高中物理人教版 (新课标)必修12 实验：探究加速度与力、质量的关系集体备课ppt课件

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知识与技能1．探究加速度与力的关系．2．探究加速度与质量的关系．3．掌握利用图象处理数据方法．
过程与方法1．明确实验的目的，根据提供的实验器材、结合课本的参考案例确定自己的探究方案，列出实验步骤．2．进行实验并做好实验记录，用数学知识进行数据处理，形成结论．3．就实验结论与同学交流，对结论的可靠性进行评估，最后形成正确的结论．
情感、态度与价值观在科学探究中学会并善于与他人合作，积极与他人交流经验，敢于坚持正确的观点，勇于修正错误，培养协作的意识．
一团红色的火球，划过黎明的夜空，向着草原深处急速坠落．突然，火球的速度一下子慢了下来，火光渐渐变弱，直到从人们视线中消失……15分钟后，“神舟六号”返回舱在巨大降落伞的缓冲作用下，缓缓落向地面．
我国载人航天工程着陆场系统总设计师侯鹰说：“降落伞是飞船和航天员降落时的‘保护伞’．”返回舱在减速过程中要获得适当的加速度，就是靠逐级打开的降落伞产生一定的阻力．那么，返回舱的加速度与阻力及其自身的质量之间有什么关系呢？
(1)了解如何描述物体的运动状态，明确物体运动状态的改变必有加速度．(2)掌握一种科学的研究方法——控制变量法．(3)理解加速度和力、质量的关系，并知道得出这个关系的实验思想和实验方法．
(1)采用控制变量法当研究对象有两个以上的参量发生牵连变化时，我们设法控制某些参量使之不变，而研究其中两个参量之间的变化关系的方法，是物理实验中经常采取的一种方法．本实验有F、m、a三个参量，研究加速度a与F及m的关系时，我们应先控制一个参量不变，研究另外两个参量之间的关系．在该实验中要求先控制小车的质量m不变，改变小车所受的拉力F，讨论a与F的关系；再控制小车所受的拉力F不变．改变小车的质量m，讨论a与m的关系．
(2)要测量的物理量小车与其上砝码的总质量m——用天平测出．小车受的拉力F——用天平测出小盘和盘内砝码的总质量m′，由F＝m′g算出．小车的加速度a——通过打点计时器打出的纸带测算出．
(4)怎样提供和测量物体所受的恒力在下图中，用钩码牵引小车，使小车做匀加速运动的力，与钩码的重力相等．因此，增减钩码的个数就可以改变小车受到的合力．当然这是有误差的，应当平衡掉摩擦力并且保持小车及车中砝码的质量远远大于钩码的质量，才能这样近似认为小车所受的合力等于钩码的重力．平衡摩擦力时，不对小车施加拉力，只在木板无滑轮的一端下面垫一薄木块，反复移动其位置使小车做匀速运动，直到拖在小车后面的纸带上打出的点距均匀为止．
打点计时器、纸带及复写纸、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘和砝码、细绳、低压交流电源、天平(带有一套砝码)、刻度尺．
1．用天平测出小车和重物的质量分别为m、m′，并把数值记录下来．2．按图将实验器材安装好(小车上不系绳)．
3．平衡摩擦力，把木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)．4．将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力m′g.
