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共1课时
2 实验：探究加速度与力… 高中物理 人教2003课标版 1教学目标知识目标 （1）学会用控制变量法探究加速度与力和质量的定量关系 （2）学会应用图像法分析处理实验数据，得出加速度与力成正比，与质量成反比 技能目标 （1）指导学生体验科学探究的各个环节 （2）帮助学生分析数据表格，利用图象寻求物理规律. （3）经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验如何平衡摩擦阻力、减小系统误差的操作办法。 情感目标 （1）通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神，培养学生动手操作能力 （2）培养学生尊重事实，实事求是的科学态度，乐于探究自然界的奥秘，能体验探索自然规律的艰辛与喜悦. 2学情分析前面已经学习过加速度是描述速度变化快慢的物理量，而从前一节牛顿第一定律中知道力是改变物体运动状态的原因，学生对加速度与力、质量的关系的理解只是简单的定性关系。 学生已接触过“控制变量法”，并初步了解了探究性实验的研究方法，在本实验中，老师只要作一些必要的指导，学生应能完成实验操作。但关于纸带的数据分析是学生学习中的一个难点，是历次考试中的易错点，有必要在实验数据时加以回顾。 3重点难点教学重点：加速度与物体受力、物体质量的关系的实验探究过程。 教学难点：指导学生猜想加速度与力、质量的关系，实验数据处理及分析论证得出结论 4教学过程 4.1 第一课时 教学活动 活动1【导入】新课导入回顾分析1：牛顿第一定律内容：一切物体总有保持匀速直线运动状态或静止状态，除非有作用在它上面的力迫使改变这种状态。 师 ：牛顿第一定律定性地描述了物体的运动和力的关系。当物体受到的合外力不为0时，将使物体的运动状态发生改变。而物体运动状态（也就是运动速度）发生改变了，说明物体就产生了加速度，所以力是物体产生加速度的原因。 回顾分析2：惯性和质量：质量是描述惯性的物理量。 师：上节课的学习中我们还了解到：质量是物体惯性的量度，质量越大，惯 性越大，而惯性越大就代表物体的运动状态越难改变。运动状态难改变说明加速度难以产生。所以质量是阻碍物体产生加速度的原因。 师：从上面的分析我们知道，物体的加速度与力和质量有关，这节课我们通过实验探究这个问题。 思考与讨论：假如你是法拉利赛车的设计师，你会做什么样的改进使赛车启动的更快？（提示：请大家从物理学的角度去思考解决方案） 生：增大动力，即安装 了强大的发动机，能够获得巨大的牵引力；减小质量。 师：根据一些生活事实，我们可以得到这样的结论：物体质量一定时，力越大，物体加速度就越大，力一定时，质量越大，加速度就会越小。请同学们举例说明这个结论。 生：…… 师：但是物体学是一门科学，不满足这样的定性关系。我们还想知道它们之间有怎样的定量关系。 活动2【活动】探究过程1、提出问题[来 师：物体加速度与它的质量、它所受的力有怎样的定量关系呢？ 2、猜想与假设 师：基于我们对加速度与力、质量这三者关系的定性认识：物体质量一定时，力越大，物体加速度就越大，力一定时，质量越大，加速度就会越小。猜想它们会有怎样的定量关系？ （提示：自然界的规律总是简单，请基于简单的原则说出你的猜想） 生：很容易给出猜想，质量一定时，加速度与力成正比；力一定时，加速度与质量成反比。 制定方案设计实验 师：物体加速度与它的质量、所受的力均有关系，应该用什么方法来探究呢？ 生：控制变量法 师：所以我们实验探究的思路：一是控制质量不变，来探究加速度与力的关系；二是控制力不变，来探究加速度与质量的关系。 师：设计实验时，我们首先要解决的问题是什么? 生：如何测量物体的加速度，质量和力这三个物理量。 师：对于物体运动的加速度的测量计算，哪位同学有好的思路建议？ 生：可以跟前面测量匀变速直线运动加速度一样用打点计时器。 师：本节探究实验 我们就是采用打点计时器来测量计算小车的加速度。 师：对于物体质量的测量，知道用什么样的测量仪器吧？ 生：用天平！ 师：那还有最后一个，如何给物体提供并测量所受的力呢，这是今天这节课的一个重点，也是一个难点。 师：我们先思考如何才能给小车提供一个力使小车做匀加速运动。大家可以根据老师给你们的实验仪器来思考回答这个问题。（给出实验装置图）
