0.75m/s2
當(dāng)堂檢測 1、加速度、加速度、外力
2、正比,反比
3、平衡摩擦力時,木板傾角過大;平衡摩擦力時,木板傾角太小
課后練習(xí)與提高 1、B 50
2、ACD
3、A
4、圖略,質(zhì)量成反比
本文來自:逍遙右腦記憶 http://yy-art.cn/gaoyi/62214.html
相關(guān)閱讀:必修一 4.2實(shí)驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 學(xué)案