備課人
學(xué)科
物理
課題
4.2 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
教學(xué)內(nèi)容分析
教科書(shū)引導(dǎo)學(xué)生從牛頓第一定律出發(fā)，提出探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的必要性，并從實(shí)驗(yàn)思路設(shè)計(jì)、物理量的測(cè)量、實(shí)驗(yàn)過(guò)程和數(shù)據(jù)分析幾個(gè)方面引導(dǎo)學(xué)生完成探究。實(shí)驗(yàn)的基本思路對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)并不困難，因此整個(gè)教學(xué)過(guò)程應(yīng)該更加重視讓學(xué)生體會(huì)探究的實(shí)質(zhì):鼓勵(lì)學(xué)生提出科學(xué)問(wèn)題;設(shè)計(jì)更多的實(shí)驗(yàn)方案(并不一定全都實(shí)施);引導(dǎo)學(xué)生解決實(shí)驗(yàn)中遇到的問(wèn)題;嘗試用多種方法處理數(shù)據(jù)，基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論;以及培養(yǎng)學(xué)生對(duì)探究過(guò)程和結(jié)果進(jìn)行交流、評(píng)估、反思的能力。
學(xué)情分析
學(xué)生對(duì)于如何求加速度的在必修一的第二章中已經(jīng)學(xué)習(xí)了諸如利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器和逐差法求加速度的方法、運(yùn)動(dòng)學(xué)的基本公式等必要的知識(shí)，因此對(duì)加速度的測(cè)量和求解是沒(méi)有太多知識(shí)上的困難的。同時(shí)，學(xué)生也具備了一定的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和探究能力。
教學(xué)目標(biāo)
1.能夠設(shè)計(jì)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系實(shí)驗(yàn)方案。
2.能夠完成實(shí)驗(yàn)的操作和測(cè)量過(guò)程，以及通過(guò)控制變量法對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像處理，體驗(yàn)如何平衡摩擦力，減小系統(tǒng)誤差（鉤碼所受的重力不等于小車(chē)所受的拉力等）的操作方法。
教學(xué)重難點(diǎn)
1.怎樣測(cè)量物體的加速度；（重點(diǎn)）
2.平衡摩擦力和測(cè)量物體所受的合外力；（重點(diǎn)）
3.對(duì)平衡摩擦力方法的理解以及測(cè)量物體所受的合力的方法；（難點(diǎn)）
4.指導(dǎo)學(xué)生選器材、設(shè)計(jì)方案、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)、作出圖像、得出結(jié)論。（難點(diǎn)）
教學(xué)過(guò)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
思考與討論：
(1)由牛頓第一定律的學(xué)習(xí)，什么是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因？
(2)由牛頓第一定律的學(xué)習(xí)，質(zhì)量的大小對(duì)物體狀態(tài)的改變是否有影響？
(3)我們知道描述物體狀態(tài)改變的物理量是速度，那么速度變化的快慢我們通常用哪個(gè)物理量來(lái)描述？
(4)加速度與力、質(zhì)量之間存在怎樣的定量關(guān)系呢？
學(xué)生分組討論并回答問(wèn)題
復(fù)習(xí)牛頓第一定律
通過(guò)問(wèn)題設(shè)置，讓學(xué)生知道力、質(zhì)量、加速度直接有某種關(guān)聯(lián)
講授新課
一、實(shí)驗(yàn)思路
思考與討論：
(1)當(dāng)我們要探究某個(gè)物理量與另外兩個(gè)或多個(gè)物理量之間的定量關(guān)系時(shí)，我們?cè)谔骄窟^(guò)程中通常需要如何來(lái)做比較合理？
(2)我們?cè)谔骄考铀俣扰c力、質(zhì)量的關(guān)系時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)如何應(yīng)用控制變量法來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)？
(3)根據(jù)以上討論，你認(rèn)為實(shí)驗(yàn)過(guò)程中我們需要測(cè)量哪些物理量呢？
(4)為最終實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的探究，你是否可以用以下實(shí)驗(yàn)器材設(shè)計(jì)一個(gè)或幾個(gè)方案完成這一任務(wù)呢？
二、物理量的測(cè)量
（一）物理量的測(cè)量
1.質(zhì)量的測(cè)量：用天平測(cè)量
2.加速度的測(cè)量：
方法一：如果物體做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則可利用刻度尺測(cè)量位移和秒表測(cè)量時(shí)間，然后由公式 a=(2x)/t2可算出。
方法二：利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)可測(cè)量加速度。
方法三：利用比值法。由于 a=(2x)/t2測(cè)出兩個(gè)初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移x1，x2，位移之比就是加速度之比
思考與討論：
(1)在此實(shí)驗(yàn)中，通過(guò)測(cè)力計(jì)用手直接給小車(chē)施加一個(gè)恒力是否可行？
(2)若不能用測(cè)力計(jì)直接給小車(chē)施加一個(gè)恒力，你認(rèn)為哪種方法更合適？
(3)此種方法中，對(duì)于小車(chē)來(lái)說(shuō)，受到幾個(gè)力的作用？如何消除沿板方向摩擦力的影響呢？
