高二物理4.2《實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系》教案（新人教版必修1）

1114.2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系一、 教材分析牛頓第二定律是動(dòng)力學(xué)的核心規(guī)律，是本章重點(diǎn)和中心內(nèi)容，而探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系是學(xué)習(xí)下一節(jié)的重要鋪墊.本節(jié)是探索規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，重點(diǎn)就是讓學(xué)生親身體驗(yàn)探究過程.在教師的引導(dǎo)下學(xué)生動(dòng)手、動(dòng)腦進(jìn)行設(shè)計(jì)研究，體會(huì)通過控制變量來研究物理規(guī)律的重要方法，在研究電阻、電容等實(shí)驗(yàn)中都會(huì)用到此法.只有讓學(xué)生在實(shí)際的設(shè)計(jì)和操作中才能使學(xué)生體會(huì)到物理學(xué)研究的方法，達(dá)到掌握方法、提高能力的目的.二、 教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能 1.理解物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關(guān)，也與質(zhì)量有關(guān). 2.通過實(shí)驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系. 3.培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力. 過程與方法 1.使學(xué)生掌握在研究三個(gè)物理量之間關(guān)系時(shí)，用控制變量法實(shí)現(xiàn). 2.指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)原理去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，得出結(jié)論. 3.幫助學(xué)生會(huì)分析數(shù)據(jù)表格，利用圖象尋求物理規(guī)律. 情感態(tài)度與價(jià)值觀 1.通過實(shí)驗(yàn)探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神. 2.使學(xué)生養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，樂于探究自然界的奧秘，能體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅. 3.培養(yǎng)學(xué)生的合作意識(shí)，相互學(xué)習(xí)、交流、共同提高的學(xué)習(xí)態(tài)度.三、 教學(xué)重點(diǎn) 1.怎樣測(cè)量物體的加速度. 2.怎樣提供和測(cè)量物體所受的力.四、 教學(xué)難點(diǎn)指導(dǎo)學(xué)生選器材，設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，作出圖象，得出結(jié)論.五、 教學(xué)過程導(dǎo)入新課 情景導(dǎo)入 多媒體播放十字路口紅綠燈時(shí)摩托車、載重汽車減速停止與加速啟動(dòng)的畫面.圖4-2-1 通過以上畫面我們可以看出，摩托車啟動(dòng)很快，而載重汽車啟動(dòng)很慢，這是為什么呢？ 復(fù)習(xí)導(dǎo)入 復(fù)習(xí)提問：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變是指哪個(gè)物理量的改變？標(biāo)志物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化快慢的物理量是什么？ 回答：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變是指速度的改變，加速度是反映物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)變化快慢的物理量. 通過上一節(jié)學(xué)習(xí)，我們知道：物體的質(zhì)量越大，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變；物體的質(zhì)量越小，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)較易改變.請(qǐng)同學(xué)們根據(jù)上節(jié)所學(xué)知識(shí)及日常見聞實(shí)例猜測(cè)一下：加速度的大小與哪些物理量有關(guān)？ 學(xué)生猜想：加速度的大小與物體的受力、質(zhì)量有關(guān).推進(jìn)新課 既然物體的加速度與物體的質(zhì)量和它受到的力有關(guān)，到底存在怎樣的關(guān)系，請(qǐng)同學(xué)們討論一下，通過什么實(shí)例可定性地說明它們之間的關(guān)系. 學(xué)生討論后回答： 1.質(zhì)量大的物體加速度小.如：并駕齊驅(qū)的大貨車與小汽車在相同的制動(dòng)力下，小汽車停下來用的時(shí)間少. 2.受力大的物體加速度大.如：賽車和普通小汽車質(zhì)量相近，但賽車安裝了強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)，牽引力大，提速很快. 點(diǎn)評(píng)：通過類似的實(shí)例使學(xué)生獲得感性認(rèn)識(shí)，為下一步定量研究作好鋪墊.下面我們來定量探究一下這三個(gè)量之間的關(guān)系. 加速度的大小與物體的受力和物體的質(zhì)量有關(guān)，那么我們應(yīng)用什么方法來研究加速度的大小與物體的受力和物體的質(zhì)量之間的定量關(guān)系呢？ 學(xué)生思考后回答：可以先研究加速度與物體受力的關(guān)系，再研究加速度與物體的質(zhì)量的關(guān)系. 教師總結(jié)：當(dāng)研究三個(gè)物理量之間的關(guān)系時(shí)，先要保持某個(gè)量不變，研究另外兩個(gè)量之間的關(guān)系，再保持另一個(gè)量不變時(shí)，研究其余兩個(gè)量之間的關(guān)系，然后綜合起來得出結(jié)論.這種研究問題的方法叫控制變量法，是物理學(xué)中研究和處理問題時(shí)經(jīng)常用到的方法. 下面通過控制變量法研究一下加速度與物體受力和質(zhì)量的關(guān)系. 一、加速度與力的關(guān)系 讓學(xué)生閱讀課本，明確以下兩個(gè)方面內(nèi)容： 1.