5．保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好相应纸带及重物的重力m1′g、m2′g…6．保持小车所受合外力不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量m，接通电源，放开小车用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码．7．继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码．
1．物体的质量一定，加速度与受力的关系
由表中数据，作出a－F图象，并得出结论．2．物体的受力一定，加速度与质量的关系
1．整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变小盘和砝码的质量还是改变小车和砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力．平衡摩擦力是指使小车所受动力(小车重力沿斜面方向的分力)与小车所受阻力(包括小车所受摩擦力和打点计时器对小车之后所拖纸带的摩擦力)大小相等．平衡摩擦力时，应在小车后拖上纸带，先接通电源，再用手给小车一个初速度，若在纸带上打出的点的间隔是均匀的，则表明平衡了摩擦力，否则必须重新调整小木板的位置．
2．平衡摩擦力后，每次实验时必须满足在小车上所加砝码的质量远大于砝码和小盘的总质量的条件下进行．只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等．
3．改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器(或尽量远离定滑轮的一端)，并应先接通电源，再放开小车，且在小车到达定滑轮前应按住小车．4．各纸带的加速度a，都应是该纸带的平均加速度．5．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线的两侧．
1．小车质量m应比重物的质量m′大得多，其原理将在后面的牛顿运动定律的应用中专门讨论．二者差距越小，图象线性越差．2．夹口的密合性能差是造成误差的原因之一．由于小车的质量和速度较大，夹子不易夹住小车的后拖线；有些时候夹子夹住一根拖线，而另一根未被夹住，对应小车仍向前运动，这些都是造成位移误差的原因．
3．小车运动停止时不能与定滑轮相碰，如果小车碰到定滑轮才松手让夹子夹住拖线，则与定滑轮相碰的小车位移偏小，产生误差．
4．两个图象的分析(1)如出现图中①的直线，说明平衡摩擦力时，平衡过度了．即拉力F＝0时，已产生加速度，其加速度是由多余重力的分力造成的．图上中②的直线，说明平衡摩擦力不够，因为拉力为F0时才产生加速度．
例1在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的反映加速度a和F关系的有关资料记录在表一中．将测得的反映加速度a和质量M关系的有关资料记录在表二中．表一
(2)正比关系；反比关系　(3)0.5kg　(4)4N
变式训练1　若测得某一物体受力F一定时，a与M的关系数据如下表所示
分析：解决此类问题首先应根据已知数据作出图象，再根据图象研究物理量间的关系．此题如果作出a－M图象(如图)，该图象是曲线，无法确定加速度与质量的关系．
例2做“探究加速度与力、质量的关系”的实验，主要的步骤有：A．将一端附有定滑轮的长木板放在水平桌面上，取两个质量相等的小车，放在光滑的水平长木板上．B．打开夹子，让两个小车同时从静止开始运动，小车运动一段距离后，夹上夹子，让它们同时停下来，用刻度尺分别测出两个小车在这一段相同时间内通过的位移大小．C．分析所得到的两个小车在相同时间内通过的位移大小与小车所受的水平拉力的大小的关系，从而得到质量相等的物体运动的加速度与物体所受作用力大小的关系．
D．在小车的后端也分别系上细绳，用一只夹子夹住这两根细绳．E．在小车的前端分别系上细绳，绳的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘内分别放着数目不等的砝码，使砝码盘和盘内砝码的总质量远小于小车的质量，分别用天平测出两个砝码盘和盘内砝码的总质量．上述实验步骤，正确的排列顺序是__________．
答案：AEDBC解析：由该节的学习不难得出答案为A、E、D、B、C.
规律总结：(1)实验器材：打点计时器、纸带及复写纸片、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘和砝码、细绳、低压交流电源、两根导线、天平(带有一套砝码)、刻度尺．(2)实验步骤需要注意的问题：①平衡摩擦力要适度，不能出现平衡不足或平衡过度的问题．②为保持纸带上所打第一个点时速度为零，需先通电后放车．③实验中需保证盘和盘中所放砝码的总质量m与小车和砝码总质量M的关系为m≪M.
变式训练2　在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，实验所需器材除了一端附有定滑轮的长木板、两个小车、细绳、两个砝码盘、夹子外，还需要哪些器材？答案：砝码、天平、刻度尺．
例3实验：在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，实验装置如下图(1)所示．
(1)为验证小车质量M不变时，a与F成正比．小车质量M和沙及桶的质量m分别选取下列几组数值：应该用哪组效果会好(　　)A．M＝500g，m分别为50g、70g、100g、125gB．M＝500g，m分别为20g、30g、40g、50gC．M＝200g，m分别为50g、70g、100g、125gD．M＝200g，m分别为30g、40g、50g、60g
