最新《實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》教學設(shè)計 實驗探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系教學設(shè)計實用
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《實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》教學設(shè)計 實驗探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系教學設(shè)計篇一
教學目標
知識與技能
1.理解物體運動狀態(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.通過實驗探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系.
3.培養(yǎng)學生動手操作能力.
過程與方法
1.指導學生半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關(guān)系，知道用控制變量法進行實驗.
2.學生自己設(shè)計實驗，自己根據(jù)自己的實驗設(shè)計進行實驗.
3.對實驗數(shù)據(jù)進行處理，看一下實驗結(jié)果能驗證什么問題，
情感態(tài)度與價值觀
1.通過探究實驗，培養(yǎng)實事求是、尊重客觀規(guī)律的科學態(tài)度.
2.通過實驗探究激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)新精神.
3.培養(yǎng)與人合作的團隊精神.
教學重難點
控制變量法的使用.
2.如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行.
3.實驗數(shù)據(jù)的分析與處理
教學難點
1.如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行.
2.實驗數(shù)據(jù)的分析與處理.
教學工具
多媒體、板書
教學過程
一、實驗?zāi)康?/p>
學會用控制變量法探究物理規(guī)律.全面正確地認識加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系.
二、實驗原理
1.加速度是表示物體運動速度變化快慢的物理量.根據(jù)事實經(jīng)驗，加速度與物體的質(zhì)量有關(guān).物體受力一定時，質(zhì)量越小，加速度就越大.加速度還與物體受力的大小有關(guān)，物體質(zhì)量一定時，受力越大，其加速度越大.
2.控制變量法：加速度a和質(zhì)量m、受力f都有關(guān)系.研究它們之間的關(guān)系時，先保持質(zhì)量不變，測量物體在不同力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系;再保持物體所受的力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系.這種先控制一個參量不變，研究其余參量之間變化關(guān)系，再控制另一個參量不變，研究其余參量之間變化關(guān)系的方法叫控制變量法.
三、實驗器材
砝碼，一端有定滑輪的長木板，細線，紙帶，導線，夾子，小盤，天平，小車，打點計時器，交流電源，復寫紙，刻度尺.
四、實驗步驟
1.用天平測出小車和重物的質(zhì)量分別為m0、m0，并把數(shù)值記錄下來.
2.按圖將實驗器材安裝好(小車上不系繩).
3.平衡摩擦力，在木板無滑輪的一端下面墊一薄木板，反復移動其位置，直到打點計時器正常工作后不掛重物的小車在斜面上做勻速直線運動為止(紙帶上相鄰點間距相等).
4.將重物通過細繩系在小車上，接通電源放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況;取下紙帶并在紙帶上標上號碼及此時所掛重物的重力m0g.
5.保持小車的質(zhì)量不變，改變所掛重物的重力，重復步驟4，多做幾次實驗，每次小車從同一位置釋放，并記錄好重物的重力m1g、m2g…以及計算出相應(yīng)紙帶的加速度填入表格1.
表格1物體的質(zhì)量一定，加速度與受力的關(guān)系
6.保持托盤中所放重物的質(zhì)量不變，在小車上加放砝碼，并測出小車與所放砝碼的總質(zhì)量m，接通電源，放開小車，用紙帶記錄小車的運動情況，取下紙帶并在紙帶上標上號碼.
7.繼續(xù)在小車上加放砝碼，重復步驟6，多做幾次實驗，在每次得到的紙帶上標上號碼.
8.計算出每次實驗所得紙帶的加速度值及小車與砝碼的總質(zhì)量填入表格2.
表格2物體受到的外力一定，加速度與質(zhì)量的關(guān)系
五、數(shù)據(jù)處理
1.分析加速度和力的關(guān)系
依據(jù)表格1，以加速度a為縱坐標，以外力f為橫坐標，作出a-f關(guān)系圖象，如圖所示，由此得出結(jié)論.
3.實驗結(jié)論：物體的加速度與作用在物體上的合外力成正比，與物體的質(zhì)量成反比.
六、誤差分析
1.因?qū)嶒炘聿煌晟圃斐上到y(tǒng)誤差
本實驗中用所掛重物的重力代替小車受到的拉力，實際上小車受到的拉力要小于所掛重物的重力，存在系統(tǒng)誤差.所掛重物的質(zhì)量比小車的質(zhì)量越小，誤差越小;反之誤差越大.
2.因操作不夠準確造成的偶然誤差
(1)質(zhì)量的測量誤差.
