4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 优秀教案
文档属性
| 名称 | 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 优秀教案 |  | |
| 格式 | doc | ||
| 文件大小 | 941.0KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2022-02-07 10:25:47 | ||
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文档简介
《实验：探究加速度与力、质量的关系》教学设计
核心价值：
通过《实验：探究加速度与力、质量的关系》的探究过程，培养学生的实验动手操作能力、独立思考和团队协作的精神和实事求是、尊重客观规律的科学态度。
教学目标：
1. 掌握用控制变量法探究加速度与力、质量的定量关系；
2. 知道测量加速度大小的方法，掌握用图象来分析实验数据，探究物理规律的方法；
3. 了解气垫导轨减小摩擦的原理，了解光电门及数字计时器在实验中发挥的作用。
教学重点：
如何提出合理可行的实验方案，数据的分析和处理。
教学难点：
实验操作过程、实验误差分析。
教学过程：
课前：
登陆优教平台，发送预习任务。根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。
（优教提示：请登陆优教平台，发送本节预习任务）
一、知识回顾，引入新课
牛顿第一定律：
思考：物体受力不平衡时，会怎样运动呢？
1、什么是物体运动状态的改变？
物体运动状态的改变就是速度（大小和方向）发生了改变，即物体具有了加速度。
2、运动状态改变的原因是什么？
力是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因。
3、如何度量运动状态改变的难易程度？
质量大的物体的运动状态较难改变，即物体的惯性大；
质量小的物体的运动状态较易改变，即物体的惯性小；
质量是物体惯性大小的度量。
那么，加速度与力、质量之间有什么样的联系呢？
控制变量法：研究三个量之间的关系时，需要先控制一个量不变，研究另外两个量之间的关系。
二、实验探究思路
三、加速度与力的关系
生活经验：用大的力推物体，物体会获得大的加速度；而用小的力推相同的物体，物体会获得小的加速度。
猜测：加速度和力之间存在什么样的关系呢？
实验探究：
控制物体的质量不变，探究加速度与受力之间的定量关系。
两个问题：
1. 怎样测量物体的加速度？
①参考前面学习过的《实验：探究小车速度随时间变化的规律》实验中就算加速度的方法；
②可以使用光电门、数字计时器得到物体的瞬时速度。
2. 怎样提供并测量物体所受的恒力？
要求物体所受的合力恒定，且方便测量，参考前面学习过的《实验：探究小车速度随时间变化的规律》的实验装置，可用钩码拉着滑块运动，什么情况下，我们可以把钩码所受的重力直接看作滑块的合力呢？
①考虑到滑块与长木板之间有摩擦力，可用重力的分力来平衡摩擦力；考虑到加速度比较大时，拉力不等于重力，可让滑块的质量远大于钩码的总质量，则加速度较小，此时认为拉力近似等于钩码的重力。
②也可用气垫导轨、力传感器来直接测量拉力的大小。
实验器材：
气垫导轨装置（导轨、滑块、气源、光电门、光电计时器）、钩码、砝码、天平、力传感器、细绳等。
实验探究：
水平放置的气垫导轨上的滑块所受的摩擦力可以忽略时，作用在滑块上的拉力就是合外力。
实验设计：
1. 搭建好实验器材，气垫导轨水平；
2. 让滑块在钩码的作用下加速运动；
3. 记录滑块通过光电门的速度v1和v2、钩码的质量、两光电门间的距离s；
4. 保持滑块的质量不变，通过改变钩码的个数，以改变拉力的大小，重复实验多次。
（优教提示：请打开素材“动画演示：探究加速度与力的关系”）
思考：如何计算加速度呢？
计算加速度的方法：
注意：若光电计时器仅能记录滑块通过光电门的时间，由于时间很短，故可用v=d/t（d为遮光条宽度）的方法得到滑块的瞬时速度。
数据分析：将滑块质量不变时的数据记入表格进行分析
滑块的质量M= kg
钩码的质量m/kg 滑块所受拉力的大小F/N 通过光电门A的速度v1/(m/s) 通过光电门B的速度v2/(m/s) 两光电门间的距离s/m 加速度计算a/(m/s2)
同学们小组合作完成实验，把实验数据填入表格中。
数据处理：
从这些数据，同学们发现了什么样的规律呢？是否满足正比关系？
图象法处理质量不变时，加速度与合力之间的关系，以合力为横坐标、加速度为纵坐标，在坐标纸上描出相应的实验数据，作a-F的关系图象。
