《實驗：探究加速度與力、質量的關系》教案(總6頁)

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1、實驗：探究加速度與力、質量的關系 一、教材分析： 新課標較原有的教學大綱更注重對學生動手能力、探索能力、自己總結觀察現(xiàn)象的能力的培養(yǎng)，以本節(jié)課為例，以前是驗證牛頓第二定律，注重的是知識的再現(xiàn)，而現(xiàn)在變?yōu)樘骄?，注重的是問題的提出與發(fā)現(xiàn)。本節(jié)課以實驗的形式出現(xiàn)，不僅鍛煉學生的動手能力，更重要的是如何設計實驗，如何提出問題，以及如何操作，如何進行數(shù)據(jù)處理，分析并得出實驗結果，這些才是現(xiàn)代中學生最應該掌握的方法和技巧。至于學生自己設計的方案不管是否符合要求，不管實驗后能否得出正確的結論，都要加以鼓勵，因為學生在設計和實際操作中的親身體驗才是最重要的。 二、三維目標： 1．知識與技能

2、1)理解物體運動狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關，也與質量有關． 2)通過實驗探究加速度與力和質量的定量關系． 3)培養(yǎng)學生動手操作能力． 2．過程與方法 1)指導學生半定量的探究加速度和力、物體質量的關系，知道用控制變量法進行實驗． 2)學生自己設計實驗，自己根據(jù)自己的實驗設計進行實驗． 3)對實驗數(shù)據(jù)進行處理，看一下實驗結果能驗證什么問題． 3．情感態(tài)度與價值觀 1．通過探究實驗，培養(yǎng)實事求是、尊重客觀規(guī)律的科學態(tài)度． 2．通過實驗探究激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)新精神． 3．培養(yǎng)與人合作的團隊精神． 三、教學重點、

3、難點： 1．教學重點 1)控制變量法的使用． 2)如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行． 3)實驗數(shù)據(jù)的分析與處理． 2．教學難點 1)如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行． 2)實驗數(shù)據(jù)的分析與處理． 四、教學方法：探究、講授、討論、練習 五、教學用具： 多媒體課件，小軋一端帶滑輪長木板、帶小鉤或小盤的細線兩條；鉤碼(規(guī)格：10 g＼20 g，用作牽引小車的力)；砝碼(規(guī)格：50g＼100 g＼200g，用來改變小車的質量)；刻度尺、計算器，鉛筆；文件夾；粗線繩(用來牽引小車)．打點計時器、學生電源、紙帶、氣墊導軌、微機輔助

4、實驗系統(tǒng)一套． 六、課時安排：新授課（1課時） 七、教學過程： 1．[新課導入] 利用多媒體投影圖4—2—1； 分組定性討論： 組1：物體質量一定，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果． 組1生：當物體質量一定時，物體的加速度應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：當力大小相同時，物體質量越大，運動狀態(tài)越難以改變，所以質量越大，加速度越?。? 師：物體運動狀態(tài)改變快慢取決于哪些因素?定性關系如何? 生l：應該與物體的質量和物體所受的力

5、有關系．力越大，加速度越大；質量越大，加速度越小． 生2：這里指的力應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：剛才進行多媒體演示時一次是固定力不變，一次是固定質量不變，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到過這種方法？ 生1：在初中我們在探究物體的密度與質量、體積之間的關系時． 生2：在研究電流與電壓、電阻的關系時． 師：好，我們這節(jié)課就用這種方法進行探究加速度和力、質量之間的關系． 2．[新課教學] (A)加速度與力的關系

6、師：設計一個實驗，保持物體的質量不變，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系．大家分組討論并且每組設計一個實驗方案，并說明實驗的原理． 分組討論： 組l生1：我們是根據(jù)課本上的參考案例設計實驗的(在投影儀上展示實驗裝置如圖4—2—2)． 組1生2：我們設計實驗的實驗原理如下；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，所以小車應該做勻加速直線運動．根據(jù)初速度為零的勻加速直線運動的位移公式x＝at2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

7、生1：我們設計的方法和組1的差不多，我們是用了一輛小車，小車后面連接一紙帶，用打點計時器記錄小車的運動情況，根據(jù)所打的點計算小車的加速度，然后再看所受的力和加速度的關系． 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，當小車沒有拉力時讓它在木板上勻速運動． 師：這個同學的想法很好，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的同學代表發(fā)言． 組3生1：前面兩組的同學設計實驗時都是物體的初速度為零，我們可以利用氣墊導軌設計一個更為一般的方法，讓導軌傾斜不同的角度，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，

8、根據(jù)公式x＝可以求出加速度的大小，從而可以得到加速度和力的關系． 師：好的，在進行實驗之前還應該先設計自己的實驗表格來記錄一下自己的實驗數(shù)據(jù)．那么你是怎樣設計表格使你的實驗數(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動，兩車質量相同．表格設計如下： 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

9、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)自己設計的方案進行實驗，把數(shù)據(jù)填人設計的表格內． 學生進行實驗，老師巡回指導，幫助實力較弱的小組完成實驗 師：現(xiàn)在請各小組簡要進行一下實驗報告． 組1生1：我們根據(jù)課本上的參考案例進行了實驗，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系，即可得出加速度和受力的關系． 師：實驗數(shù)據(jù)是怎樣進行處理的呢？ 組1

