实验探究加速度与力质量的关系教案

5.2实验：探究加速度与力、质量的关系(2课时)★教学目标(一)知识与技能1.学会通过实验探究物体加速度与力、质量的关系2.在实验中掌握打点计时器的用法3.对自己的实验结果进行归纳分析(二)过程与方法4.根据所学知识及日常经验初步分析a、F、m三个物理量间的关系（定性分析）。5.采用控制变量的方法，通过实验对a、F、m三个物理量间的数量关系进行定量研究；运用列表法及图象法处理数据；根据实验数据，归纳、推理实验结论（定量分析）。(三)情感态度与价值观6.通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神7.学会与他人合作、交流，具有团队意识和团队精神。★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.实验数据的分析和处理。★教学难点：1.控制变量法的使用，在老师的指导下提出切实可行的实验方案2.实验操作，误差来源分析★教学用具：．小车、砝码、小桶、细线、一端附有定滑轮的长木板、垫木、★教学过程（一）引入新课（教师活动）物体的运动状态变化的快慢，也就是物体加速度的大小，与物体的质量有关，例：一般小汽车从静止加速到100km/h，只需十几秒的时间，而满载的货车加速就慢得多。物体的运动状态变化的快慢，也与物体受力有关例：竞赛用的小汽车，质量与一般的小汽车相仿，但因为安装了强大的发动机，能够获得巨大的牵引力，可以在四五秒的时间内从静止加速到100km/h（学生活动）学生根据事实总结得出定性结论：物体的质量一定时，受力越大，其加速度越大；物体受力一定时，它的质量越小，加速度也越大。（提出问题）物理学并不满足于这样的定性的描述，物体的加速度与它受的力、它的质量有什么定量的关系？（二）教学过程设计1.实验方案的确定（教师活动）加速度的大小既与物体的受力有关，又和物体的质量有关，那么我们应采用什么方法来研究加速度的大小与物体的受力和物体的质量之间的定量关系呢？（学生活动）可以先研究加速度与物体受力的关系，再研究加速度与物体的质量的关系。（教师活动）这种研究问题的方法叫控制变量法，是物理学中研究和处理问题时经常用到的方法。同学们刚刚提到的研究方法就是控制变量法，在这个实验中应如何控制？2.制定实验方案时的几个问题思路：实验中需要测量的物理量有三个：物体的加速度、物体所受的力、物体的质量。质量可以用天平测量，本实验要解决的主要问题是怎样测量加速度和怎样提供和测量物体所受的力。怎样测量（或比较）物体的加速度（学生活动）加速度的测量：由纸带根据公式Δx＝aT2，结合逐差法计算出小车的加速度（教师活动）复习求加速度的个物理量的含义怎样测量物体所受的力（教师活动）在现实中，仅受一个力的情况几乎是不存在的。一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，在实验中我们只要测出物体所受的合力即可。又如何测出这个合力呢？（学生活动）可以在绳的一端挂钩码，另一端跨过定滑轮拉物体，使物体做匀加速运动的力就是物体的合力，这个合力等于钩码的重力。通过测量钩码的重力就可测得物体所受的合力。（教师活动）那么如何减小滑动摩擦力，使我们所测得的钩码重力尽可能接近于物体所受的合力？（学生活动）讨论减小滑动摩擦力的方法（1）使用光滑的木板；（2）平衡滑动摩擦力。将木板一端垫高，让物体从木板上匀速滑下，此时物体的重力分力就等于物体所受的摩擦力。（教师活动）提醒学生注意，即使平衡了摩擦力，拉力与所挂钩码的重力也不相等，当盘和砝码的质量比小车的质量小很多时，两个力才近似相等。但现有知识不能证明。3.探究加速度与力的关系思路：保持物体的质量不变，测量物体在不同的力作用下的加速度，分析加速度与力的关系。（教师活动）当我们改变物体受到合力时，物体的加速度也会改变。那么我们如何改变物体所受的合力呢？（学生活动）改变挂上钩码的个数就可以改变对物体的合力。（学生活动）具体进行实验（教师活动）巡回进行指导（学生活动）实验数据分析：1、设计表格，把同一物体受到的力与对应的加速度填在表中。2、以a为纵坐标、F为横坐标，根据数据作a—F图象，用曲线拟合测量点，找出规律，分析a与F的关系。实验次数加速度a/m·s-2小车受力F/N1234结论：由于图象上的各点在一条过原点的直线上，所以当m不变时，a与F的关系是。4.探究加速度与质量的关系思路：保持物体所受的力相同，测量不同质量的所需物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。