資源簡介

課題： §4.2實驗：探究加速度與力、質量的關系
教學目標 核心素養 【物理觀念】樹立相互作用觀念，通過實驗探究加速度與力和質量的定量關系；
【科學思維】讓學生感悟控制變量法、圖象法等科學研究方法的應用；
【科學探究】對實驗數據進行處理，看一下實驗結果能驗證什么問題；
【科學態度與責任】通過實驗，培養學生實事求是、尊重客觀規律的科學態度。
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．實驗數據的分析與處理．
教學難點 1．如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行．
2．實驗數據的分析與處理．
課 型 新授
教 法 預習法、實驗探究、討論法
教 學 過 程
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課前復習：1．力的概念：物體力是物體間的相互作用。2．力的作用效果是什么？如何改變物體的運動狀態呢？引入：牛頓第一定律定性揭示了力與運動的實質關系，力是改變物體運動狀態、產生加速度的原因，并指出一切物體都具有慣性，質量M 是慣性大小的唯一量度 。a與F M有什么樣的關系？生活中能不能找到答案？請看圖片結合生活中實例可以定性得出：請猜想加速度與力、質量的定量關系并利用提供的實驗器材證明自己的猜想觀察下圖 觀看圖片
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控制變量法可引導學生得出來。 F相同時，m越小，物體啟動越快，反之越慢。m相同時，F越大，物體啟動越快，反之越慢。一、設計實驗 1.方法：控制變量法2.探究m一定，a與F的關系保持小車質量不變，通過改變懸掛的重物質量，改變小車所受的拉力，測的不同拉力下小車運動的加速度，分析加速度與拉力的定量關系。2.探究F一定，a與m的關系保持小車所受的拉力不變，通過在小車上增加砝碼（或其它質量一定的重物）改變小車的質量，測的不同質量對應的加速度，分析加速度與質量的定量關系。二、物理量的測量與改變1.小車質量的測量與改變天平測量，在小車上增加砝碼（或其它質量一定的重物）改變小車的質量。2.加速度的測量方法1.讓小車拖動紙帶做初速度為0的勻加速直線運動，用刻度尺測量位移x，根據紙帶測出發生這段位移所用的時間t，然后用 求出a
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方法2. 通過打點計時器打出的紙帶，利用逐差法求出a.方法3.實驗驗證的是a與F、m的比例關系，并非是定量關系，所以不一定要測出a的具體值。論證：由于小車做的是初速度為零的勻變速直線運動，由 得： 所以可以采用對照組實驗，讓兩輛小車同時運動，同時停止，由可得，所發生的位移之比即是a之比。即： 拉力的測量①怎樣能保證在物體的運動方向只受恒力作用？平衡摩擦力。（此處重點利用力的分解法講清平衡摩擦力的原理）。②沙和沙桶的重力是否就是對小車的拉力？分析：當物體保持平衡時，這兩個力相等。可是這里小車是做勻加速直線運動，所以托盤與砝碼的重力大于繩子的拉力。如果加速度很小，我們可以近似認為它們相等。所以該實驗需要滿足一個條件：砝碼和托盤的質量m遠小于小車的質量M。這樣就確保加速度很小（一般要小于1m/s2）。三、實驗方案1.原理圖2.實驗器材小車、砝碼、沙和沙桶（天平）、細繩、紙帶、打點計時器（交流電源）、墊木、一段帶有定滑輪的長木板、毫米刻度尺。3.實驗步驟①用天平測出小車質量m，記錄下來②按照原理圖把實驗器材安裝好。（小車拖著紙帶，但不掛重物）③平衡摩擦力（補償阻力）④細繩繞過定滑輪，保持小車質量不變，測量a與F的關系記錄下各項數據。⑤保持拉力不變，改變小車質量，測量a與M的關系，記錄下各項數據。四、數據處理1. a與F的定量關系用逐差法分別求出不同拉力作用下的加速度，以a為縱坐標，F為橫坐標在坐標紙上建立直角坐標系，然后做出a-F圖像，若圖像是一條過原點的傾斜直線，則說明a與F成正比。2.a與M的定量關系用逐差法分別求出不同拉力作用下的加速度，以a為縱坐標，M為橫坐標在坐標紙上建立直角坐標系，然后做出a-M圖像，發現圖線是曲線，不易確定兩者關系，可以改成畫 圖像，如果圖線是一條過原點的傾斜直線，這說明a與M成反比。如右圖所示：五、實驗結論1.保持物體質量不變時，物體的加速度a與受到的拉力F成正比；2.保持拉力F不變時，物體的加速度a與物體的質量M成反比。綜合以上分析得出： m一定時，a∝F F一定時， 六、誤差分析：1．測量誤差： （1）質量的測量． （2）打點間隔距離的測量2．操作誤差： （1）拉線或紙帶不與木板平行． （2）傾斜角度不當，平衡摩擦力不準原理誤差：本實驗中用小桶和砝碼的總重力代替小車受到的拉力(實際上小車受到的拉力要小于小盤和砝碼的總重力)，存在系統誤差總結提升：為減小實驗誤差，可從以下幾個方面改進。用氣墊導軌替代長木板利用光電門測量加速度小結：一、實驗方法1、控制變量法2、平衡摩檫力的方法3、利用圖像處理數據法二、探究得到加速度與力、質量的關系：m一定時，a∝F F一定時， 作業：請利用氣墊導軌、光電門、力的傳感器等器材設計實驗，探究加速度與力、質量的關系，形成實驗報告。要求：1、明確實驗方法。2、明確需要測量哪幾個物理量？如何測量？3、制定詳細實驗步驟。 注意強調：平衡摩擦力時不需要掛小桶，但需要拉著紙帶一起運動。證明過程可以不介紹，直接給出結論：M》m時，T≈m0g，學習牛頓第二定律后再回過頭來證明。改進方法，可以從誤差產生的原因方面分析，由學生得出來較好些。
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