實(shí)驗(yàn)的基本思路：保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量不同力下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系. 2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：根據(jù)定性分析判斷結(jié)果：力越大，加速度越大，猜測(cè)aF,Fn. （1）設(shè)計(jì)表格，如：次數(shù)項(xiàng)目123456F/Na/（ms-2） (2)建立坐標(biāo)系如圖4-2-2： 圖4-2-2 （3）描點(diǎn) （4）連線 通過得到的圖線，分析a與F的關(guān)系.實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)a-F圖象是一條過原點(diǎn)的直線.改變小車的質(zhì)量重復(fù)上面步驟，看得出的圖象有什么不同. 二、加速度與質(zhì)量的關(guān)系 讓學(xué)生閱讀課本，明確以下兩個(gè)方面的內(nèi)容： 1.實(shí)驗(yàn)的基本思路：保持物體受力不變，測(cè)量不同質(zhì)量下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系. 2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：根據(jù)定性分析判斷結(jié)果：質(zhì)量越大，加速度越小，猜測(cè)a, （1）設(shè)計(jì)表格，如：次數(shù)項(xiàng)目123456a/ms-2m/kg/kg-1/kg-n （2）建立坐標(biāo)系如圖4-2-3：a-或a-圖4-2-3 （3）描點(diǎn) （4）連線 得到圖線分析，分析a與m的關(guān)系. 為了增強(qiáng)學(xué)生做實(shí)驗(yàn)的目的性，引導(dǎo)學(xué)生分析以下內(nèi)容： 這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量有三個(gè)：物體的速度、物體所受的力、物體的質(zhì)量.質(zhì)量可用天平測(cè)量，本實(shí)驗(yàn)要解決的主要問題是怎樣測(cè)量加速度和怎樣提供與測(cè)量物體受到的力. 三、制定實(shí)驗(yàn)方案時(shí)的兩個(gè)問題圖4-2-4 1.怎樣測(cè)量（或比較）物體的加速度，你能想到哪些方法？讓學(xué)生思考后回答：用如圖4-2-4所示的裝置：在一端有滑輪的長(zhǎng)木板上，放一小車，通過細(xì)繩另一端的鉤碼拉小車. （1）讓物體做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，用刻度尺測(cè)量物體運(yùn)動(dòng)的位移，用秒表測(cè)量出運(yùn)動(dòng)的時(shí)間，由x=at2公式算出. （2）讓物體做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng).在運(yùn)動(dòng)物體后安裝一條通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來測(cè)量加速度. （3）直接用加速度計(jì)測(cè)量. 總結(jié)：這些方法的共同特點(diǎn)是直接測(cè)出了加速度的大小，我們要探究的是加速度與其他量之間的比例關(guān)系，如果不直接測(cè)出加速度，我們能否找出加速度和質(zhì)量之間的定量關(guān)系呢？ 學(xué)生思考后回答： 如果測(cè)出兩個(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移x1、x2,位移之比就是加速度之比. 如果測(cè)出兩個(gè)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)物體在相同位移內(nèi)所用時(shí)間t1、t2，時(shí)間比的平方就是加速度之比的倒數(shù). 2.怎樣提供和測(cè)量物體所受的恒力. 現(xiàn)實(shí)中，除了真空中拋出或落下的物體（僅受重力）外，僅受一個(gè)力的物體幾乎是不存在的.然而，一個(gè)單獨(dú)的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，實(shí)驗(yàn)中力F的含義可以是物體所受的合力.那么，如何為一個(gè)運(yùn)動(dòng)的物體提供一個(gè)恒定的合力？如何測(cè)出這個(gè)合力呢？ 交流討論：用前邊測(cè)加速度的器材，使物體做勻加速運(yùn)動(dòng)的力就是物體的合力，這個(gè)合力就等于鉤碼的重力.通過改變鉤碼的個(gè)數(shù)就可以改變物體所受的合力，通過測(cè)量鉤碼的重力就可測(cè)得物體所受的合力. 注意事項(xiàng)： （1）在鉤碼質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量的條件下，鉤碼的重力大小才近似等于小車所受合力.（至于為什么，以后再討論） （2）小車在運(yùn)動(dòng)時(shí)還受到木板對(duì)它的滑動(dòng)摩擦力，那么我們?nèi)绾螠p小滑動(dòng)摩擦力，使物體所受的合力盡可能接近鉤碼的重力？ 學(xué)生交流討論，大膽設(shè)想，并小組總結(jié). 結(jié)論：（1）換用接觸面光滑的木板. （2）平衡滑動(dòng)摩擦力.方法：將木板一端墊高，讓小車從木板上能勻速滑動(dòng). 根據(jù)上面討論的內(nèi)容選定自己的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù). 學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，教師巡回指導(dǎo). 四、怎樣由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)結(jié)束后，利用前面的方法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，讓小組代表發(fā)言. 教師對(duì)各小組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)方案、數(shù)據(jù)處理方法、實(shí)驗(yàn)結(jié)論等情況進(jìn)行評(píng)價(jià)，讓學(xué)生明確，只要設(shè)計(jì)方案合理，親身體驗(yàn)探究過程，至于能否得出正確結(jié)果并不多么重要.六、 課堂小結(jié)本節(jié)課以實(shí)驗(yàn)為依據(jù)，采用控制變量法進(jìn)行研究.根據(jù)已掌握的物理知識(shí)自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案、探索物理規(guī)律是物理學(xué)研究的重要方法.其基本思路是： 提出問題猜想（作出假設(shè)）進(jìn)行實(shí)驗(yàn)（收集數(shù)據(jù)）數(shù)據(jù)分析得出結(jié)論反復(fù)驗(yàn)證得出定律. 111