(2)有两位同学通过测量作出a－F图象，如上图(2)所示甲、乙中的A、B图线．试分析：A图线不通过坐标原点的原因是______________________________________；A图线上部弯曲的原因是____________________________________________；B图线在纵轴上有截距的原因是______________________________________．
答案：(1)B(2)①没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不够②未满足沙和沙桶质量m远小于小车的质量M③平衡摩擦力时，长木板倾角过大，小车沿斜面向下分力大于摩擦力，使尚未对小车施加力时，小车已有加速度．
解析：实验时，需要物体的质量远小于小车的质量，效果才显著．自然界中存在摩擦的影响，所以，要平衡摩擦力，这样画出的应是过原点的一条倾斜向上的直线．为减小实验误差应使M≫m，为此选B组数值误差较小，所画的a－F图线就会比较准确．
规律总结：(1)实验原理中设定为光滑水平面情形，所以实验中应平衡摩擦力，若未平衡摩擦力或平衡不当就会带来系统误差．(2)实验中若把沙和沙筒所受的重力mg当做小车和砝码(总质量为M)所受的拉力，须满足m≪M的条件，这个条件越不满足，所带来的系统误差也就越大．
变式训练3　某同学用如左下图所示的装置探究物体的加速度与作用力的关系时，他把砝码的总重力作为小车的拉力，并依次测出了小车的加速度，然后画出了如右下图所示的图象，该图象虽是一条直线，但不通过坐标原点．请你分析一下原因，应如何改进实验才能使实验得出的结果通过坐标原点？
答案：由题图可知，当拉力从0增到F0的过程中，物体的加速度为零，说明小车处于静止状态，因此必然存在一个力与拉力大小相等、方向相反，这个力一定是小车受到的摩擦力．可以使木板的一端抬高，使小车在木板上做匀速运动，这样就可以消除摩擦力对实验图象的影响．
一、加速度与力的关系保持物体的__________不变，测量物体在不同的力的作用下的__________，分析__________与__________的关系．
二、加速度与质量的关系1．实验的基本思路，保持物体所受的力相同，测量不同__________的物体在该力作用下的__________，分析__________与__________的关系．2．实验数据的分析，设计第二个表格，把不同物体在__________的作用下的加速度填在表中．在相同力的作用下，质量m越大，加速度a越小．这可能是__________，但也可能是__________，甚至是更复杂的关系．如果以__________为纵坐标、__________为横坐标建立坐标系，根据a－1/m图象是不是__________，就能判断加速度a是不是与质量m成反比．
三、制定实验方案的两个问题这个实验需要测量的物理量有：物体的加速度、物体所受的力、物体的质量．__________可以用天平测量，本实验主要解决的主要问题是怎样测量__________和怎样提供与测量__________．
自主校对：一、质量　加速度　加速度　力二、1.质量　加速度　加速度　质量　2.相同力　“a与m成反比”　“a与m2成反比”　a　1/m　过原点的直线三、质量　加速度　物体所受的力
1．在用实验探究加速度和力、质量的关系时，下列关于实验的思路和数据分析，正确的是(　　)A．实验的基本思想是：保持物体的质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，分析加速度与力的关系．B．实验的基本思想是：保持物体所受力相同，测量质量不同的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系
C．在处理实验数据时，以a为纵坐标，F为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比D．在处理实验数据时，以a为纵坐标，m为横坐标，根据数据在坐标系中描点，若这些点在一条过原点的直线上，说明a与m成正比答案：ABC
解析：本实验就是利用控制变量法得到a、F、m三者的关系，A、B、C所述符合实验的思路和道理，符合要求，故正确．
2．“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，用改变沙子的质量的办法来改变对小车的作用力F，用打点计时器测出小车的加速度a，得出若干组F和a的数据，然后根据测得的数据作如右图所示的a－F图线，发现图线既不过原点，也不是直线，原因是(　　)
A．没有平衡摩擦力，且小车质量较大B．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且沙子和小桶的质量较大C．平衡摩擦力时，所垫木板太低，且沙子和小桶的质量较大D．平衡摩擦力时，所垫木板太高，且小车质量较大答案：C
解析：根据题中图象可知，平衡摩擦力时，所垫木板太低，图象与横轴的截距为摩擦力的大小；由图象发生弯曲可以推断出沙子和小桶的质量较大，在下落时本身向下的加速度所需要的力使小车所受合力减小．
3．按实验要求安装好器材后，应按一定步骤进行实验，下述操作步骤的安排顺序不尽合理，请将合理的顺序以字母代号填写在下面横线上：__________.A．保持小桶里沙子的总质量不变，在小车上加砝码，测出加速度，重复几次B．保持小车的质量不变，改变小桶和沙子的总质量，测出加速度，重复几次
答案：D、C、E、A、B、F或D、C、E、B、A、F解析：做本题时注意要回忆自己做此实验时的步骤，实验过程中，其中A、B选项先做哪一个都可以，所以有两种排列顺序．