?人教版高中物理必修1教學(xué)設(shè)計(jì)

課題
實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
單元
4
學(xué)科
物理
年級(jí)
高一
教材分析
本節(jié)選自人教版高中物理教材第四章第2節(jié)《實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》牛頓第二定律是動(dòng)力學(xué)的核心規(guī)律，是本章重點(diǎn)和中心內(nèi)容，而探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系是學(xué)習(xí)下一節(jié)的牛頓第二定律有鋪墊作用。也是力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)中間重要橋梁的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。
實(shí)驗(yàn)中計(jì)算加速的是關(guān)鍵，其中計(jì)算加速度的方法有：
（1）測(cè)量加速度的方案：①方法1：小車做初速度為0 的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，直接測(cè)量小車移動(dòng)的位移x和發(fā)生這段位移所用的時(shí)間t，a=2x/t2 計(jì)算出加速度a。
②方法2： 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶連在小車上，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來測(cè)量加速度。
③方法3：讓兩個(gè)做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等，那么由 a=2x/t2可知，它們的位移之比就等于加速度之比，
（2）提供并且測(cè)量物體所受的外力的方案：由于我們上述測(cè)量加速度的方案只能適用于勻變速直線運(yùn)動(dòng)，所以我們必須給物體提供一個(gè)恒定的外力，并且要測(cè)量這個(gè)外力。但測(cè)力有一定困難，還需平衡摩擦，教材的參考案例提供的外力比較容易測(cè)量。
教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)
一、知識(shí)與技能
1. 學(xué)會(huì)通過實(shí)驗(yàn)探究物體加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的基本步驟和注意事項(xiàng)。
2. 在實(shí)驗(yàn)中掌握打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的用法。
3. 對(duì)自己的實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行合理的推測(cè)并歸納分析，得出結(jié)論。
二、過程與方法
（1）在處理實(shí)驗(yàn)問題時(shí)建立采用控制變量的方法對(duì)a、F、m三個(gè)物理量間的數(shù)量關(guān)系進(jìn)行定量研究和根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，歸納、推理實(shí)驗(yàn)結(jié)論定量分析的物理觀念。
（2）理解實(shí)驗(yàn)思路的合理性，以及用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性
三，情感態(tài)度價(jià)值觀
通過探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)事求是、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度；學(xué)會(huì)與他人合作、交流，具有團(tuán)隊(duì)意識(shí)和團(tuán)隊(duì)精神。
重點(diǎn)
1. 控制變量法的使用
2. 如何提出實(shí)驗(yàn)方案，并使實(shí)驗(yàn)方案合理可行
3. 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析和處理
難點(diǎn)
1. 控制變量法的使用
2. 誤差來源分析，并歸納注意事項(xiàng)

教學(xué)過程
教學(xué)環(huán)節(jié)
教師活動(dòng)
學(xué)生活動(dòng)
設(shè)計(jì)意圖
導(dǎo)入新課
知識(shí)回顧
咱們第一和二章學(xué)習(xí)了運(yùn)動(dòng)，第三章學(xué)習(xí)了力學(xué)，那這第四章是運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系。那么運(yùn)動(dòng)和理由什么樣的關(guān)系呢？下面上一節(jié)學(xué)習(xí)的牛頓運(yùn)動(dòng)定律開始學(xué)習(xí)。
1、 牛頓第一定律的內(nèi)容是什么？
教師總結(jié)并強(qiáng)調(diào)：一切物體總保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)或靜止?fàn)顟B(tài)，除非作用在它上面的力迫使他改變這種狀態(tài)。
可見力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，通過慣性定律可知，質(zhì)量大的物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不容易改變。所以加速度與力、質(zhì)量之間必然存在一定的關(guān)系。
在某種角度，牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律解釋了某物體不受力時(shí)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)），那么某物體受到力會(huì)做怎么運(yùn)動(dòng)呢？
下面我們我們通過實(shí)驗(yàn)分別從兩方面來探究加速度與力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系：
① 加速度與力的關(guān)系；② 加速度與質(zhì)量的關(guān)系。

