《物理（医药卫生类）》教案 高职 2.4探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系

第二章牛顿运动定律教案名称：学生实验：探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系教学目标：1.理解探究加速度与力、质量关系的实验设计思路，知道加速度与力成正比，与质量成反比；（观念形成）2.加强对控制变量法的认识，形成科学思维；（思维培养）3.经历实验探究和测量过程，通过图像处理实验数据，掌握减少实验误差的方法，提升实验设计与操作的能力；（能力提升）4.体会探究实验的科学性和严谨性，养成实事求是、严谨的科学态度。（科学态度与责任）教学准备：实验器材：气垫导轨、气源、游标卡尺、数字毫秒计、物理天平、砝码、砝码盘、细绳、滑块（含遮光条）等；多媒体材料：PPT课件。教学过程：一、实验预备情境创设：MEMS加速度计是一种基于微机电系统（MEMS）技术的传感器，常用于测量物体的线性加速度和运动状态。在MEMS加速度计中，存在三个主要的组成部分：上下电容板和中间的电容板。上下电容板被固定在芯片上，而中间的电容板则被设计成悬臂结构。当受到加速度或速度变化时，中间电容板所受的惯性力会超过固定或支撑它的力，从而使得中间电容板发生移动，进而改变上下电容板之间的距离。由此可见，测量加速度的方法越来越智能化，提问学生是否思考过我们为什么要测量加速度？以及哪些因素影响加速度的大小，展开分组讨论。通过分析进行猜想：猜想一：加速度与质量有关，质量越大，加速度越小。猜想二：加速度与物体受力有关，所受合外力越大，加速度越大。探究方案与设计：通过控制变量法，保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系。再保持合外力不变，探究加速度与质量的关系。通过a－F图象和a－1m二、学生实验实验步骤：1.安装与测量：按如图1所示安装实验装置。用游标卡尺测出滑块上挡光片的计时宽度Δs,从导轨上的标尺读出两个光电门之间的距离s。用天平测量小盘和砝码的质量m′和滑块的质量m。图1实验装置示意图2.实验准备：打开气源，放上滑块，调节气垫导轨水平，使得滑块能静止在导轨上。在细绳的一端挂上砝码盘，另一端通过定滑轮系在滑块前端。调节滑轮的倾角，使细绳与导轨平行。3.探究加速度与合外力的关系：在砝码盘中放入砝码，将滑块从远离滑轮的另一端由静止释放，从数字毫秒计上读出滑块通过两个光电门的时间t1和t2。保持滑块的质量不变，增加砝码盘中砝码的质量，多次重复实验。4.探究加速度与质量的关系：保持砝码盘中砝码的质量不变，通过更换质量不同的滑块以增大或减小滑块的质量，多次重复实验。5.整理器材数据记录与处理：将实验中所涉及的数据记录在表格相应的位置，并计算加速度。滑块两次通过光电门的速度分别为v1=∆st1和v2=∆st2，则其运动加速度为a根据实验数据,在坐标纸上绘制a−F、a−m和a－1m图像。根据图像，判断物体运动的加速度a与其所受的力F三、交流与评价讨论交流：结果与分析：对实验数据、图像进行分析，在质量不变的情况下，总结物体的加速度与所受的力的关系；在物体受力一定的情况下，总结物体的加速度与质量的关系。交流与讨论（1）本实验操作过程中要求砝码及砝码盘的总质量远小于滑块的质量，思考这样做的原因。（2）简要分析产生误差的原因。（3）如果a−F图像随着3.实验方案优化根据所学知识，除了教材中提供的方案你能设计出比本实验方案更优化的实验方案吗?可以尝试利用MEMS加速度计测量物体的加速度吗？拓展延伸：（教材实践与练习第三题）某同学在做“探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系”的实验时，把两个实验的数据都记录在表2.4.3中。数据是按加速度的大小排列的，两个实验的数据混在一起，且有两个加速度数据模