物理必修 第一册第2节 科学探究:加速度与力、质量的关系教案

这是一份物理必修 第一册第2节 科学探究:加速度与力、质量的关系教案，共7页。教案主要包含了教材分析，教学目标与核心素养，物理观念，科学思维，科学探究，科学态度与责任，教学重难点，教学重点等内容，欢迎下载使用。

【教材分析】
本节选自鲁科版必修一第5章第2节，是一节实验探究课。本节通过实验探究加速度与力、质量的关系，为下一节牛顿第二定律的学习奠定基础。教材先从日常生活中常见的推车情景，提出探究问题，在进一步通过实验探究加速度与力、质量的关系。
【教学目标与核心素养】
【物理观念】能用图像分析实验数据并得出实验结论；会分析导致实验误差的原因，提出减小实验误差的措施。
【科学思维】理解探究加速度与力、质量的关系的科学探究方案，有控制变量的意识。
【科学探究】能完成“探究加速度与力、物理质量的关系”实验；能设计实验方案，有控制变量的意识；能根据数据形成结论，会分析导致误差的原因。
【科学态度与责任】在实验的设计和实施中，增强学生的沟通交流能力和实验操作能力；培养学生实事求是、科学求真的物理态度。
【教学重难点】
【教学重点】理解实验原理及设计；能根据实验方案完成实验，记录和分析实验数据得出结论。
【教学难点】根据探究方案完成实验，运用图像分析实验数据并得出实验结论，分析导致误差的原因。
【教学过程】
【导入新课】（温故知新）
1、判断物体运动状态是否改变的依据是什么？
2、根据牛顿第一定律，物体运动状态改变的原因是什么？
分别得出“速度是否改变”和“力是改变物体运动状态的原因”。以这两个问题引出“力与加速度的关系”
力 速度改变 加速度
力是产生加速度的原因
思考：加速度与力有何关系？加速度还与哪些因素有关？引出本节主题。
【新课讲授】
一、定性探究加速度与力、质量的关系
（观察思考）加速度与力、质量因素有何关系？
定性讨论1：加速度的大小与力有什么关系？
现象：车身质量一定时，推车的人越多，推力越大，车的速度改变就越快
结论1：对同一物体，作用力越大，加速度越大
定性讨论2：加速度的大小与质量有什么关系？
现象：推力一定时，空载的汽车比满载时速度变化快
结论2：对不同物体，在相同的作用下，物体质量越小，加速度越大
思考：在实际情况中，真满足这样的规律么？
二、实验探究加速度与力、质量的关系
【实验目的】
（1）探究加速度与力、质量的关系
（2）学习用控制变量法探索物理规律。
【实验方法】“加速度”与“力”、“质量”二个物理量均有关系，应该如何探究它们的关系？
引出“控制变量法”。
1、保证质量一定，探究加速度与力的关系；2、保证合外力一定，探究加速度与质量的关系
【实验器材】带定滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物（小钩码或沙桶等）、打点计时器、纸带、交流电源、天平、砝码、刻度尺
【实验原理与设计】思考：如何测量加速度、力、质量？
质量可由天平测量；加速度和力如何测量？
s1
s2
s3
s4
s5
s6
1、求加速度。可根据纸带利用逐差法求物体运动的加速度。
2、·
·
求合力。
①在本实验中，如何为运动的物体提供一个恒定的外力，又如何测出这个力？
在绳的一端挂钩码；测量钩码的重力。
②如何改进能让小车所受到的合外力等于细线上的拉力？
可以平衡摩擦力。将木板一端垫高，让不悬挂钩码的小车做匀速直线运动。
③线的拉力在什么时候等于钩码的重力？
理论计算表明：在钩码质量远小于小车质量时，线的拉力近似等于钩码的重力。
3、思考：如何改变合外力的大小？（通过改变悬挂钩码的数量来改变）
思考：如何改变运动物体的质量？（通过改变小车上砝码的数量来改变）
【实验步骤】
（1）将小车置于带有定滑轮的木板上,将纸带穿过打点计时器后挂在小车尾部。
（2）用薄垫块将木板一端垫高,调整其倾斜程度,直至小车运动时打点计时器在纸带上打出的点分布均匀为止。
（3）在细绳一端挂上重物,另一端通过定滑轮系在小车前端。注意重物质量应远小于小车质量。
（4）将小车靠近打点计时器后开启打点计时器,稍后再将小车由静止释放。打点计时器在纸带上打出一系列点,据此计算出小车的加速度。保持小车质量不变,增加重物的质量（重物总质量仍远小于小车质量）,重复实验,将小车所受的不同拉力与相应计算出的加速度记录下来。
（5）保持重物不变,增加或减少小车上的砝码以改变小车的质量，重复实验，将小车的质量与相应的加速度记录下来。
【数据处理】1. 探究加速度与合力的关系（保证小车质量不变）
思考：如何处理数据能更直观的得出结论？
F/N
2.探究加速度与质量的关系（保证小车合力不变）
m/ kg
a/

0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.20 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5
1/m (kg -1)
a/m·s -2
0.2
0.4
0.6
0.8
1.0
0 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5
【实验结论】
分析数据及图像，你得到的结论是：
（1）对同一物体，当m不变时，a与F的关系是_______________。
（2）对不同物体，当F不变时，a与m的关系是_______________。
提示：m一定时，；F一定时，
【讨论】
（1）本实验产生误差的主要原因是什么？
（2）与同学讨论，为何在该实验中要垫高木板一端？为何所挂重物的质量要远小于小车质量？（若暂时没有结论，待学习完下一节内容后再进一步研究）
（3）对探究方案有何改进建议？你还有其他设计方案吗？
【注意事项】
（1）平衡摩擦时，不能挂重物。整个实验过程只需平衡一次摩擦。
（2）实验时，先接通电源，后释放小车。
（3）为了保证细线的拉力等于小车受到的牵引力，细线要与木板保持平行。
（4）为了充分利用纸带，每次开始时，小车应尽量靠近打点计时器，为防止小车翻到地面，要在小车碰到滑轮前用手挡住小车。
【跟踪评价】实验中作出的图像有时不过原点,如图所示,造成这种现象的主要原因可能是以下现象的哪一种？
（1）平衡摩擦力时垫得太高了
（2）实验中没有平衡摩擦力或摩擦力平衡不充分
通过“跟踪评价”，让学生了解实验中因为平衡摩擦力所常出现的误差。
【练习1】（多选）在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，下列说法中正确的是（ ）
A.平衡摩擦力时，应将砝码通过定滑轮拴在小车上
B.连接砝码和小车的细绳应跟长木板保持平行
C.平衡摩擦力后，长木板的位置不能移动
D.小车释放前应靠近打点计时器，且应先接通电源再释放小车
【练习2】下列说法正确的是（ ）
A.在探究加速度与质量的关系时，只需测量一次，记录一组数据即可
B.在探究加速度与质量的关系时，为了更直观判断两者间的关系，应做图像
C.在探究加速度与力的关系时，只需测量一次，记录一组数据即可
D.在探究加速度与力的关系时，做图像应该用折线将所描绘的点依次连接实验序号
加速度α（）
拉力F（N）
1
2
3
4
5
实验序号
加速度α（）
质量m/kg
1
2
3
4
5
实验序号
加速度α（）
拉力F（N）
1
0.10
0.146
2
0.20
0.302
3
0.30
0.428
4
0.40
0.592
5
0.50
0.751