（教师活动）如何能达到改变小车质量的目的？（学生活动）通过向小车上增减不同质量的砝码，达到改变小车质量的目的。（学生活动）实验数据分析：1、设计表格，把不同物体在相同的力下物体的质量与对应的加速度填在表中。2、以a为纵坐标、m为横坐标，根据数据作a—m图象，分析a与m的关系。根据a—m图象反映出F不变时，质量m越大，加速度a越小，由此判断可能是a与m成反比，但从图象中并不能看出这种关系，也可能是a与m2反比，或是更复杂的关系。能想到a与m成反比，实际上就是a与成正比，转为探究a与的关系。以a为纵坐标，为横坐标建立坐标系，根据a—图象是不是过原点的直线，就能判断a是不是与质量m成反比。结论：由于a—1/m图象上的各点在一条过原点的直线上，所以当F不变时，a与m的关系是实验次数加速度a/m·s-2小车质量m/kg小车质量倒数1/m/kg-11234（三）、实验步骤1．用天平测出小车的质量M，并把数值记录下来．2．按图424所示的装置把实验器材安装好(小车上先不系绳)．图4243．平衡摩擦力：在长木板不带定滑轮的一端下面垫一木块，反复移动木块位置，直到轻推小车在斜面上运动时可保持匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)．4．在小桶里放入适量的砂，通过细绳系在小车上，在小车上加放适量的砝码，用天平测出小桶和砂的质量m，记录下来．接通电源，放开小车，待打点计时器在纸带上打好点后取下纸带，并设计表格如下．5.保持小车的质量不变，改变砂和小桶的质量，按步骤4再做5次实验．6．在每条纸带上选取一段比较理想的部分，算出每条纸带对应的加速度的值，填入表格中．7．用纵坐标表示加速度，横坐标表示作用力，根据实验结果画出小车运动的aF图象，从而得出aF的关系．8．保持砂和小桶的质量不变，在小车上加放砝码，重复上面的实验，求出相应的加速度，并设计表格如下．根据实验结果画出小车运动的aeq\f(1,M)图象，从而得出aM的关系．（四）、误差分析1．在实验中，我们认为钩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，钩码重力比较小，且板合理倾斜的情况下，实验结果才比较理想．2．在长度测量过程中也存在偶然误差，可多次测量取平均值．3．利用描点作图像使测出的点尽量对称分布于直线两侧，离直线较远的点看成是错误的数据，可舍去不予考虑．（五）、注意事项1．平衡摩擦力时不要挂重物，整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力．2．实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量．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．作图像时，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两侧．离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑．★课堂检测1．在研究物体的加速度、作用力和质量三个物理量的关系时，我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力之间的关系”；又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是（）A．建立理想模型的方法B．控制变量法C．等效替代法D．类比法2．如图是根据探究加速度与力的关系的实验数据描绘的a－F图象，下列说法正确的是（）A．三条倾斜直线所对应的滑块和橡皮泥的质量相同B．三条倾斜直线所对应的滑块和橡皮泥的质量不同C．直线1所对应的滑块和橡皮泥的质量最大D．直线3所对应的滑块和橡皮泥的质量最大3.用如图425所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：图425A．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量；B．按图装好实验器材；C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶；D．将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量；E．保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M