10、生2：我用的是位移和對應力的比值． 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)和力的關系．關系圖表如圖4—2—3所示；可得在研究物體質量不變的情況下，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：我們用氣墊導軌作出的加速度和所受力的關系圖象，實驗結論是圖象非常接近一條過原點的直線． 師：大家做得都非常好，那么你們在實驗中遇到的困難是什么呢?能不能想出辦法來克服？ 組1生：當拉小車的砝碼的質量較大時，繩子容易打滑，從而影響了位移的測量．我們用松香涂

11、抹在繩子上，效果不錯． 組2生：我們在做實驗時發(fā)現(xiàn)了這樣一個問題，即當砝碼的質量和小車的質量差不多時，a—F圖象不能再是一條直線，而是發(fā)生了彎曲． 師：這組同學的問題非常好，實際上砝碼和盤的重力并不嚴格等于小車受到的拉力，簡單證明如下：設砝碼及盤的質量為m，小車的質量為M，則分別對它們進行受力分析，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動，而實際上砝碼及盤實際的運動應該是做加速運動，所以說重力和拉力并不相等，而是應該重力大于拉力，而我們在實驗中認為二者相等，所以實驗的誤差有一部分來源于此．控制的方法就是盡可能

12、地使砝碼和盤的質量遠小于小車及砝碼的質量，具體的分析方法我們將在下一節(jié)學到． 組3生：雖然用氣墊導軌做實驗結果比較精確，但實驗數(shù)據(jù)處理比較復雜． 師：我們可以用計算機進行數(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)處理軟件處理實驗中得到的數(shù)據(jù)． 師：以上我們是通過控制物體的質量不變來探究物體的加速度與物體所受力之間的關系，下面同學們繼續(xù)做實驗，通過控制物體所受的力不變來探究物體的加速度和質量的關系． (B)加速度與質量的關系 學生進行實驗，老師巡回指導，幫助實力較弱的小組實現(xiàn)實驗 由于和以上的實驗方法非常類似，所以可以直接讓學生得出結論． 師：大家得出的結論是

13、什么？ 生：物體加速度在物體受力不變時，和物體的質量成反比． 師：這時候我們應該怎樣通過圖象來驗證問題呢？ 生：我們如果作a—M圖象則圖象是曲線，我們可以作a— 圖象來解決這個問題，物體的加速度和質量成反比，所以a— 圖象應該是一條過原點的直線． (C)由實驗結果得出的結論 師：通過大家的實驗，排除誤差的影響，大家討論總結一下加速度和物體所受的力以及物體質量之間的關系． 分組討論： 生1：我們可以得出這樣的結論：物體的加速度和物體所受的力成正比，和物體的質量成反比． 生2：應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，加速度的方向應該和物體所受力的方向

14、相同． 師：(總結)大家的發(fā)言非常好，那么我們得出的結論是不是一個定理性的結論呢?僅靠少量的實驗是不行的，應該通過更為精確的實驗和更多次的實驗進行證明，不過我們大家在現(xiàn)有水平下能夠得出這個結論是非常了不起的，這是我們下節(jié)課要學的牛頓第二定律的內容． 八、課堂訓練： 1．在水平路面上，一個大人推一輛重車，一個小孩推一輛輕車，各自做勻加速運動(阻力不計)．甲、乙兩同學在一起議論，甲同學說：大人推力大，小孩推力小，因此重車的加速度大．乙同學說，重車質量大，輕車質量小，因此輕車的加速度大．你認為他們的說法是否正確？請簡述理由． 答：甲、乙兩同學的結論和理由都不全面和充分，物體的加速度決定于物體

15、所受的合外力和物體的質量．大人的推力雖然大，但車的質量也大，因此重車的加速度也不一定就大．小車的質量小，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，必須看各自的質量和合外力． 2．在做“驗證牛頓第二定律”的實驗時，計算出各紙帶的加速度后，將測得的反映加速度a和力F關系的有關資料記錄在表1中．將測得的反映加速度a和質量M關系的資料列在表2中． 表1 a/(ms-2) 1.98 4.06 5.95 8.12 F/N 1.00 2.00 3.00 4.00 表2 a/(ms-2) 2.04 2.66 3.23 3.98 0.

16、50 0.67 0.80 1.00 (1)根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)，分別畫出a—F圖象和a—圖象． (2)從圖象可以判定：當M一定時，a與F的關系為______；當F一定時,a與M的關系為______． (3)由a—F圖象可知，M＝_______． (4)由a—圖象可知，F(xiàn)＝_______． 答案：(1)a—F圖象和a—圖象分別如圖4—2—4甲、乙所示； (2)正比關系 反比關系； (3)0.50 kg； (4)4.02 N． 圖4—2—4 九、課堂小結： 本節(jié)我們學習了： 1．力是物體產(chǎn)生加速度的原因． 2．高中第一次接觸控制變量法．用控制變量法探究物體的加速度與合外力、質量的關系；設計實驗的方法． 3．物體的質量一定時，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．實驗數(shù)據(jù)的處理方法． 十、作業(yè)： 1．完成實驗報告． 2．設計一種方案，測量自行車啟動時的平均加速度 十一、板書設計: 與加速度有關的因素 1．物體受的合外力 2．物體的質量 實驗方法 控制變量法 實驗過程與結論 物體的質量一定時，合外力越大，物體的加速度也越大 合外力一定時，物體的質量越大，其加速度越小