高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系优质教案

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系优质教案，共9页。教案主要包含了实验思路，物理量的测量，进行实验与数据分析，实验结论与误差分析，课堂练习等内容，欢迎下载使用。

备课人
学科
物理
课题
4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
教学内容分析
教科书引导学生从牛顿第一定律出发，提出探究加速度与力、质量关系的必要性，并从实验思路设计、物理量的测量、实验过程和数据分析几个方面引导学生完成探究。实验的基本思路对于学生来说并不困难，因此整个教学过程应该更加重视让学生体会探究的实质:鼓励学生提出科学问题;设计更多的实验方案(并不一定全都实施);引导学生解决实验中遇到的问题;尝试用多种方法处理数据，基于实验数据得出结论;以及培养学生对探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。
学情分析
学生对于如何求加速度的在必修一的第二章中已经学习了诸如利用打点计时器和逐差法求加速度的方法、运动学的基本公式等必要的知识，因此对加速度的测量和求解是没有太多知识上的困难的。同时，学生也具备了一定的实验设计和探究能力。
教学目标
1.能够设计探究加速度与力、质量的关系实验方案。
2.能够完成实验的操作和测量过程，以及通过控制变量法对数据进行图像处理，体验如何平衡摩擦力，减小系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作方法。
教学重难点
1.怎样测量物体的加速度；（重点）
2.平衡摩擦力和测量物体所受的合外力；（重点）
3.对平衡摩擦力方法的理解以及测量物体所受的合力的方法；（难点）
4.指导学生选器材、设计方案、进行实验、作出图像、得出结论。（难点）
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
思考与讨论：
(1)由牛顿第一定律的学习，什么是改变物体运动状态的原因？
(2)由牛顿第一定律的学习，质量的大小对物体状态的改变是否有影响？
(3)我们知道描述物体状态改变的物理量是速度，那么速度变化的快慢我们通常用哪个物理量来描述？
(4)加速度与力、质量之间存在怎样的定量关系呢？
学生分组讨论并回答问题
复习牛顿第一定律
通过问题设置，让学生知道力、质量、加速度直接有某种关联
讲授新课
一、实验思路
思考与讨论：
(1)当我们要探究某个物理量与另外两个或多个物理量之间的定量关系时，我们在探究过程中通常需要如何来做比较合理？
(2)我们在探究加速度与力、质量的关系时，我们应当如何应用控制变量法来进行实验？
(3)根据以上讨论，你认为实验过程中我们需要测量哪些物理量呢？
(4)为最终实现对加速度与力、质量关系的探究，你是否可以用以下实验器材设计一个或几个方案完成这一任务呢？
二、物理量的测量
（一）物理量的测量
1.质量的测量：用天平测量
2.加速度的测量：
方法一：如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，则可利用刻度尺测量位移和秒表测量时间，然后由公式 a=(2x)/t2可算出。
方法二：利用打点计时器进行实验，根据纸带上打出的点可测量加速度。
方法三：利用比值法。由于 a=(2x)/t2测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1，x2，位移之比就是加速度之比
思考与讨论：
(1)在此实验中，通过测力计用手直接给小车施加一个恒力是否可行？
(2)若不能用测力计直接给小车施加一个恒力，你认为哪种方法更合适？
(3)此种方法中，对于小车来说，受到几个力的作用？如何消除沿板方向摩擦力的影响呢？
3.力的测量：
(1)平衡摩擦力：把轨道的一端垫高，使重力的分力Gsinθ与摩擦力Ff平衡。

