【2020秋備課】高中物理教案新人教版必修1-4.2-實(shí)驗(yàn)-探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

4.2試驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系教材分析

這是一節(jié)同學(xué)試驗(yàn)課，目的是為了讓同學(xué)體會(huì)物理探究過程中所用的科學(xué)方法。書中沒有給出確定的試驗(yàn)方案，要同學(xué)自己設(shè)計(jì)，但是給出了試驗(yàn)的基本思路：把握變量法。同學(xué)在學(xué)校已經(jīng)接觸過把握變量法，難度應(yīng)當(dāng)不大。二、教學(xué)目標(biāo)學(xué)問與技能1．理解物體運(yùn)動(dòng)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．通過試驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系．3．培育同學(xué)動(dòng)手操作力氣．過程與方法1．指導(dǎo)同學(xué)半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關(guān)系，知道用把握變量法進(jìn)行試驗(yàn)．2．同學(xué)自己設(shè)計(jì)試驗(yàn)，自己依據(jù)自己的試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)．3．對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，看一下試驗(yàn)結(jié)果能驗(yàn)證什么問題，情感態(tài)度與價(jià)值觀1．通過探究試驗(yàn)，培育實(shí)事求是、敬重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度．2．通過試驗(yàn)探究激發(fā)同學(xué)的求知欲和創(chuàng)新精神．培育與人合作的團(tuán)隊(duì)精神．三、教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1．把握變量法的使用．2．如何提出試驗(yàn)方案并使試驗(yàn)方案合理可行．3．試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理．教學(xué)難點(diǎn)1．如何提出試驗(yàn)方案并使試驗(yàn)方案合理可行．2．試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理．四、學(xué)情分析同學(xué)對(duì)把握變量法應(yīng)以把握，關(guān)鍵是試驗(yàn)設(shè)計(jì)，試驗(yàn)操作力氣不強(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、爭辯、練習(xí)六、課前預(yù)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“試驗(yàn)車”字樣），一端帶有滑輪的長木板（20個(gè)），一次性小塑料口杯及棉線套（20個(gè)，質(zhì)量可忽視），50g規(guī)格鉤碼10盒（每盒10個(gè)），托盤天平砝碼20盒，刻度尺（米尺），線繩若干，鐵文件夾10個(gè)，計(jì)算機(jī)和大屏幕投影系統(tǒng)一套，計(jì)算器。七、課時(shí)支配1課時(shí)八、教學(xué)過程（一）預(yù)習(xí)檢查、總結(jié)懷疑（二）情境導(dǎo)入、呈現(xiàn)目標(biāo)利用多媒體投影圖4—2—1；分組定性爭辯組I：物體質(zhì)量確定，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爭辯的結(jié)果．組1生：當(dāng)物體質(zhì)量確定時(shí)，物體的加速度應(yīng)當(dāng)隨著力的增大而增大．師：請組2的代表回答你們組爭辯的問題，組2生：當(dāng)力大小相同時(shí)，物體質(zhì)量越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難以轉(zhuǎn)變，所以質(zhì)量越大，加速度越?。畮煟何矬w運(yùn)動(dòng)狀態(tài)轉(zhuǎn)變快慢取決于哪些因素?定性關(guān)系如何?生l：應(yīng)當(dāng)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?。?：這里指的力應(yīng)當(dāng)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，不參與加速度的供應(yīng)．師：剛才進(jìn)行多媒體演示時(shí)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：便利我們的爭辯．師：這是爭辯多個(gè)變量之間關(guān)系的格外好的方法，我們把它稱作把握變量法．我們以前在什么地方學(xué)到過這種方法?生1：在學(xué)校我們在探究物體的密度與質(zhì)量、體積之間的關(guān)系時(shí)生2：在爭辯電流與電壓、電阻的關(guān)系時(shí)．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)學(xué)問與技能1．理解物體運(yùn)動(dòng)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．通過試驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系．3．培育同學(xué)動(dòng)手操作力氣．過程與方法1．指導(dǎo)同學(xué)半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關(guān)系，知道用把握變量法進(jìn)行試驗(yàn)．2．同學(xué)自己設(shè)計(jì)試驗(yàn)，自己依據(jù)自己的試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)．3．對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，看一下試驗(yàn)結(jié)果能驗(yàn)證什么問題，情感態(tài)度與價(jià)值觀1．通過探究試驗(yàn)，培育實(shí)事求是、敬重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度．2．通過試驗(yàn)探究激發(fā)同學(xué)的求知欲和創(chuàng)新精神．3.培育與人合作的團(tuán)隊(duì)精神．合作探究、精講點(diǎn)撥一、加速度與力的關(guān)系師：設(shè)計(jì)一個(gè)試驗(yàn)，保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在各個(gè)不同的力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系．大家分組爭辯并且每組設(shè)計(jì)一個(gè)試驗(yàn)方案，并說明試驗(yàn)的原理．