(2)測量紙帶上各點間的距離的誤差(讀數(shù)誤差).
(3)繩或紙帶與木板不平行造成的誤差.
(4)平衡摩擦力不準確造成的誤差.平衡過度使小車合外力偏大，平衡不夠使小車的合外力偏小，此時要注意勻速運動是恰好平衡摩擦力的標志.
七、注意事項
1.平衡摩擦力時不要掛重物.整個實驗平衡了摩擦力后，不管以后是改變盤和砝碼的質(zhì)量，還是改變小車及砝碼的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力.
2.實驗中必須滿足小車和砝碼的總質(zhì)量遠大于小盤和砝碼的總質(zhì)量.只有如此，砝碼和小盤的總重力才可視為與小車受到的拉力相等.
3.各紙帶上的加速度a，都應(yīng)是該紙帶上的平均加速度.
4.作圖象時，要使盡可能多的點在所作直線上，不在直線上的點應(yīng)盡可能對稱分布在所作直線兩側(cè).離直線較遠的點是錯誤數(shù)據(jù)，可舍去不予考慮.
5.釋放時小車應(yīng)靠近打點計時器且先接通電源再放開小車.
實驗探究一：實驗過程的理解
例：如圖所示是某同學探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時，已接通電源正要釋放紙帶時的情況，請你指出該同學的五個差錯;
(1)電源________;
(2)電磁打點計時器位置________;
(3)滑輪位置________;
(4)小車位置________;
(5)長木板__________________.
【解析】探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系時，電磁打點計時器應(yīng)使用低壓(6 v)交流電源，且要固定在長木板無滑輪的一端，即應(yīng)靠右端;釋放紙帶時小車應(yīng)靠近打點計時器;連接小車的細線應(yīng)保持水平，故應(yīng)調(diào)節(jié)滑輪位置使拉線水平;實驗時應(yīng)平衡摩擦力，使小車所受重力沿斜面方向的分力與小車所受摩擦力平衡，故應(yīng)墊高長木板右端平衡摩擦力.
【答案】
(1)應(yīng)用6 v交流電源
(2)應(yīng)靠右端
(3)應(yīng)使拉線水平
(4)應(yīng)靠近打點計時器
(5)應(yīng)墊高右端平衡摩擦力
實驗探究二、實驗數(shù)據(jù)的處理
例：某實驗小組利用如圖所示的實驗裝置來探究當合外力一定時，物體運動的加速度與其質(zhì)量之間的關(guān)系.
(1)由刻度尺讀出兩個光電門中心之間的距離x，已知遮光條的寬度為d.該實驗小組在做實驗時，將滑塊從圖中所示位置由靜止釋放，由數(shù)字計時器可以讀出遮光條通過光電門1的時間δt1和通過光電門2的時間δt2，則滑塊經(jīng)過光電門1時的瞬時速度的表達式v1=________，滑塊經(jīng)過光電門2時的瞬時速度的表達式v2=________，則滑塊的加速度的表達式a=_______________.(均用上述字母表示)
(2)在本次實驗中，實驗小組通過改變滑塊的質(zhì)量總共做了6組實驗，得到如表所示的實驗數(shù)據(jù).通過分析表中數(shù)據(jù)后.你得出的結(jié)論是_____________________________________.
(3)現(xiàn)需通過圖象進一步驗證你的結(jié)論，請利用表格數(shù)據(jù)，在如圖所示坐標系中描點作出相應(yīng)圖象.
(2)當合外力一定時，在誤差允許的范圍內(nèi)，物體的質(zhì)量和加速度的乘積近似相等，所以在合外力不變的情況下，物體運動的加速度跟物體的質(zhì)量成反比.
(3)統(tǒng)一國際單位，作圖象，在誤差允許的范圍內(nèi)圖線是一條過原點的直線，如圖所示.
(2)在合外力不變的情況下，物體運動的加速度跟物體的質(zhì)量成反比
(3)見解析
課后小結(jié)
一、實驗原理
二、實驗器材
三、實驗步驟
四、實驗數(shù)據(jù)處理
五、誤差分析
六、實驗注意事項
七、實驗方案探究
板書
高中物理教案 | 高一物理教案 | 高一物理教學計劃
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《實驗:探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》教學設(shè)計 實驗探究加速度與力質(zhì)量的關(guān)系教學設(shè)計篇二
教學準備
教學目標
知識與技能
1.理解物體運動狀態(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.通過實驗探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系.
3.培養(yǎng)學生動手操作能力.
