人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系教学设计及反思

这是一份人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系教学设计及反思，共8页。教案主要包含了物理观念，科学思维，科学探究，科学态度与责任等内容，欢迎下载使用。
课题： §4.2实验：探究加速度与力、质量的关系

教学目标 核心素养
【物理观念】树立相互作用观念，通过实验探究加速度与力和质量的定量关系；
【科学思维】让学生感悟控制变量法、图象法等科学研究方法的应用；
【科学探究】对实验数据进行处理，看一下实验结果能验证什么问题；
【科学态度与责任】通过实验，培养学生实事求是、尊重客观规律的科学态度。
教学重点
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．
教学难点
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．
课 型
新授
教 法
预习法、实验探究、讨论法
教 学 过 程
教学环节
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课前复习：
1．力的概念：物体力是物体间的相互作用。
2．力的作用效果是什么？如何改变物体的运动状态呢？
引入：
牛顿第一定律定性揭示了力与运动的实质关系，力是改变物体运动状态、产生加速度的原因，并指出一切物体都具有惯性，质量M 是惯性大小的唯一量度 。
a与F M有什么样的关系？
生活中能不能找到答案？请看图片
结合生活中实例可以定性得出：
请猜想加速度与力、质量的定量关系并利用提供的实验器材证明自己的猜想
观察下图
观看图片
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控制变量法可引导学生得出来。
F相同时，m越小，物体启动越快，反之越慢。
m相同时，F越大，物体启动越快，反之越慢。
一、设计实验
1.方法：控制变量法
2.探究m一定，a与F的关系
保持小车质量不变，通过改变悬挂的重物质量，改变小车所受的拉力，测的不同拉力下小车运动的加速度，分析加速度与拉力的定量关系。
2.探究F一定，a与m的关系
保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加砝码（或其它质量一定的重物）改变小车的质量，测的不同质量对应的加速度，分析加速度与质量的定量关系。
二、物理量的测量与改变
1.小车质量的测量与改变
天平测量，在小车上增加砝码（或其它质量一定的重物）改变小车的质量。
2.加速度的测量
方法1.让小车拖动纸带做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量位移x，根据纸带测出发生这段位移所用的时间t，然后用 求出a
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方法2.
通过打点计时器打出的纸带，利用逐差法求出a.
方法3.
实验验证的是a与F、m的比例关系，并非是定量关系，所以不一定要测出a的具体值。
论证：由于小车做的是初速度为零的匀变速直线运动，由 得：
所以可以采用对照组实验，让两辆小车同时运动，同时停止，由可得，所发生的位移之比即是a之比。
即：
拉力的测量
①怎样能保证在物体的运动方向只受恒力作用？
平衡摩擦力。（此处重点利用力的分解法讲清平衡摩擦力的原理）。
②沙和沙桶的重力是否就是对小车的拉力？
分析：
当物体保持平衡时，这两个力相等。可是这里小车是做匀加速直线运动，所以托盘与砝码的重力大于绳子的拉力。如果加速度很小，我们可以近似认为它们相等。所以该实验需要满足一个条件：砝码和托盘的质量m远小于小车的质量M。这样就确保加速度很小（一般要小于1m/s2）。
三、实验方案
1.原理图
2.实验器材
小车、砝码、沙和沙桶（天平）、细绳、
纸带、打点计时器（交流电源）、垫木、一段带有定滑轮的长木板、毫米刻度尺。
3.实验步骤
①用天平测出小车质量m，记录下来
②按照原理图把实验器材安装好。（小车拖着纸带，但不挂重物）
③平衡摩擦力（补偿阻力）
④细绳绕过定滑轮，保持小车质量不变，测量a与F的关系
记录下各项数据。
⑤保持拉力不变，改变小车质量，测量a与M的关系，记录下各项数据。
四、数据处理
1. a与F的定量关系
用逐差法分别求出不同拉力作用下的加速度，以a为纵坐标，F为横坐标在坐标纸上建立直角坐标系，然后做出a-F图像，若图像是一条过原点的倾斜直线，则说明a与F成正比。
2.a与M的定量关系
用逐差法分别求出不同拉力作用下的加速度，以a为纵坐标，M为横坐标在坐标纸上建立直角坐标系，然后做出a-M图像，
发现图线是曲线，不易确定两者关系，可以改成画 图像，如果图线是一条过原点的倾斜直线，这说明a与M成反比。
如右图所示：
b
a
0
a
0
c
M
1/M
五、实验结论
1.保持物体质量不变时，物体的加速度a与受到的拉力F成正比；
2.保持拉力F不变时，物体的加速度a与物体的质量M成反比。
综合以上分析得出： m一定时，a∝F
F一定时，
六、误差分析：
1．测量误差：
（1）质量的测量．
（2）打点间隔距离的测量
2．操作误差：
（1）拉线或纸带不与木板平行．
（2）倾斜角度不当，平衡摩擦力不准
原理误差：本实验中用小桶和砝码的总重力代替小车受到的拉力(实际上小车受到的拉力要小于小盘和砝码的总重力)，存在系统误差
总结提升：为减小实验误差，可从以下几个方面改进。
用气垫导轨替代长木板
利用光电门测量加速度
小结：
一、实验方法
1、控制变量法
2、平衡摩檫力的方法
3、利用图像处理数据法
二、探究得到加速度与力、质量的关系：
m一定时，a∝F F一定时，
作业：
请利用气垫导轨、光电门、力的传感器等器材设计实验，探究加速度与力、质量的关系，形成实验报告。
要求：1、明确实验方法。
2、明确需要测量哪几个物理量？如何测量？
3、制定详细实验步骤。
注意强调：平衡摩擦力时不需要挂小桶，但需要拉着纸带一起运动。
证明过程可以不介绍，直接给出结论：
M》m时，
T≈m0g，
学习牛顿第二定律后再回过头来证明。
改进方法，可以从误差产生的原因方面分析，由学生得出来较好些。
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