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1、实验：探究加速度与力、质量的关系【教材分析】本节选自人教版高中物理教材第四章第2节实验：探究加速度与力、质量的关系， 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。教材中实验的基本思路是采用控制变量法。本实验要测量的物 理量有质量、加速度和外力。测量质量用天平，需要研究的是怎样测量加速度和外力。(1) 测量加速度的方案：方法1：小车做初速度为0的匀加速直线运动，直接测量 小车移动的位移x和发生这段位移所用的时间t，a=2x/t2计算出加速度a。 方法2：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出的点来测量加速度。 方法3：让两个做
2、初速度为0的匀加速直线运动的物体的运动时间t相等，那么由 a=2x/t2可知，它们的位移之比就等于加速度之比。(2) 提供并且测量物体所受的外力的方案：由于我们上述测量加速度的方案只能适用 于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力。但 测力有一定困难，还需平衡摩擦，教材的参考案例提供的外力比较容易测量。【教学目 标与核心 素养】一、教学目标1. 学会通过实验探究物体加速度与力、质量的关系2. 在实验中掌握打点计时器的用法3对自己的实验结果进行归纳分析二、核心素养物理观念：在处理实验问题时建立采用控制变量的方法对a、F、m三个物理量间的数 量关系进行定量研究和根
3、据实验数据，归纳、推理实验结论定量分析的物理观念。科学思维：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科学探究：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 何平衡摩擦阻力、减少系统误差的操作方法。科学态度与责任：通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度；学会与 他人合作、交流，具有团队意识和团队精神。【教学重点】1. 控制变量法的使用2. 如何提出实验方案，并使实验方案合理可行3. 实验数据的分析和处理【教学难点】1. 控制变量法的使用2. 误差来源分析【教学过程】教学环节教师活动学生活动设计意图导入知识回顾学生回为了新课1 牛顿第一定律的内容是什么？
4、答：1.牛顿说明加速教师总结并强调：一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状第一定律的度与力、态，除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。内容和惯性质量之间2惯性与质量的关系是什么？与质量的关的定量关教师总结并强调：系系做铺质量是惯性大小的唯一量度，质量越大惯性越大。垫，明白可见力是改变物体运动状态的原因，质量大的物体运动状态不本节所要容易改变。所以加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。研究的内下面我们通过实验分别从两方面来探究加速度与力、质量之间容。的定量关系：加速度与力的关系；加速度与质量的关系。讲一、实验：探究加速度与力、质量的关系学生阅锻炼授新1.实验目的：定量分析a、F、m的关系。读
5、课文说出学生的自课2.实验方法：控制变量法实验目的、主学习能例如：在研究某个物理量y与另外两变量X、x2的关系时，先实验思路、力。固定一个变量x2 不变，研究y与另一个变量X之间的定量关系；实验方法。对加然后再固定变量x不变，研究y与x2之间的关系。学生观速度、力3.实验思路看动画和质量之将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽阅读课间的关系码的牵引下运动。文理解掌握有一个定出示图片实验中需要性了解(1)加速度与力的关系测量哪些物为下保持物体的质量不变，测量不同力下的加速度，分析加速度与理量面实验的力的关系。阅读课顺利进行(2)加速度与质量的关系文掌握加速做铺垫保持物体受力不变，
6、测量不同质量下的加速度，分析加速度与度的测量的锻炼质量的关系。方法学生的观出示动画：探究加速度与力、质量的关系观察图察理解能4.物理量的测量片在理解的力本实验需要测量的物理量有三个：物体的质量m、物体所受的基础上说出锻炼作用力F和物体运动的加速度a。实验器材学生的动(1)质量的测量根据实手操作能质量可以用天平测量。为了改变小车的质量，可以在小车中增验步骤进行力减砝码的数量。实验操作掌握(2)加速度的测量学生思平衡摩擦方法1：小车做初速度为0的匀加速直线运动，直接测量小考讨论：怎力的方法车移动的位移x和发生这段位移所用的时间t，a=2x/t2计算出加速样平衡小车锻炼度a。的摩擦力？学生的处方法2
7、：将打点计时器的纸带连在小车上，根据纸带上打出学生记理数据的的点来测量加速度。录实验数据能力和归方法3：让两个做初速度为0的匀加速直线运动的物体的运作图并总结纳总结能动时间t相等，那么由a=2x/t2可知，它们的位移之比就等于加速实验结论力。度之比，即：学生记锻炼xa忆注意事项学生的记2 2观察图忆能力掌这样，测量加速度就转换成测量位移了。(2)力的测量片在理解的握实验中现实中，仅受一个力作用的物体几乎不存在，所以实验中作用基础上说出的细节力F的含义是物体所受的合力。实验器材锻炼那么，如何测小车所受合外力F合根据实学生的观我们通过下面具体实验来说明。验步骤进行察理解能二、实验设计实验操作力实验