學(xué)生回答1、牛頓第一定律的內(nèi)容和慣性與質(zhì)量的關(guān)系


為了說明加速度與力、質(zhì)量之間的定量關(guān)系做鋪墊，明白本節(jié)所要研究的內(nèi)容。
講授新課
一、實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?定量分析a、F、m的關(guān)系。
2、實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法
例如：咱們研究速度這個(gè)概念時(shí)，（1）相同時(shí)間內(nèi)比較誰的唯一大，就是誰的速度大； （2）相同位移，完成這段位移誰的用時(shí)少，那誰的速度快。位移和時(shí)間兩個(gè)物理量會(huì)影響速度的大小
（1） 控制時(shí)間，研究位移和速度的關(guān)系
（2） 控制位移，研究時(shí)間與速度的關(guān)系
3、實(shí)驗(yàn)思路
將小車置于水平木板上，通過滑輪與槽碼相連。小車可以在槽碼的牽引下運(yùn)動(dòng)。
出示圖片
（1）加速度與力的關(guān)系
保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量不同力下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系。
（2）加速度與質(zhì)量的關(guān)系
保持物體受力不變，測(cè)量不同質(zhì)量下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系。
出示動(dòng)畫：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
4、物理量的測(cè)量
本實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量有三個(gè)：
A．物體的質(zhì)量m
B．物體所受的作用力F
C．物體運(yùn)動(dòng)的加速度a。
（1）A．質(zhì)量的測(cè)量
質(zhì)量可以用天平測(cè)量。為了改變小車的質(zhì)量，可以在小車中增減砝碼的數(shù)量。?
（2）加速度的測(cè)量
①方法1：讓小車做勻加速直線運(yùn)動(dòng)（初速度為零），測(cè)量小車移動(dòng)的位移x和發(fā)生這段位移所用的時(shí)間t，a=2x/t2 計(jì)算出加速度a。
②方法2： 將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶連在小車上，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來測(cè)量加速度。
③方法3：讓兩個(gè)做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的物體的運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等，那么由 a=2x/t2 可知，它們的位移之比就等于加速度之比，即：

這樣，測(cè)量加速度就轉(zhuǎn)換成測(cè)量位移了。
（2）力的測(cè)量
現(xiàn)實(shí)中，僅受一個(gè)力作用的物體幾乎不存在，所以實(shí)驗(yàn)中作用力F的含義是物體所受的合力。
那么，如何測(cè)小車所受合外力F合？
我們通過下面具體實(shí)驗(yàn)來說明。
二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)
實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1：用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
1、實(shí)驗(yàn)器材：小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、一端帶滑輪的長木板、細(xì)線、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平。

2、實(shí)驗(yàn)步驟
（1）用天平測(cè)出小車的質(zhì)量；
（2）按圖裝好實(shí)驗(yàn)器材，平衡摩擦力。
（3）控制小車質(zhì)量不變，用細(xì)線將鉤碼與小車相連，打開打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，釋放小車，測(cè)出一組數(shù)據(jù)。
（4）保持小車上的砝碼個(gè)數(shù)不變,改變鉤碼質(zhì)量，并測(cè)量得F （鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量），多測(cè)幾組數(shù)據(jù)。
注意：只有在鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，線的拉力近似等于鉤碼的重力。
(5)控制鉤碼質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量，再測(cè)幾組數(shù)據(jù)填入表中。
(6)分析每條紙帶，測(cè)量并計(jì)算出加速度的值；
(7)作a－F關(guān)系圖象，并由圖象確定a－F關(guān)系。
思考討論：為什么平衡小車摩擦力？怎樣平衡小車的摩擦力？
我們研究合力，質(zhì)量和加速度關(guān)系時(shí)砝碼重力就代表小車受到的合力，所以小車自由下落過程中勻速直線運(yùn)動(dòng)才能保證它是處于不受力狀態(tài)，這樣才能保證砝碼重力就是汽車受到的外力。
在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木板，反復(fù)移動(dòng)薄木板的位置，直至小車在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)以保持勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，這樣小車所受合力為零，平衡了小車的摩擦力。

小車受到的摩擦力恰好與小車所受的重力在斜面方向上的分力平衡。
4、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
表1：小車質(zhì)量一定拉力F
拉力F
0.10
0.20
0.30
0.40
0.50
加速度a
0.15
0.31
0.43
0.59
0.76
思考：如何更直觀地處理數(shù)據(jù)？
以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)建立直角坐標(biāo)系。根據(jù)各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上描點(diǎn)，觀察圖像。

這些點(diǎn)在一條過原點(diǎn)的直線附近，說明加速度a 與拉力F 成正比。
表2：小車所受的拉力一定
質(zhì)量 m
0.400
0.500
0.750
1.000
1.200
加速度 a
0.861
0.692
0.470
0.352
0.290
質(zhì)量
2.50
2.00
1.33
1.00
0.83
在相同拉力作用下，質(zhì)量m 越大，加速度a 越小。