(2)具体操作：先不加细线，轨道无定滑轮一端垫高，使小车连同纸带下滑，若纸带上打出点间隔相等，则为匀速下滑，从而消除摩擦力的影响。
(3)注意事项：
①多次测量，摩擦力只需要平衡一次摩擦；
②在槽码的质量远小于小车质量时，绳的拉力大小等于槽码重力大小。（学习了第三节后解释）
（二）实验方案
1.方案一：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系
实验装置如图 4.2-2 所示。把木板的一侧垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动。通过改变槽码的个数而改变小车所受的拉力，通过处理打点计时器打下点的纸带来测量加速度。保持小车受的拉力不变，通过增减小车中的重物改变小车的质量。处理纸带上打出的点来测量加速度。
2.方案二：通过位移之比测量加速度之比
将两辆相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可以放不同的重物。平衡摩擦后，用黑板擦把两条细线同时按压在木板上。抬起黑板擦，两小车同时开始运动，按下黑板擦，两小车同时停下来。用刻度尺测出两小车移动的位移x1、x2。由于两小车运动时间t相同，从它们的位移之比就可以得出加速度之比。在盘中重物相同的情况下，通过增减小车中的重物改变小车的质量。
三、进行实验与数据分析
（一）用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系
1.实验步骤：
(1)用天平测出小车的质量为M0，并把数值记录下来。
(2)平衡摩擦力后，按图将实验器材安装好。
(3)将槽码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槽码的重力m0g。
(4)保持小车的质量不变，改变所挂槽码的重力，重复步骤(3)，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好槽码的重力m1g、m2g、…以及计算出相应纸带的加速度填入表格1。
表格1(物体的质量一定，加速度与受力的关系)
实验次数
加速度a/(m·s-2)
小车受力F/N
1
2
3
4
5
(5)保持槽码的质量不变，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。
(6)继续在小车上加放砝码，重复步骤(5)，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码。
(7)计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格2。
表格2(物体受到的外力一定，加速度与质量的关系)
实验次数
加速度a/(m·s-2)
小车与砝码总质量M/kg
小车与砝码总质量的倒数1/M(/kg-1)
1
2
3
4
5
2.数据分析：
(1)a－F图像（请同学们根据测得数据在坐标纸上绘制）
(2)a－M图像（请同学们根据测得数据在坐标纸上绘制）
(3)a－1/M图像（请同学们根据测得数据在坐标纸上绘制）
【实验演示】
（二）通过位移之比法探究加速度与力、质量的关系
1.实验步骤：
(1)用天平测出小车和托盘的质量，并把数值记录下来。
(2)平衡摩擦力后，按图将实验器材安装好。
(3)保持两小车的质量相同且不变，改变两个所挂托盘中砝码的数量，多做几次实验，记录好两个托盘和砝码的重力作为两小车的拉力F，以及用刻度尺测量出每次两个小车发生的位移x，填入表格3。
表格3(物体的质量一定，加速度与受力的关系)
次数
小车
拉力F/N
F1/F2
位移x/m
x1/x2
1
甲
乙
2
甲
乙
3
甲
乙
(4)保持两小车所挂两个托盘和其中砝码的质量相同且保持不变，改变两小车中砝码质量，多做几次实验，记录小车和所加砝码的质量M，以及用刻度尺测量出每次两个小车发生的位移x，填入表格4。
表格4(物体受到的外力一定，加速度与质量的关系)
次数
小车
质量M/kg
M1/M2
位移x/m
x1/x2
1
甲
乙
2
甲
乙
3
甲
乙
2.数据分析：
(1)x1/x2-F1/F2图像（请同学们根据测得数据在坐标纸上绘制）
(2)x1/x2-M2/M1图像（请同学们根据测得数据在坐标纸上绘制）
【实验演示】
四、实验结论与误差分析
（一）实验结论
1.保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受合外力F成正比。
2.在力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比。
（二）误差分析
1.在实验中，我们认为槽码的重力就等于小车所受的合力。但这是有误差的，只有在小车质量比较大，槽码质量比较小且长木板合理倾斜的情况下，实验结果才比较理想。
2.质量测量、长度测量中也存在偶然误差，可通过多次测量取平均值的方法来减小误差。
3.阻力补偿不准而造成误差。
4.描点作图时存在误差。
五、课堂练习
学生分组讨论
学生分组设计实验方案
学生识记记录方法
学生分组讨论并回答问题
学生识记记录
学生根据小组讨论结果，写出实验方案
学生分组实验
学生记录实验数据
学生记录实验数据
学生作图进行数据分析
学生观看视频
学生分组实验
学生记录实验数据
学生记录实验数据
学生作图进行数据分析
学生观看视频
学生识记记录
学生识记记录
学生练习
明确控制变量法何种情况用
明确如何用控制变量法
培养学生独立思考和设计实验的能力
让学生明确需要测哪些物理量以及如何测的问题
引导学生思考如何提供恒定拉力
引导学生思考为什么要消除摩擦力的影响
明确平衡摩擦力的方法
让学生明确实验方案的实验原理
培养学生实验动手能力
培养学生实验动手能力
培养学生实验动手能力
培养学生数据处理的能力
规范实验操作
培养学生实验动手能力
培养学生实验动手能力
培养学生实验动手能力
培养学生分析数据的能力
规范实验操作
明确加速度和力、质量的关系，达到实验的目的
让学生明确产生误差的原因和减小误差的方法
巩固提高
课堂总结
板书设计
§4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系
一、实验思路
二、物理量的测量
1.质量：天平
2.加速度：
方法一：a=(2x)/t2
方法二：利用打点计时器进行实验，根据纸带上打出的点可测量加速度
方法三：利用比值法
3.力的测量：平衡摩擦力
三、进行实验与数据分析
四、实验结论与误差分析
1.保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受合外力F成正比。
2.在力F不变时，物体的加速度a与质量M成反比。
作业设计
教学反思与评价