3.力的測(cè)量：
(1)平衡摩擦力：把軌道的一端墊高，使重力的分力Gsinθ與摩擦力Ff平衡。

(2)具體操作：先不加細(xì)線，軌道無(wú)定滑輪一端墊高，使小車(chē)連同紙帶下滑，若紙帶上打出點(diǎn)間隔相等，則為勻速下滑，從而消除摩擦力的影響。
(3)注意事項(xiàng)：
①多次測(cè)量，摩擦力只需要平衡一次摩擦；
②在槽碼的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車(chē)質(zhì)量時(shí)，繩的拉力大小等于槽碼重力大小。（學(xué)習(xí)了第三節(jié)后解釋?zhuān)?br>（二）實(shí)驗(yàn)方案
1.方案一：用阻力補(bǔ)償法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
實(shí)驗(yàn)裝置如圖 4.2-2 所示。把木板的一側(cè)墊高，調(diào)節(jié)木板的傾斜度，使小車(chē)在不受牽引時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板勻速運(yùn)動(dòng)。通過(guò)改變槽碼的個(gè)數(shù)而改變小車(chē)所受的拉力，通過(guò)處理打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下點(diǎn)的紙帶來(lái)測(cè)量加速度。保持小車(chē)受的拉力不變，通過(guò)增減小車(chē)中的重物改變小車(chē)的質(zhì)量。處理紙帶上打出的點(diǎn)來(lái)測(cè)量加速度。
2.方案二：通過(guò)位移之比測(cè)量加速度之比
將兩輛相同的小車(chē)放在水平木板上，前端各系一條細(xì)線，線的另一端跨過(guò)定滑輪各掛一個(gè)小盤(pán)，盤(pán)中可以放不同的重物。平衡摩擦后，用黑板擦把兩條細(xì)線同時(shí)按壓在木板上。抬起黑板擦，兩小車(chē)同時(shí)開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，按下黑板擦，兩小車(chē)同時(shí)停下來(lái)。用刻度尺測(cè)出兩小車(chē)移動(dòng)的位移x1、x2。由于兩小車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相同，從它們的位移之比就可以得出加速度之比。在盤(pán)中重物相同的情況下，通過(guò)增減小車(chē)中的重物改變小車(chē)的質(zhì)量。
三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析
（一）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)步驟：
(1)用天平測(cè)出小車(chē)的質(zhì)量為M0，并把數(shù)值記錄下來(lái)。
(2)平衡摩擦力后，按圖將實(shí)驗(yàn)器材安裝好。
(3)將槽碼通過(guò)細(xì)繩系在小車(chē)上，接通電源放開(kāi)小車(chē)，用紙帶記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況；取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼及此時(shí)所掛槽碼的重力m0g。
(4)保持小車(chē)的質(zhì)量不變，改變所掛槽碼的重力，重復(fù)步驟(3)，多做幾次實(shí)驗(yàn)，每次小車(chē)從同一位置釋放，并記錄好槽碼的重力m1g、m2g、…以及計(jì)算出相應(yīng)紙帶的加速度填入表格1。
表格1(物體的質(zhì)量一定，加速度與受力的關(guān)系)
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
加速度a/(m·s-2)
小車(chē)受力F/N
1
2
3
4
5
(5)保持槽碼的質(zhì)量不變，在小車(chē)上加放砝碼，并測(cè)出小車(chē)與所放砝碼的總質(zhì)量M，接通電源，放開(kāi)小車(chē)，用紙帶記錄小車(chē)的運(yùn)動(dòng)情況，取下紙帶并在紙帶上標(biāo)上號(hào)碼。
(6)繼續(xù)在小車(chē)上加放砝碼，重復(fù)步驟(5)，多做幾次實(shí)驗(yàn)，在每次得到的紙帶上標(biāo)上號(hào)碼。
(7)計(jì)算出每次實(shí)驗(yàn)所得紙帶的加速度值及小車(chē)與砝碼的總質(zhì)量填入表格2。
表格2(物體受到的外力一定，加速度與質(zhì)量的關(guān)系)
實(shí)驗(yàn)次數(shù)
加速度a/(m·s-2)
小車(chē)與砝碼總質(zhì)量M/kg
小車(chē)與砝碼總質(zhì)量的倒數(shù)1/M(/kg-1)
1
2
3
4
5
2.數(shù)據(jù)分析：
(1)a－F圖像（請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪制）
(2)a－M圖像（請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪制）
(3)a－1/M圖像（請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪制）
【實(shí)驗(yàn)演示】
（二）通過(guò)位移之比法探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
1.實(shí)驗(yàn)步驟：
(1)用天平測(cè)出小車(chē)和托盤(pán)的質(zhì)量，并把數(shù)值記錄下來(lái)。
(2)平衡摩擦力后，按圖將實(shí)驗(yàn)器材安裝好。
(3)保持兩小車(chē)的質(zhì)量相同且不變，改變兩個(gè)所掛托盤(pán)中砝碼的數(shù)量，多做幾次實(shí)驗(yàn)，記錄好兩個(gè)托盤(pán)和砝碼的重力作為兩小車(chē)的拉力F，以及用刻度尺測(cè)量出每次兩個(gè)小車(chē)發(fā)生的位移x，填入表格3。
表格3(物體的質(zhì)量一定，加速度與受力的關(guān)系)
次數(shù)
小車(chē)
拉力F/N
F1/F2
位移x/m
x1/x2
1
甲
乙
2
甲
乙
3
甲
乙