分組爭辯組l生1：我們是依據(jù)課本上的參考案例設(shè)計(jì)試驗(yàn)的(在投影儀上呈現(xiàn)試驗(yàn)裝置如圖4—2—2)．組1生2：我們設(shè)計(jì)試驗(yàn)的試驗(yàn)原理如下；因·為兩個(gè)小車的初速度都為零，拉力大小不同，但對(duì)每個(gè)小車來說保持不變，所以小車應(yīng)當(dāng)做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．依據(jù)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)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，力的大小可以依據(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(jì)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(jì)時(shí)器記錄小車的運(yùn)動(dòng)狀況，依據(jù)所打的點(diǎn)計(jì)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：為了消退摩擦力的影響，我們在木板下面墊了一個(gè)小木塊，當(dāng)小車沒有拉力時(shí)讓它在木板上勻速運(yùn)動(dòng)．師：這個(gè)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(jì)試驗(yàn)時(shí)都是物體的初速度為零，我們可以利用氣墊導(dǎo)軌設(shè)計(jì)一個(gè)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(gè)光電門，記錄經(jīng)過光電門的速度和兩個(gè)光電門的距離，依據(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)行試驗(yàn)之前還應(yīng)當(dāng)先設(shè)計(jì)自己的試驗(yàn)表格來記錄一下自己的試驗(yàn)數(shù)據(jù)．那么你是怎樣設(shè)計(jì)表格使你的試驗(yàn)數(shù)據(jù)得以記錄的呢?生1：水平面長木板與小車，車后用繩把握小車運(yùn)動(dòng)，兩車質(zhì)量相同．表格設(shè)計(jì)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／cm12345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a212345師：好，現(xiàn)在大家就依據(jù)自己設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行試驗(yàn)，把數(shù)據(jù)填人設(shè)計(jì)的表格內(nèi)．同學(xué)進(jìn)行試驗(yàn)，老師巡回指導(dǎo)，掛念實(shí)力較弱的小組完成試驗(yàn)師：現(xiàn)在請各小組簡要進(jìn)行一下試驗(yàn)報(bào)告．組1生1：我們依據(jù)課本上的參考案例進(jìn)行了試驗(yàn)，由于已知小車的加速度和位移成正比，通過驗(yàn)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：試驗(yàn)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(duì)應(yīng)力的比值．組1生3：通過我們的爭辯，我們發(fā)覺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；可得在爭辯物體質(zhì)量不變的狀況下，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(jì)算出小車的加速度，通過作圖驗(yàn)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，試驗(yàn)結(jié)論是圖象格外接近一條過原點(diǎn)的直線．師：大家做得都格外好，那么你們在試驗(yàn)中遇到的困難是什么呢?能不能想出方法來克服?組1生：當(dāng)拉小車的砝碼的質(zhì)量較大時(shí)，繩子簡潔打滑，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(cuò)．組2生：我們在做試驗(yàn)時(shí)發(fā)覺了這樣一個(gè)問題，即當(dāng)砝碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量差不多時(shí)，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)的問題格外好，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，簡潔證明如下：設(shè)砝碼及盤的質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，則分別對(duì)它們進(jìn)行受力分析，對(duì)小車，受拉力和摩擦力，對(duì)砝碼和盤，受重力和拉力，那么它們之間的關(guān)系是什么呢?假如相等，依據(jù)物體受合力為零則物體做勻速運(yùn)動(dòng)，而實(shí)際上砝碼及盤實(shí)際的運(yùn)動(dòng)應(yīng)當(dāng)是做加速運(yùn)動(dòng)，所以說重力和拉力并不相等，而是應(yīng)當(dāng)重力大于拉力，而我們在試驗(yàn)中認(rèn)為二者相等，所以試驗(yàn)的誤差有一部分來源于此．把握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)軌做試驗(yàn)結(jié)果比較精確，但試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理比較簡潔．師：我們可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使數(shù)據(jù)處理變得簡潔化，大家在課下爭辯一下看如何用數(shù)據(jù)處理軟件處理試驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)．師：以上我們是通過把握物體的質(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)們連續(xù)做試驗(yàn)，通過把握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)系同學(xué)進(jìn)行試驗(yàn)，老師巡回指導(dǎo)，掛念實(shí)力較弱的小組實(shí)現(xiàn)試驗(yàn)由于和以上的試驗(yàn)方法格外類似，所以可以直接讓同學(xué)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(shí)，和物體的質(zhì)量成反比．師：這時(shí)候我們應(yīng)當(dāng)怎樣通過圖象來驗(yàn)證問題呢?