同学们将本小组测量的实验数据，描点在坐标纸上，并观察规律。
注意：描点连线时，要让点均匀地分布在直线的两边，误差较大的点应舍去。
探究结论：
a-F图象是一条过坐标原点的直线，表示质量一定时， a与F成正比。
四、加速度与质量的关系
同学们设计实验方案：从生活经验出发，猜想加速度与质量又成什么关系？怎样用现有的实验器材设计实验进行验证呢？
生活经验：用力推质量大的物体，物体会获得小的加速度；而用相同的力推质量小的物体，物体会获得大的加速度。
猜想：加速度可能与质量成反比。
实验探究：控制滑块的受力不变，探究加速度与质量之间的定量关系。
实验设计：
1. 保持钩码的质量不变，即滑块所受的拉力不变，记录滑块通过光电门的速度v1和v2；
2. 在滑块上增加砝码的个数，以改变滑块的质量，重复实验多次。
（优教提示：请打开素材“动画演示：探究加速度与质量的关系”）
数据分析：将滑块受力不变时的数据记入表格进行分析
滑块拉力F= N
滑块（含砝码）的质量m/kg 通过光电门A的速度v1/(m/s) 通过光电门B的速度v2/(m/s) 两光电门间的距离s/m 加速度计算a/(m/s2)
数据处理：
从这些数据，同学们发现了什么样的规律呢？是否满足正比关系？
图象法处理受力不变时，加速度与质量之间的关系，以质量为横坐标、加速度为纵坐标，在坐标纸上描出相应的实验数据，作a-M的关系图象。
作出的a-M的图象不易反映出相应的变化规律。
若a与M成反比，则a与1/M成正比。
以1/M为横坐标、加速度a为纵坐标，在坐标纸上描出相应的实验数据，作a- 1/M的关系图象。
同学们完成数据分析：a-1/M图象是一条过坐标原点的直线，表示合力一定时，a与1/M成正比，a则与M成反比。
五、实验方案拓展
用打点计时器测加速度：
（优教提示：请打开素材“动画实验：探究加速度与力、质量的关系”）
六、实验误差分析
产生原因 减小方法
偶然误差 质量、距离测量不准 多次测量求平均值
滑块所受拉力测量不准 使细绳平行于气垫导轨
作图不准 使尽可能多的点均匀分布在直线两侧，误差较大的点舍去
系统误差 用钩码的总重力代替滑块的拉力 使滑块的质量远大于钩码的总质量
分析得到如图所示的a-F图象和a-1/M图象，是什么原因引起的误差？
请同学们从平衡摩擦力不准这个原因出发，进行分析。
七、课堂小结
八、课堂训练
（优教提示：打开优教配套习题，使用互动答题卡，更快更便捷地掌握学生的学习情况）
九、课后作业
1) 完成实验报告；
2) 设计拓展实验方案中的实验过程、数据记录表格。
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核心价值：
通过《实验：探究加速度与力、质量的关系》的探究过程，培养学生的实验动手操作能力、独立思考和团队协作的精神和实事求是、尊重客观规律的科学态度。
教学目标：
1. 掌握用控制变量法探究加速度与力、质量的定量关系；
2. 知道测量加速度大小的方法，掌握用图象来分析实验数据，探究物理规律的方法；
3. 了解气垫导轨减小摩擦的原理，了解光电门及数字计时器在实验中发挥的作用。
教学重点：
如何提出合理可行的实验方案，数据的分析和处理。
教学难点：
实验操作过程、实验误差分析。
教学过程：
课前：
登陆优教平台，发送预习任务。根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现薄弱点，针对性教学。
（优教提示：请登陆优教平台，发送本节预习任务）
一、知识回顾，引入新课
牛顿第一定律：
思考：物体受力不平衡时，会怎样运动呢？
1、什么是物体运动状态的改变？
物体运动状态的改变就是速度（大小和方向）发生了改变，即物体具有了加速度。
2、运动状态改变的原因是什么？
力是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因。
3、如何度量运动状态改变的难易程度？
质量大的物体的运动状态较难改变，即物体的惯性大；
质量小的物体的运动状态较易改变，即物体的惯性小；
质量是物体惯性大小的度量。
那么，加速度与力、质量之间有什么样的联系呢？
控制变量法：研究三个量之间的关系时，需要先控制一个量不变，研究另外两个量之间的关系。
二、实验探究思路
三、加速度与力的关系
生活经验：用大的力推物体，物体会获得大的加速度；而用小的力推相同的物体，物体会获得小的加速度。
猜测：加速度和力之间存在什么样的关系呢？
实验探究：
控制物体的质量不变，探究加速度与受力之间的定量关系。
两个问题：
1. 怎样测量物体的加速度？
①参考前面学习过的《实验：探究小车速度随时间变化的规律》实验中就算加速度的方法；