8、设计1：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系学生记锻炼录实验数据学生的动1.实验器材：小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平。作图并总结手操作能嘶冬电源插头实验结论力阅读课锻炼文理解学生的处A 1控制变理数据的量的意思能力和归2.实验步骤(1) 用天平测出小车的质量；(2) 按图装好实验器材，平衡摩擦力。(3) 控制小车质量不变，用细线将钩码与小车相连，打开打 点计时器，释放小车，测出一组数据。(4) 保持小车上的砝码个数不变，改变钩码质量，并测量得 F (钩码质量远小于小车质量)，多测几组数据。注意：只有在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于 钩码
9、的重力。(5) 控制钩码质量不变，改变小车质量，再测几组数据填入 表中。(6) 分析每条纸带，测量并计算出加速度的值；(7) 作aF关系图象，并由图象确定aF关系。思考讨论：怎样平衡小车的摩擦力？在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木板，反复移动 薄木板的位置，直至小车在斜面上运动时以保持匀速运动状态，这 样小车所受合力为零，平衡了小车的摩擦力。学生练纳总结能力。锻炼 学生自主 学习的能 力巩固 本节知识小车受到的摩擦力恰好与小车所受的重力在斜面方向上的分力 平衡。4.进行实验表1：小车质量一定拉力F0.100.200.300.400.50加速度a0.150.310.430.590.76思
10、考：如何更直观地处理数据？以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系。根据各组实验数据在坐标纸上描点，观察图像。o/ni 中O.My0.70.6150.403U.2黑/阳00+104(L6这些点在 条过原点的直线附近，说明加速度a与拉力F成正 比。表2：小车所受的拉力一定质量 0.4000.5000.7501.0001.200m加速0.8610.6920.4700.3520.290度a质量2.502.001.331.000.83|m在相同拉力作用下，质量m越大，加速度a越小。tfl/nrs310.8 0,20 3*0(151L5我们很难直观看出图线是否为双曲线，那么，怎样判断a与m 成不成反比呢？
11、如果a-m图像是双曲线，a与m成反比，也就是a与1/m成 正比。LIh4毗丄0 m0123如图的图线为过原点的直线，所以在相同拉力作用下a与1/m 成正比，即：a与m成反比注意事项1. 实验中应先接通电源后释放小车.2. 在平衡摩擦力时不要悬挂任何物体。3. 改变钩码的质量过程中，要始终保证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。4. 作图时应使所作的直线通过尽可能多的点，不在直线上的 点也要尽可能的分布在直线的两侧，但若遇到个别偏离较远的点可 舍去。实验设计2：通过位移之比测量加速度之比1. 实验器材：两辆相同的小车、一端带滑轮的长木板、细 线、小盘、夹子、不同的重物。出示图
12、片2. 实验步骤(1) 将两辆相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细 线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可以放不同的重 物。(2) 把木板一端垫高，平衡摩擦力。(3) 控制小车质量不变，在两个小盘中放不同的重物，两小 车后端各系一条细线，用夹子控制小车的动与停。(4) 用刻度尺测出两小车移动的位移、x2。由于两小车运 动时间t相同，从它们的位移之比就可以得出加速度之比。小车的质量。(6)作x2/X与F2/F关系图象，并由图象确定它们的关系。次数小车1小车2比值F1/Nx1/cmF?/Nx2/cmF /F 鼻1且219. 0028. 8014. 0045. 000. 6429. 002
13、3. 2019. 0050. 500. 47314. 0029. 9024. 0052. 200. 58414. 0023. 4029. 0051. 200. 48小车质量一定2644657Xi /Xi(f.5(H40.20.1 x卄ZF汀叭0C.20.40.6O.实验结论：当小车的质量不变时，小车的加速度与拉力的关系 是：在误差允许的范围内，小车的加速度与拉力成正比；同理通过 实验也可得出：在相同拉力作用卜a与1/m成正比，即：a与m成 反比。科学方法：控制变量控制变量的方法是指在研究和解决问题的过程中，对影响事物 变化规律的独立因素加以人为控制，使其中只有一个因素按照特定 的要求发生变化，而其他因素保持不变，以利于寻找事物发展变化 的规律的方法。本节在探究加速度与力、质量之间的关系时，就采用了控制变 量的方法，它是科学研究中常用的一种方法。课堂练习1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，备有下列 器材：A.电火花计时器；B.天平；C.停表；D.交流
