4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系教案

4.2实验：探究加速度与力、质量的关系〖教材分析〗牛顿第一定律告诉我们力是产生加速度的原因。而运动状态的改变难易又与其自身的质量有关，因此本节探究加速度与力、质量的关系。由于是探究他们的比例关系，在数据处理这里学生会存在很大的困难，所以教师要充分的讲解数据处理的一般原则。实验操作上，使用打点计数器还是比较简单的，就是测量他所受的合力上会有些不理解，平时都是在书本上进行受力分析求合力，现在是真正的实物，所以教师要做好充分的演示讲解和平衡摩擦力等。〖教学目标与核心素养〗物理观念：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。科学思维：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。科学探究：体通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。科学态度与责任：通过探究激发学生的求知欲和创新精神。〖教学重点与难点〗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、实验数据的分析与处理。难点：1、如何提出实验方案并使实验方案合理可行。2、实验数据的分析与处理。〖教学方法〗教师启发引导与探究法相结合，并辅以问题法、演示法、归纳法等。〖教学准备〗小车、打点计时器、电源、纸带、复写纸、一端带有滑轮的长木板、砝码盘、托盘天平、砝码、架子、刻度尺、多媒体课件等。〖教学过程〗一、新课引入 由牛顿第一定律，我们知道力是产生加速度的原因，惯性只与质量有关，质量越大惯性越难改变。这分别是加速度与力的关系和加速度与质量的关系。这说明，加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。下面我们来探究加速度与力、质量之间的定量关系。教学设计说明：直接应用课本的问题情景导入，有图有真相。二、新课教学（一）实验思路问题提出1、你认为应该如何完成这个探究实验？2、比如，研究什么物体？3、如何测量该物体受到的力？4、如何测量该物体的加速度？5、怎样分析数据？请说出你的设计思路并和同学们讨论确定实验探究方案。1、实验目的：主要有两个加速度a与力F的关系，加速度a与质量m的关系，使用控制变量法来进行研究。2、实验设计：需要测量的物理量有a、F、m。分别主要通过天平、打点计时器、力的的合成来测得。3、进行实验4、利用表格分析数据。用图所示的装置可以完成这个探究实验。将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。1、加速度a与力F的关系生活经验：用大的力推物体，物体会获得大的加速度；而用小的力推相同的物体，物体会获得小的加速度。 问题：加速度和力之间存在什么样的关系呢？通过多媒体课件动图展示：拉力不同的情况下小车的运动情况。保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。小车所受的拉力可认为与槽码所受的重力相等。测得不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的变化情况，找出二者之间的定量关系。2、加速度a与力m的关系生活经验：用力推质量大的物体，物体会获得小的加速度；而用相同的力推质量小的物体，物体会获得大的加速度。问题：加速度可能与质量成反比?通过多媒体课件动图展示：质量不同的情况下小车的运动情况。保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。测得不同质量的小车在这个拉力下运动的加速度，分析加速度与质量的变化情况，找出二者之间的定量关系。（二）物理量的测量1、质量的测量实验室主要是使用天平，而小车的质量的改变主要是通过增减砝码来改变的。2、加速度的测量有三个方法，方法1，小车做初速度为0的匀加速直线运动。则测量小车加速度最直接的办法就是用刻度尺测量小车移动的位移x。并用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由位移公式求出加速度a。方法2，运用第一章学习过的打点计时器器来测量。我们实验室也是经常采用这种方法。方法3，让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动。与方法1类似，只不过它不用测得具体数值，只需要得出位移与加速度的比值即可，测量加速度就转换成测量位移了。三种方法看情况来选择做，1和2是可以结合起来用的，打点计时器连着纸带就是可以用来测量位移和时间的，所以1、2都是一起用的。3、力的测量 孤力物体是不存在的，所以实验中的F是合力。受力分析发现小车的受力还是比较多的，所以我们不能单单只看一个，而是求他们的合力出来。下面看两个案例。参考案例1、用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系把木板的一侧垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动。如图所示受力分析，调整角度另重力的分力等于阻力，这样其它力平衡掉以后，相当于小车只受拉力T，而拉力T等于砝码的重力。这样通过改变槽码的个数可以成倍地改变小车所受的拉力，与此相对应，处理纸带。保持小车受的拉力不变，通过增减小车中的重物改变小车的质量。处理纸带。最后结合加速度测量的方法1、2求得加速度。参考案例2、通过位移之比测量加速度之比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。把木板一端垫高，参考案例1的方法补偿阻力的影响。两小车后端各系一条细线，用一个物体，例如黑板擦，把两条细线同时按压在木板上(图4.2-3)。抬起黑板擦，两小车同时开始运动，按下黑板擦，两小车同时停下来。用刻度尺测出两小车移动的位移x、X。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。在盘中重物相同的情况下，通过增减小车中的重物改变小车的质量。运用方法3求得加速度与位移之比。（三）进行实验1、加速度a与力F的关系以案例1为实验，进行设计表格，通过改变槽码的个数可以成倍地改变小车所受的拉力，把测得的加速度填表。 2、加速度a与质量m的关系以案例1为实验，设计表格，通过增减小车中的重物改变小车的质量，把测得的加速度填表。（四）数据分析列表格之后就是建坐标，之后描点连线。为了更直观地判断加速度a与拉力F的定量关系，我们以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。如果这些点在一条过原点的直线说明加速度a与拉力F成正比。如果不是再进行分析。结论：加速度a与力F成正比、与质量m成反比。科学方法：控制变量（阅读）〖板书设计〗4.2实验：探究加速度与力、质量的关系一、实验思路用控制变量法探究加速度a与力F的关系和加速度a与质量m的关系。二、物理量的测量：质量、加速度、力的测量三、实验注意：①把木板的一侧垫高，②小车能拖动纸带沿木板匀速运动，③小车的质量要远大于钩码的质量。〖教学反思〗 1、对于测量拉力这个比较难以理解，小车受力有多个，其它的力是没有使用到的，学生对此感到困惑。两个实验的对比分析，给予不同学生的学习需求。2、学生的动手能力一直以来都是难以逾越的坎，本实验在原来求加速度的基础上更进一步，在实验操作和分析能力上要求更高，课堂中学生出现的不确定因素也比较多，需要老师先做好课堂演示。