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1、2 实验:探究加速度与力、质量的关系 整体设计 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下一节的重要铺垫.本节是探索 规律的实验,重点就是让学生亲身体验探究过程.在教师的引导下学 生动手、动脑进行设计研究, 体会通过控制变量来研究物理规律的重 要方法,在研究电阻、电容等实验中都会用到此法.只有让学生在实 际的设计和操作中才能使学生体会到物理学研究的方法,达到掌握方 法、提高能力的目的 . 教学重点 1.怎样测量物体的加速度 . 2.怎样提供和测量物体所受的力. 教学难点 指导学生选器材,设计方案,进行实验,作出图象,得出结论. 课时安排 1
2、课时 三维目标 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 . 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. 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. 课前准备 带有滑轮
3、的长木板2 个、小车 2 个、打点计时器、秒表、钩码、 夹子、刻度尺、细线、气垫导轨、数字计时器、光电门两个. 教学过程 导入新课 情景导入 多媒体播放十字路口红绿灯时摩托车、载重汽车减速停止与加速 启动的画面 . 图 4-2-1 通过以上画面我们可以看出,摩托车启动很快, 而载重汽车启动 很慢,这是为什么呢? 复习导入 复习提问:物体运动状态的改变是指哪个物理量的改变?标志物 体运动状态变化快慢的物理量是什么? 回答:物体运动状态的改变是指速度的改变,加速度是反映物体 运动状态变化快慢的物理量. 通过上一节学习, 我们知道:物体的质量越大,物体的运动状态 越难改变;物体的质量越小,物体的运动
4、状态较易改变.请同学们根 据上节所学知识及日常见闻实例猜测一下:加速度的大小与哪些物理 量有关? 学生猜想:加速度的大小与物体的受力、质量有关. 推进新课 既然物体的加速度与物体的质量和它受到的力有关,到底存在怎 样的关系,请同学们讨论一下, 通过什么实例可定性地说明它们之间 的关系 . 学生讨论后回答: 1.质量大的物体加速度小 .如:并驾齐驱的大货车与小汽车在相同 的制动力下,小汽车停下来用的时间少. 2.受力大的物体加速度大 .如:赛车和普通小汽车质量相近, 但赛 车安装了强大的发动机,牵引力大,提速很快. 点评:通过类似的实例使学生获得感性认识,为下一步定量研究 作好铺垫 .下面我们来
5、定量探究一下这三个量之间的关系. 加速度的大小与物体的受力和物体的质量有关,那么我们应用什 么方法来研究加速度的大小与物体的受力和物体的质量之间的定量 关系呢? 学生思考后回答: 可以先研究加速度与物体受力的关系,再研究 加速度与物体的质量的关系. 教师总结: 当研究三个物理量之间的关系时,先要保持某个量不 变,研究另外两个量之间的关系,再保持另一个量不变时,研究其余 两个量之间的关系,然后综合起来得出结论.这种研究问题的方法叫 控制变量法,是物理学中研究和处理问题时经常用到的方法. 下面通过控制变量法研究一下加速度与物体受力和质量的关系. 一、加速度与力的关系 让学生阅读课本,明确以下两个方
6、面内容: 1.实验的基本思路:保持物体的质量不变,测量不同力下的加速 度,分析加速度与力的关系. 2.实验数据的分析:根据定性分析判断结果:力越大,加速度越 大,猜测 aF,F n. (1)设计表格,如: 次数 项目 1 2 3 4 5 6 F/N a/ (ms -2) (2)建立坐标系如图 4-2-2: 图 4-2-2 (3)描点 (4)连线 通过得到的图线,分析 a 与 F 的关系.实验发现 a-F 图象是一条过 原点的直线 .改变小车的质量重复上面步骤,看得出的图象有什么不 同. 二、加速度与质量的关系 让学生阅读课本,明确以下两个方面的内容: 1.实验的基本思路:保持物体受力不变,测量
7、不同质量下的加速 度,分析加速度与质量的关系. 2.实验数据的分析:根据定性分析判断结果:质量越大,加速度 越小,猜测 a m 1 , n m 1 (1)设计表格,如: 次 数 项 目 1 2 3 4 5 6 a/m s-2 m/k g m 1 / kg-1 n m 1 /kg-n (2)建立坐标系如图4-2-3:a- m 1 或 a- n m 1 图 4-2-3 (3)描点 (4)连线 得到图线分析,分析a与 m 的关系 . 为了增强学生做实验的目的性,引导学生分析以下内容: 这个实验需要测量的物理量有三个: 物体的速度、物体所受的力、 物体的质量 .质量可用天平测量,本实验要解决的主要问题
8、是怎样测 量加速度和怎样提供与测量物体受到的力. 三、制定实验方案时的两个问题 图 4-2-4 1.怎样测量(或比较)物体的加速度,你能想到哪些方法?让学 生思考后回答: 用如图 4-2-4所示的装置:在一端有滑轮的长木板上, 放一小车,通过细绳另一端的钩码拉小车. (1)让物体做初速度为零的匀加速直线运动,用刻度尺测量物 体运动的位移,用秒表测量出运动的时间,由x= 2 1 at 2 公式算出 . (2)让物体做初速度为零的匀加速直线运动.在运动物体后安装 一条通过打点计时器的纸带,根据纸带上打出的点来测量加速度. (3)直接用加速度计测量 . 总结:这些方法的共同特点是直接测出了加速度的大