师：通过增减钩码数改变小车的受力，那我们如何来测量小车所受的合外力呢？ 生：小车受四个力，重力、支持力、摩擦力、绳子的拉力。重力和支持力相互抵消，物体的合外力就等于绳子的拉力减去摩擦力。 师：那看起来比较麻烦，还要再去计算摩擦力，算摩擦力时又要μ和 压力N。总之这样要得到合外力的实验数据 太麻烦困难了。这里主要是摩擦力惹的麻烦，有 没有办法把摩擦力的影响给消除了呢？ 生：不可能吧？物体在现实中不可能不受摩擦力！ 师：我们虽然不能消除摩擦力，但我们可以消除摩擦力的作用效果，可不可以使重力、支持力、摩擦力这三个力的合力为0呢？ 师：其实答案我早就给你们了，大家还记得这样一道题吗？一个木块正在倾角为θ为的三角斜面上匀速下滑，物体受重力G、支持力N、摩擦力f。这三个力的合力为0。 问：如果此时给物体加上一个沿斜面向下的力F，那物体现在受到的合外力是多少？ 解：加了一个力以后刚才的那三个力都没有变，所以它们的合力还是0，再加上一个力F，所以物体现在的合力是F。 师：平衡摩擦力：我们将长木板 倾斜一定角度θ，此 时物体在斜面上受到的合外力为0。做实验时肯定无法这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断），这就说明此时物体合外力为0 ，由于小车的重力G、支持力N、摩擦力f相互抵消，那小车实验中受到的合外力就是绳子的拉力了。 实验装置图改为：
师：那请同学们先回答我一个问题：实验中绳子的拉力等于钩码和桶的重力吗？当绳子拉力等于钩码重力时，钩码做的是什么运动？ 生：不相等，当绳子拉力等于钩码重力时，钩码做的是匀速直线运动或静止。 师：实验钩码做的是匀速直线运动吗？ 生：不是！钩码与小车一样做匀加速直线运动，绳子的拉力应该小于钩码的重力。 师：那怎么办呢？理论计算 发现当砝码质量比小车质量小得多时（≤1/6），绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。这个结论在我们学完本章之后自己就可以证 明。 4、进行实验，处理数据 1、研究加速度跟力的关系 实验步骤：略 2、研究加速度跟质量的关系： 实验步骤：略 3、用图象法处理实验数据： 为了更直观地判断加速度a与合力F的数量关系，我们以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据在坐标系中描点。如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比，如果不是这样，则需要进一步分析。 检验是否“a与m成反比”，检查a与m图象是不是双曲线，但检查这条曲线是不是双曲线并不容易。所以在数据处理时我们用下面的技巧：“a与m成反比”也就是“a与 成正比”，如果以a 为纵坐标，以 为横坐标，根据图象是不是过原点的直线就可以判断a与 m是不是成反比。 5、得出实验结论，交流讨论 如果这个猜想正确，那么根据实验数据以a为纵坐标、以F为横坐标，和以a为纵坐标、以 为横坐标作出的图象，都应该是经过原点的一条直线。但实际情况往往不是这样：描出的点有些离散，并不是严格地位于某条直线上；用来拟合这些点的直线并非准确地通过原点。这时我们会想，自然规律真的是 和 吗？如果经过多次实验，图象中的点都十分靠近某条直线，面这些直线又都十分接近原点，那么实际的规律很可能就是这样的。 活动3【讲授】课堂小结本节我们学习了： 1．用控制变量法探究物体的加速度与合外力、质量的关系； 2．掌握探究实验的几个环节：提出问题，猜想与假设，制定方案设计实验，进行实验处理数据，得出结论交流讨论。 3．实验数据的处理方法：图象法 4． 实验结论： 2 实验：探究加速度与力、质量的关系 课时设计 课堂实录2 实验：探究加速度与力、质量的关系 1第一课时 教学活动 活动1【导入】新课导入回顾分析1：牛顿第一定律内容：一切物体总有保持匀速直线运动状态或静止状态，除非有作用在它上面的力迫使改变这种状态。 师 ：牛顿第一定律定性地描述了物体的运动和力的关系。当物体受到的合外力不为0时，将使物体的运动状态发生改变。而物体运动状态（也就是运动速度）发生改变了，说明物体就产生了加速度，所以力是物体产生加速度的原因。 回顾分析2：惯性和质量：质量是描述惯性的物理量。 师：上节课的学习中我们还了解到：质量是物体惯性的量度，质量越大，惯 性越大，而惯性越大就代表物体的运动状态越难改变。运动状态难改变说明加速度难以产生。所以质量是阻碍物体产生加速度的原因。 师：从上面的分析我们知道，物体的加速度与力和质量有关，这节课我们通过实验探究这个问题。 思考与讨论：假如你是法拉利赛车的设计师，你会做什么样的改进使赛车启动的更快？（提示：请大家从物理学的角度去思考解决方案） 生：增大动力，即安装 了强大的发动机，能够获得巨大的牵引力；减小质量。 师：根据一些生活事实，我们可以得到这样的结论：物体质量一定时，力越大，物体加速度就越大，力一定时，质量越大，加速度就会越小。请同学们举例说明这个结论。 生：…… 师：但是物体学是一门科学，不满足这样的定性关系。我们还想知道它们之间有怎样的定量关系。 活动2【活动】探究过程1、提出问题[来 师：物体加速度与它的质量、它所受的力有怎样的定量关系呢？ 2、猜想与假设 师：基于我们对加速度与力、质量这三者关系的定性认识：物体质量一定时，力越大，物体加速度就越大，力一定时，质量越大，加速度就会越小。猜想它们会有怎样的定量关系？ （提示：自然界的规律总是简单，请基于简单的原则说出你的猜想） 生：很容易给出猜想，质量一定时，加速度与力成正比；力一定时，加速度与质量成反比。 制定方案设计实验 师：物体加速度与它的质量、所受的力均有关系，应该用什么方法来探究呢？ 生：控制变量法 师：所以我们实验探究的思路：一是控制质量不变，来探究加速度与力的关系；二是控制力不变，来探究加速度与质量的关系。 师：设计实验时，我们首先要解决的问题是什么? 生：如何测量物体的加速度，质量和力这三个物理量。 师：对于物体运动的加速度的测量计算，哪位同学有好的思路建议？ 生：可以跟前面测量匀变速直线运动加速度一样用打点计时器。 师：本节探究实验 我们就是采用打点计时器来测量计算小车的加速度。 师：对于物体质量的测量，知道用什么样的测量仪器吧？ 生：用天平！ 师：那还有最后一个，如何给物体提供并测量所受的力呢，这是今天这节课的一个重点，也是一个难点。 师：我们先思考如何才能给小车提供一个力使小车做匀加速运动。大家可以根据老师给你们的实验仪器来思考回答这个问题。（给出实验装置图）
师：通过增减钩码数改变小车的受力，那我们如何来测量小车所受的合外力呢？ 生：小车受四个力，重力、支持力、摩擦力、绳子的拉力。重力和支持力相互抵消，物体的合外力就等于绳子的拉力减去摩擦力。 师：那看起来比较麻烦，还要再去计算摩擦力，算摩擦力时又要μ和 压力N。总之这样要得到合外力的实验数据 太麻烦困难了。这里主要是摩擦力惹的麻烦，有 没有办法把摩擦力的影响给消除了呢？ 生：不可能吧？物体在现实中不可能不受摩擦力！ 师：我们虽然不能消除摩擦力，但我们可以消除摩擦力的作用效果，可不可以使重力、支持力、摩擦力这三个力的合力为0呢？ 师：其实答案我早就给你们了，大家还记得这样一道题吗？一个木块正在倾角为θ为的三角斜面上匀速下滑，物体受重力G、支持力N、摩擦力f。这三个力的合力为0。 问：如果此时给物体加上一个沿斜面向下的力F，那物体现在受到的合外力是多少？ 解：加了一个力以后刚才的那三个力都没有变，所以它们的合力还是0，再加上一个力F，所以物体现在的合力是F。 师：平衡摩擦力：我们将长木板 倾斜一定角度θ，此 时物体在斜面上受到的合外力为0。做实验时肯定无法这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断），这就说明此时物体合外力为0 ，由于小车的重力G、支持力N、摩擦力f相互抵消，那小车实验中受到的合外力就是绳子的拉力了。 实验装置图改为：
师：那请同学们先回答我一个问题：实验中绳子的拉力等于钩码和桶的重力吗？当绳子拉力等于钩码重力时，钩码做的是什么运动？ 生：不相等，当绳子拉力等于钩码重力时，钩码做的是匀速直线运动或静止。 师：实验钩码做的是匀速直线运动吗？ 生：不是！钩码与小车一样做匀加速直线运动，绳子的拉力应该小于钩码的重力。 师：那怎么办呢？理论计算 发现当砝码质量比小车质量小得多时（≤1/6），绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。这个结论在我们学完本章之后自己就可以证 明。 4、进行实验，处理数据 1、研究加速度跟力的关系 实验步骤：略 2、研究加速度跟质量的关系： 实验步骤：略 3、用图象法处理实验数据： 为了更直观地判断加速度a与合力F的数量关系，我们以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据在坐标系中描点。如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比，如果不是这样，则需要进一步分析。 检验是否“a与m成反比”，检查a与m图象是不是双曲线，但检查这条曲线是不是双曲线并不容易。所以在数据处理时我们用下面的技巧：“a与m成反比”也就是“a与 成正比”，如果以a 为纵坐标，以 为横坐标，根据图象是不是过原点的直线就可以判断a与 m是不是成反比。 5、得出实验结论，交流讨论 如果这个猜想正确，那么根据实验数据以a为纵坐标、以F为横坐标，和以a为纵坐标、以 为横坐标作出的图象，都应该是经过原点的一条直线。但实际情况往往不是这样：描出的点有些离散，并不是严格地位于某条直线上；用来拟合这些点的直线并非准确地通过原点。这时我们会想，自然规律真的是 和 吗？如果经过多次实验，图象中的点都十分靠近某条直线，面这些直线又都十分接近原点，那么实际的规律很可能就是这样的。 活动3【讲授】课堂小结本节我们学习了： 1．用控制变量法探究物体的加速度与合外力、质量的关系； 2．掌握探究实验的几个环节：提出问题，猜想与假设，制定方案设计实验，进行实验处理数据，得出结论交流讨论。 3．实验数据的处理方法：图象法 4． 实验结论： Tags：实验,探究,加速度,质量,关系
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