我們很難直觀看出圖線是否為雙曲線，那么，怎樣判斷a 與 m 成不成反比呢？
如果a-m圖像是雙曲線，a 與 m 成反比，也就是a與1/m成正比。


如圖的圖線為過原點(diǎn)的直線，所以在相同拉力作用下a與1/m成正比,即：a 與 m 成反比
注意事項(xiàng)
1．實(shí)驗(yàn)中應(yīng)先接通電源后釋放小車．
2．在平衡摩擦力時(shí)不要懸掛任何物體。
3．改變鉤碼的質(zhì)量過程中，要始終保證鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量時(shí)，線的拉力近似等于鉤碼的重力。
4．作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)也要盡可能的分布在直線的兩側(cè)，但若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去。
科學(xué)方法 控制變量
控制變量的方法是指在研究和解決問題的過程中，對(duì)影響事物變化規(guī)律的獨(dú)立因素加以人為控制，使其中只有一個(gè)因素按照特定的要求發(fā)生變化，而其他因素保持不變，以利于尋找事物發(fā)展變化的規(guī)律的方法。
本節(jié)在探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系時(shí)，就采用了控制變量的方法，它是科學(xué)研究中常用的一種方法。
課堂練習(xí)
1．利用如圖所示的裝置探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，下列說法正確的是（　?。?br />
A．保持小車所受拉力不變，只改變小車的質(zhì)量，就可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
B．保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力，就可以探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
C．先保持小車所受拉力不變，探究加速度與力的關(guān)系；再保持小車質(zhì)量不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
D．先保持小車質(zhì)量不變，探究加速度與力的關(guān)系；再保持小車所受拉力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
【答案】D
【詳解】
A. 保持小車所受拉力不變，只改變小車的質(zhì)量，只能探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，故A錯(cuò)誤；
B. 保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力，只能探究加速度與力的關(guān)系，故B錯(cuò)誤；
CD. 先保持小車質(zhì)量不變，探究加速度與力的關(guān)系；再保持小車所受拉力不變，探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，這是利用控制變量法研究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，故C錯(cuò)誤，D正確。
故選D。
2．如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)裝置。他在氣墊導(dǎo)軌上安裝了一個(gè)光電門B，滑塊上固定一寬度為d的遮光條，滑塊用細(xì)線繞過氣墊導(dǎo)軌左端的定滑輪與力傳感器相連，傳感器下方懸掛鉤碼，每次滑塊都從A處由靜止釋放。

(1)下列不必要的一項(xiàng)實(shí)驗(yàn)要求是_____（請(qǐng)?zhí)顚戇x項(xiàng)前對(duì)應(yīng)的字母）。
A．應(yīng)使A位置與光電門間的距離適當(dāng)大些
B．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平
C．應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行
D．應(yīng)使滑塊質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量
(2)實(shí)驗(yàn)時(shí)，將滑塊從A位置由靜止釋放，由數(shù)字計(jì)時(shí)器讀出遮光條通過光電門B的時(shí)間t，若要得到滑塊的加速度，還需要測(cè)量的物理量是_____。
【答案】D A位置到光電門的距離L
【詳解】
(1)[1]A．位置與光電門間的距離適當(dāng)大些可以減小測(cè)量誤差，故A正確；
B．應(yīng)將氣墊導(dǎo)軌調(diào)節(jié)水平，使細(xì)線對(duì)滑塊的拉力等于滑塊受到的合力，故B正確；
C．應(yīng)使細(xì)線與氣墊導(dǎo)軌平行，從而使細(xì)線對(duì)滑塊的拉力等于滑塊受到的合力，故C正確；
D．細(xì)線對(duì)滑塊的拉力可以直接通過力傳感器測(cè)量，不需要滿足滑塊的質(zhì)量遠(yuǎn)大于鉤碼和力傳感器的總質(zhì)量這一條件，故D錯(cuò)誤。
故選D。
(2)[2]根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的規(guī)律，滑塊經(jīng)過光電門時(shí)的瞬時(shí)速度可近似認(rèn)為是滑塊經(jīng)過光電門的平均速度 ，根據(jù) ，若要得到滑塊的加速度，還需要測(cè)量的物理量是A位置到光電門的距離L。
3、．用如圖所示的裝置研究在作用力 一定時(shí)，小車的加速度 與小車質(zhì)量 （含砝碼）的關(guān)系，某位同學(xué)設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)步驟如下：
A．用天平稱出小車和小桶及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器其中所裝砂子的質(zhì)量；
B．按圖所示裝好實(shí)驗(yàn)器材；
C．把輕繩系在小車上并繞過定滑輪懸掛小桶；
D．將電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在電壓為6 V的蓄電池上，接通電源，放開小車，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在紙帶上打下一系列點(diǎn)，并在紙帶上標(biāo)明小車質(zhì)量；
E.保持小桶及其中砂子的質(zhì)量不變，增加小車上砝碼的個(gè)數(shù)，并記錄每次增加砝碼后小車和砝碼的總質(zhì)量 ，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)；
F.分析每條紙帶，測(cè)量并計(jì)算出加速度的值；
G.作出 圖像，并由圖像確定 與 的關(guān)系．
（1）該同學(xué)漏掉的重要實(shí)驗(yàn)步驟是_______，該步驟應(yīng)排在步驟_______后.
（2）在上述步驟中，有錯(cuò)誤的是_______，應(yīng)把_______改為_______．
（3）在上述步驟中，不恰當(dāng)?shù)氖莀______，應(yīng)把_______改為_______．
【答案】平衡摩擦力 B 步驟D 電壓為6 V的蓄電池 6 V以下的交流學(xué)生電源 步驟G 圖像 圖像
4.如圖所示是某同學(xué)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，已接通電源正要釋放紙帶時(shí)的情況，請(qǐng)你指出該同學(xué)的五個(gè)錯(cuò)誤：