9、小,我们要 探究的是加速度与其他量之间的比例关系,如果不直接测出加速度, 我们能否找出加速度和质量之间的定量关系呢? 学生思考后回答: 如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动在相同时间内发 生的位移 x1、x2,位移之比就是加速度之比. 2 1 2 1 x x a a 如果测出两个初速度为零的匀加速直线运动物体在相同位移 内所用时间 t1、t2,时间比的平方就是加速度之比的倒数. 2 1 2 2 2 1 t t a a 2.怎样提供和测量物体所受的恒力. 现实中,除了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.然而,一个单独的力的作用效果与跟它 大小、方向都相同的合
10、力的作用效果是相同的,因此,实验中力 F 的 含义可以是物体所受的合力.那么,如何为一个运动的物体提供一个 恒定的合力?如何测出这个合力呢? 交流讨论: 用前边测加速度的器材, 使物体做匀加速运动的力就 是物体的合力,这个合力就等于钩码的重力.通过改变钩码的个数就 可以改变物体所受的合力, 通过测量钩码的重力就可测得物体所受的 合力. 注意事项: (1)在钩码质量远小于小车质量的条件下,钩码的重力大小才 近似等于小车所受合力 .(至于为什么,以后再讨论) (2)小车在运动时还受到木板对它的滑动摩擦力,那么我们如 何减小滑动摩擦力,使物体所受的合力尽可能接近钩码的重力? 学生交流讨论,大胆设想,
11、并小组总结. 结论: (1)换用接触面光滑的木板 . (2)平衡滑动摩擦力 .方法:将木板一端垫高,让小车从木板上 能匀速滑动 . 根据上面讨论的内容选定自己的实验方案进行实验,记录实验数 据. 学生进行分组实验,教师巡回指导. 四、怎样由实验结果得出结论 学生分组实验结束后, 利用前面的方法处理实验数据,分析得出 实验结论,让小组代表发言. 教师对各小组学生的实验方案、数据处理方法、 实验结论等情况 进行评价,让学生明确,只要设计方案合理,亲身体验探究过程,至 于能否得出正确结果并不多么重要. 课堂训练 1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,为了研究抛体 运动的加速度是否与物体的质量
12、成反比,常常作出_图象. 解析:物体运动的加速度a 与物体的质量m 是成反比的关系, 因此 a-m 图象是一条双曲线,而 m a 1 图象是一条直线,作出a-m 图 象,不易判断加速度跟质量的反比关系;而作出 m a 1 图象则容易判 断加速度跟质量的反比关系. 答案: m a 1 2.在做“验证牛顿第二定律”的实验时,计算出各纸带的加速度 后,将测得的反映加速度a 和力 F 关系的有关资料记录在表1 中.将 测得的反映加速度a和质量 M 关系的资料列在表2 中. 表 1 a/(ms -2) 1.984.065.958.12 F/N1.002.003.004.00 表 2 a/(ms -2)
13、2.042.663.233.98 kgM / 1 0.500.670.801.00 (1)根据表中所列数据,分别画出a-F 图象和 M a 1 图象. (2)从图象可以判定:当M 一定时, a与 F 的关系为 _; 当 F 一定时 ,a 与 M 的关系为 _. (3)由 aF 图象可知, M=_. (4)由 M a 1 图象可知, F=_. 答案: (1)a-F图象和 M a 1 图象分别如图 4-2-5 甲、乙所示( 2) 正比关系反比关系( 3)0.50 kg(4)4.02 N 图 4-2-5 重点归纳:通过本题可以看出,物体的加速度跟合外力成正比, 跟物体的质量成反比 . 课堂小结 本节
14、课以实验为依据,采用控制变量法进行研究.根据已掌握的 物理知识自行设计实验方案、 探索物理规律是物理学研究的重要方法. 其基本思路是: 提出问题猜想(作出假设)进行实验(收集数据)数据分 析得出结论反复验证得出定律. 布置作业 设计一种方案,测量自行车启动时的平均加速度. 板书设计 2 实验:探究加速度与力、质量的关系 一、加速度与力的关系 1.实验思路:保持质量不变,探究a与 F 的关系 2.数据分析 二、加速度与质量的关系 1.实验思路:保持受力不变,探究a与 M 的关系 2.数据分析 三、制定实验方案时的两个问题 1.怎样测量(或比较)物体的加速度 2.怎样提供和测量物体所受的恒力 四、
15、怎样由实验得出结论 活动与探究 课题:物理实验中有关“控制变量法”应用实例 内容:分组讨论,到目前为止,我们在物理实验中有哪些运用了 控制变量法,回忆实验过程,总结共同点.找出一个实验亲自操作并 写出实验报告 . 设计点评 本节课先通过多媒体展示的画面或通过复习前面的旧知识提出 问题,然后通过实例大胆猜测(或作出假设),再通过实验搜集实验 数据,利用图象通过对数据分析,得出结论来验证假设,最后反复验 证得出定律 .让学生深刻体会了探究实验的模式,培养了学生实事求 是的科学态度, 乐于探究自然界的奥秘, 深刻体验科学家探索自然规 律的艰辛与喜悦 .同时本节实验中的控制变量法是物理学研究问题的 重要方法,本节课也让学生亲自设计实验方案、亲自动手操作,培养 了学生的实验能力、动手能力.