生：我們假如作a—M圖象則圖象是曲線，我們可以作a—1／M圖象來解決這個(gè)問題，物體的加速度和質(zhì)量成反比，所以a—1／M圖象應(yīng)當(dāng)是一條過原點(diǎn)的直線．三、由試驗(yàn)結(jié)果得出的結(jié)論師：通過大家的試驗(yàn)，排解誤差的影響，大家爭辯總結(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．[分組爭辯]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)當(dāng)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)當(dāng)和物體所受力的方向相同．師：(總結(jié))大家的發(fā)言格外好，那么我們得出的結(jié)論是不是一個(gè)定理性的結(jié)論呢?僅靠少量的試驗(yàn)是不行的，應(yīng)當(dāng)通過更為精確的試驗(yàn)和更多次的試驗(yàn)進(jìn)行證明，不過我們大家在現(xiàn)有水平下能夠得出這個(gè)結(jié)論是格外了不起的，這是我們下節(jié)課要學(xué)的牛頓其次定律的內(nèi)容．反思總結(jié)、當(dāng)堂檢測在水平路面上，一個(gè)大人推一輛重車，一個(gè)小孩推一輛輕車，各自做勻加速運(yùn)動(dòng)(阻力不計(jì))．甲、乙兩同學(xué)在一起談?wù)?，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，物體的加速度打算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愿定就大．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愿定大．推斷誰的加速度大，必需看各自的質(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)生加速度的緣由．2．用把握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(jì)試驗(yàn)的方法．3．物體的質(zhì)量確定時(shí)，合外力越大，物體的加速度也越大；合外力確定時(shí)，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全都．4．試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法．九、板書設(shè)計(jì)

表格數(shù)據(jù)分析教學(xué)反思同學(xué)試驗(yàn)把握比較難，可能毀滅各種狀況，課前老師應(yīng)做好充分預(yù)備課前預(yù)習(xí)學(xué)案預(yù)習(xí)目標(biāo)試驗(yàn)?zāi)康?，試?yàn)思路，試驗(yàn)方案，試驗(yàn)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__________________，這就是牛頓第確定律．牛頓第確定律揭示了運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系：力不是_________的緣由，而是______________的緣由．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、提出懷疑課內(nèi)探究學(xué)案學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)問與技能1．理解物體運(yùn)動(dòng)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．通過試驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系．3．培育同學(xué)動(dòng)手操作力氣．過程與方法1．指導(dǎo)同學(xué)半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關(guān)系，知道用把握變量法進(jìn)行試驗(yàn)．2．同學(xué)自己設(shè)計(jì)試驗(yàn)，自己依據(jù)自己的試驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行試驗(yàn)．3．對(duì)試驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，看一下試驗(yàn)結(jié)果能驗(yàn)證什么問題，情感態(tài)度與價(jià)值觀1．通過探究試驗(yàn)，培育實(shí)事求是、敬重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度．2．通過試驗(yàn)探究激發(fā)同學(xué)的求知欲和創(chuàng)新精神．3.培育與人合作的團(tuán)隊(duì)精神．二、學(xué)習(xí)過程1、兩車質(zhì)量相同．表格設(shè)計(jì)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a2123452、某次試驗(yàn)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器溝通電的頻率為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(gè)點(diǎn)模糊,因此從A點(diǎn)開頭每打五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn),其中B、C、D、E點(diǎn)的對(duì)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？反思總結(jié)本節(jié)我們學(xué)習(xí)了：1．力是物體產(chǎn)生的緣由．2．用探究物體的加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系；設(shè)計(jì)試驗(yàn)的方法．3．物體的質(zhì)量確定時(shí)，越大，物體的也越大；合外力確定時(shí)，物體的越大，其越小，且合外力的方向與加速度的方向。4．試驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法．當(dāng)堂檢測1．外力是使物體產(chǎn)生_____________的緣由．物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生轉(zhuǎn)變時(shí)，物體確定具有___________，物體確定受到____________的作用．2．質(zhì)量確定時(shí)物體的加速度與它所受的外力成；外力確定時(shí)加速度與物體的質(zhì)量成。3．某兩個(gè)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》試驗(yàn)中，各得意到的圖象如圖4-2-6中甲和乙所示，則毀滅此種現(xiàn)象的緣由甲是，乙是．課后練習(xí)與提高1．在保持質(zhì)量不變時(shí)加速度與物體受力間關(guān)系的試驗(yàn)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、125gB