(1)電源________；
(2)電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器位置________；
(3)滑輪位置________；
(4)小車位置________；
(5)長木板________________．
【答案】應(yīng)用6 V交流電源 應(yīng)靠右端 應(yīng)使拉線水平 應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器 應(yīng)墊高右端以平衡摩擦力
5．在“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”的實(shí)驗(yàn)中，滲透了研究問題的多種科學(xué)方法。（以下各題均選填“理想實(shí)驗(yàn)法”“圖像法”“阻力補(bǔ)償法”“化曲為直法”“控制變量法”或“近似法”）
(1)對(duì)阻力的處理：_____。
(2)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)思路：_____。
(3)對(duì)小車所受合力的簡化：_____，即當(dāng)小車質(zhì)量M車?m槽時(shí)，細(xì)繩對(duì)小車的拉力大小近似等于所掛槽碼的重力m槽g。
(4)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理的科學(xué)方法：_____。
(5)由 圖像轉(zhuǎn)化為 圖像，所用的科學(xué)方法：_____。
【答案】阻力補(bǔ)償法 控制變量法 近似法 圖像法 化曲為直法


學(xué)生閱讀課文說出實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、?shí)驗(yàn)思路、實(shí)驗(yàn)方法。









學(xué)生觀看動(dòng)畫





閱讀課文理解掌握實(shí)驗(yàn)中需要測(cè)量哪些物理量


閱讀課文掌握
加速度的測(cè)量
的方法

















觀察圖片在理解的基礎(chǔ)上說出實(shí)驗(yàn)器材







根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作









學(xué)生思考討論：怎樣平衡小車的摩擦力？






















學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖并總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論



























學(xué)生記憶注意事項(xiàng)











觀察圖片在理解的基礎(chǔ)上說出實(shí)驗(yàn)器材



根據(jù)實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作




























學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)作圖并總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論






















閱讀課文理解
控制變量的意思








學(xué)生練習(xí)









鍛煉學(xué)生的自主學(xué)習(xí)能力。











對(duì)加速度、力和質(zhì)量之間的關(guān)系有一個(gè)定性了解






為下面實(shí)驗(yàn)的順利進(jìn)行做鋪墊





















鍛煉學(xué)生的觀察理解能力








鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力









掌握平衡摩擦力的方法
























鍛煉學(xué)生的處理數(shù)據(jù)的能力和歸納總結(jié)能力。



























鍛煉學(xué)生的記憶能力掌握實(shí)驗(yàn)中的細(xì)節(jié)










鍛煉學(xué)生的觀察理解能力




鍛煉學(xué)生的動(dòng)手操作能力




























鍛煉學(xué)生的處理數(shù)據(jù)的能力和歸納總結(jié)能力。






















鍛煉學(xué)生自主學(xué)習(xí)的能力









鞏固本節(jié)知識(shí)











課堂小結(jié)
1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?定量分析a、F、m的關(guān)系。
2、實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法
3、實(shí)驗(yàn)思路（1）保持物體的質(zhì)量不變，研究加速度與力的關(guān)系。
（2）保持物體受力不變，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系。
4、作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)也要盡可能的分布在直線的兩側(cè)，但若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去。
梳理自己本節(jié)所學(xué)知識(shí)進(jìn)行交流
根據(jù)學(xué)生表述，查漏補(bǔ)缺，并有針對(duì)性地進(jìn)行講解補(bǔ)充。
板書
一、實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?定量分析a、F、m的關(guān)系。
2、實(shí)驗(yàn)方法：控制變量法
3、實(shí)驗(yàn)思路
（1）保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量不同力下的加速度。
（2）保持物體受力不變，測(cè)量不同質(zhì)量下的加速度。

二、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案
1、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1：用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
3、作圖時(shí)應(yīng)使所作的直線通過盡可能多的點(diǎn)，不在直線上的點(diǎn)也要盡可能的分布在直線的兩側(cè)，但若遇到個(gè)別偏離較遠(yuǎn)的點(diǎn)可舍去。





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高中物理人教版 (2019)必修 第一冊(cè)電子課本

2 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

版本： 人教版 (2019)

年級(jí)： 必修 第一冊(cè)

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