②可以使用光电门、数字计时器得到物体的瞬时速度。
2. 怎样提供并测量物体所受的恒力？
要求物体所受的合力恒定，且方便测量，参考前面学习过的《实验：探究小车速度随时间变化的规律》的实验装置，可用钩码拉着滑块运动，什么情况下，我们可以把钩码所受的重力直接看作滑块的合力呢？
①考虑到滑块与长木板之间有摩擦力，可用重力的分力来平衡摩擦力；考虑到加速度比较大时，拉力不等于重力，可让滑块的质量远大于钩码的总质量，则加速度较小，此时认为拉力近似等于钩码的重力。
②也可用气垫导轨、力传感器来直接测量拉力的大小。
实验器材：
气垫导轨装置（导轨、滑块、气源、光电门、光电计时器）、钩码、砝码、天平、力传感器、细绳等。
实验探究：
水平放置的气垫导轨上的滑块所受的摩擦力可以忽略时，作用在滑块上的拉力就是合外力。
实验设计：
1. 搭建好实验器材，气垫导轨水平；
2. 让滑块在钩码的作用下加速运动；
3. 记录滑块通过光电门的速度v1和v2、钩码的质量、两光电门间的距离s；
4. 保持滑块的质量不变，通过改变钩码的个数，以改变拉力的大小，重复实验多次。
（优教提示：请打开素材“动画演示：探究加速度与力的关系”）
思考：如何计算加速度呢？
计算加速度的方法：
注意：若光电计时器仅能记录滑块通过光电门的时间，由于时间很短，故可用v=d/t（d为遮光条宽度）的方法得到滑块的瞬时速度。
数据分析：将滑块质量不变时的数据记入表格进行分析
滑块的质量M= kg
钩码的质量m/kg 滑块所受拉力的大小F/N 通过光电门A的速度v1/(m/s) 通过光电门B的速度v2/(m/s) 两光电门间的距离s/m 加速度计算a/(m/s2)
同学们小组合作完成实验，把实验数据填入表格中。
数据处理：
从这些数据，同学们发现了什么样的规律呢？是否满足正比关系？
图象法处理质量不变时，加速度与合力之间的关系，以合力为横坐标、加速度为纵坐标，在坐标纸上描出相应的实验数据，作a-F的关系图象。
同学们将本小组测量的实验数据，描点在坐标纸上，并观察规律。
注意：描点连线时，要让点均匀地分布在直线的两边，误差较大的点应舍去。
探究结论：
a-F图象是一条过坐标原点的直线，表示质量一定时， a与F成正比。
四、加速度与质量的关系
同学们设计实验方案：从生活经验出发，猜想加速度与质量又成什么关系？怎样用现有的实验器材设计实验进行验证呢？
生活经验：用力推质量大的物体，物体会获得小的加速度；而用相同的力推质量小的物体，物体会获得大的加速度。
猜想：加速度可能与质量成反比。
实验探究：控制滑块的受力不变，探究加速度与质量之间的定量关系。
实验设计：
1. 保持钩码的质量不变，即滑块所受的拉力不变，记录滑块通过光电门的速度v1和v2；
2. 在滑块上增加砝码的个数，以改变滑块的质量，重复实验多次。
（优教提示：请打开素材“动画演示：探究加速度与质量的关系”）
数据分析：将滑块受力不变时的数据记入表格进行分析
滑块拉力F= N
滑块（含砝码）的质量m/kg 通过光电门A的速度v1/(m/s) 通过光电门B的速度v2/(m/s) 两光电门间的距离s/m 加速度计算a/(m/s2)
数据处理：
从这些数据，同学们发现了什么样的规律呢？是否满足正比关系？
图象法处理受力不变时，加速度与质量之间的关系，以质量为横坐标、加速度为纵坐标，在坐标纸上描出相应的实验数据，作a-M的关系图象。
作出的a-M的图象不易反映出相应的变化规律。
若a与M成反比，则a与1/M成正比。
以1/M为横坐标、加速度a为纵坐标，在坐标纸上描出相应的实验数据，作a- 1/M的关系图象。
同学们完成数据分析：a-1/M图象是一条过坐标原点的直线，表示合力一定时，a与1/M成正比，a则与M成反比。
五、实验方案拓展
用打点计时器测加速度：
（优教提示：请打开素材“动画实验：探究加速度与力、质量的关系”）
六、实验误差分析
产生原因 减小方法
偶然误差 质量、距离测量不准 多次测量求平均值
滑块所受拉力测量不准 使细绳平行于气垫导轨
作图不准 使尽可能多的点均匀分布在直线两侧，误差较大的点舍去
系统误差 用钩码的总重力代替滑块的拉力 使滑块的质量远大于钩码的总质量
分析得到如图所示的a-F图象和a-1/M图象，是什么原因引起的误差？
请同学们从平衡摩擦力不准这个原因出发，进行分析。
七、课堂小结
八、课堂训练
（优教提示：打开优教配套习题，使用互动答题卡，更快更便捷地掌握学生的学习情况）
九、课后作业
1) 完成实验报告；
2) 设计拓展实验方案中的实验过程、数据记录表格。
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