(4)保持兩小車(chē)所掛兩個(gè)托盤(pán)和其中砝碼的質(zhì)量相同且保持不變，改變兩小車(chē)中砝碼質(zhì)量，多做幾次實(shí)驗(yàn)，記錄小車(chē)和所加砝碼的質(zhì)量M，以及用刻度尺測(cè)量出每次兩個(gè)小車(chē)發(fā)生的位移x，填入表格4。
表格4(物體受到的外力一定，加速度與質(zhì)量的關(guān)系)
次數(shù)
小車(chē)
質(zhì)量M/kg
M1/M2
位移x/m
x1/x2
1
甲
乙
2
甲
乙
3
甲
乙
2.數(shù)據(jù)分析：
(1)x1/x2-F1/F2圖像（請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪制）
(2)x1/x2-M2/M1圖像（請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)測(cè)得數(shù)據(jù)在坐標(biāo)紙上繪制）
【實(shí)驗(yàn)演示】
四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論與誤差分析
（一）實(shí)驗(yàn)結(jié)論
1.保持物體質(zhì)量不變時(shí)，物體的加速度a與所受合外力F成正比。
2.在力F不變時(shí)，物體的加速度a與質(zhì)量M成反比。
（二）誤差分析
1.在實(shí)驗(yàn)中，我們認(rèn)為槽碼的重力就等于小車(chē)所受的合力。但這是有誤差的，只有在小車(chē)質(zhì)量比較大，槽碼質(zhì)量比較小且長(zhǎng)木板合理傾斜的情況下，實(shí)驗(yàn)結(jié)果才比較理想。
2.質(zhì)量測(cè)量、長(zhǎng)度測(cè)量中也存在偶然誤差，可通過(guò)多次測(cè)量取平均值的方法來(lái)減小誤差。
3.阻力補(bǔ)償不準(zhǔn)而造成誤差。
4.描點(diǎn)作圖時(shí)存在誤差。
五、課堂練習(xí)
學(xué)生分組討論
學(xué)生分組設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案
學(xué)生識(shí)記記錄方法
學(xué)生分組討論并回答問(wèn)題
學(xué)生識(shí)記記錄
學(xué)生根據(jù)小組討論結(jié)果，寫(xiě)出實(shí)驗(yàn)方案
學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)
學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
學(xué)生作圖進(jìn)行數(shù)據(jù)分析
學(xué)生觀看視頻
學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)
學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
學(xué)生記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)
學(xué)生作圖進(jìn)行數(shù)據(jù)分析
學(xué)生觀看視頻
學(xué)生識(shí)記記錄
學(xué)生識(shí)記記錄
學(xué)生練習(xí)
明確控制變量法何種情況用
明確如何用控制變量法
培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立思考和設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力
讓學(xué)生明確需要測(cè)哪些物理量以及如何測(cè)的問(wèn)題
引導(dǎo)學(xué)生思考如何提供恒定拉力
引導(dǎo)學(xué)生思考為什么要消除摩擦力的影響
明確平衡摩擦力的方法
讓學(xué)生明確實(shí)驗(yàn)方案的實(shí)驗(yàn)原理
培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力
培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力
培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力
培養(yǎng)學(xué)生數(shù)據(jù)處理的能力
規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作
培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力
培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力
培養(yǎng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)動(dòng)手能力
培養(yǎng)學(xué)生分析數(shù)據(jù)的能力
規(guī)范實(shí)驗(yàn)操作
明確加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系，達(dá)到實(shí)驗(yàn)的目的
讓學(xué)生明確產(chǎn)生誤差的原因和減小誤差的方法
鞏固提高
課堂總結(jié)
板書(shū)設(shè)計(jì)
§4.2 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系
一、實(shí)驗(yàn)思路
二、物理量的測(cè)量
1.質(zhì)量：天平
2.加速度：
方法一：a=(2x)/t2
方法二：利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)可測(cè)量加速度
方法三：利用比值法
3.力的測(cè)量：平衡摩擦力
三、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)分析
四、實(shí)驗(yàn)結(jié)論與誤差分析
1.保持物體質(zhì)量不變時(shí)，物體的加速度a與所受合外力F成正比。
2.在力F不變時(shí)，物體的加速度a與質(zhì)量M成反比。
作業(yè)設(shè)計(jì)
教學(xué)反思與評(píng)價(jià)

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版本： 人教版 (2019)

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