過程與方法
1.指導學生半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關(guān)系，知道用控制變量法進行實驗.
2.學生自己設(shè)計實驗，自己根據(jù)自己的實驗設(shè)計進行實驗.
3.對實驗數(shù)據(jù)進行處理，看一下實驗結(jié)果能驗證什么問題，
情感態(tài)度與價值觀
1.通過探究實驗，培養(yǎng)實事求是、尊重客觀規(guī)律的科學態(tài)度.
2.通過實驗探究激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)新精神.
3.培養(yǎng)與人合作的團隊精神.
教學重難點
教學重點
1.控制變量法的使用.
2.如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行.
3.實驗數(shù)據(jù)的分析與處理.
教學難點
1.如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行.
2.實驗數(shù)據(jù)的分析與處理.
教學過程
[復習鞏固]見課件
[新課導入]
利用多媒體投影圖4—2—1;
分組定性討論
組i：物體質(zhì)量一定，力不同，物體加速度有什么不同?
組2：力大小相同，作用在不同質(zhì)量的物體上，物體加速度有什么不同?
師：請組1的代表回答一下你們討論的結(jié)果.
組1生：當物體質(zhì)量一定時，物體的加速度應(yīng)該隨著力的增大而增大.
師：請組2的代表回答你們組討論的問題，
組2生：當力大小相同時，物體質(zhì)量越大，運動狀態(tài)越難以改變，所以質(zhì)量越大，加速度越小.
師：物體運動狀態(tài)改變快慢取決于哪些因素?定性關(guān)系如何?
生l：應(yīng)該與物體的質(zhì)量和物體所受的力有關(guān)系.力越大，加速度越大;質(zhì)量越大，加速度越小.
生2：這里指的力應(yīng)該是物體所受的合力，以上圖為例，物體所受的重力和支持力相等，不參與加速度的提供.
師：剛才進行多媒體演示時一次是固定力不變，一次是固定質(zhì)量不變，這樣做有什么好處呢?
生：方便我們的研究.
師：這是研究多個變量之間關(guān)系的非常好的方法，我們把它稱作控制變量法.我們以前在什么地方學到過這種方法?
生1：在初中我們在探究物體的密度與質(zhì)量、體積之間的關(guān)系時
生2：在研究電流與電壓、電阻的關(guān)系時.
師：好，我們這節(jié)課就用這種方法進行探究加速度和力、質(zhì)量之間的關(guān)系.
[新課教學]
一、加速度與力的關(guān)系
師：設(shè)計一個實驗，保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在各個不同的力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系.大家分組討論并且每組設(shè)計一個實驗方案，并說明實驗的原理.
分組討論
組l生1：我們是根據(jù)課本上的參考案例設(shè)計實驗的(在投影儀上展示實驗裝置如圖4—2—2).
組1生2：我們設(shè)計實驗的實驗原理如下;因o為兩個小車的初速度都為零，拉力大小不同，但對每個小車來說保持不變，所以小車應(yīng)該做勻加速直線運動.根據(jù)初速度為零的勻加速直線運動的位移公式x=at2/2可知，加速度和位移成正比，只要測量位移就可以得到加速度與受力之間的關(guān)系，力的大小可以根據(jù)盤中的砝碼求出來.
師：下面請組2的代表發(fā)言.
組2生1：我們設(shè)計的方法和組1的差不多，我們是用了一輛小車，小車后面連接一紙帶，用打點計時器記錄小車的運動情況，根據(jù)所打的點計算小車的加速度，然后再看所受的力和加速度的關(guān)系.
組2生2：為了消除摩擦力的影響，我們在木板下面墊了一個小木塊，當小車沒有拉力時讓它在木板上勻速運動.
師：這個同學的想法很好，這樣小車受到的繩子的拉力就等于小車受到的合力，下面請組3的同學代表發(fā)言.
組3生1：前面兩組的同學設(shè)計實驗時都是物體的初速度為零，我們可以利用氣墊導軌設(shè)計一個更為一般的方法，讓導軌傾斜不同的角度，滑塊所受的力就是重力的分力，讓滑塊滑過軌道中間的兩個光電門，記錄經(jīng)過光電門的速度和兩個光電門的距離，根據(jù)公式x=(v2-v02)/2a可以求出加速度的大小，從而可以得到加速度和力的關(guān)系.
師：好的，在進行實驗之前還應(yīng)該先設(shè)計自己的實驗表格來記錄一下自己的實驗數(shù)據(jù).那么你是怎樣設(shè)計表格使你的實驗數(shù)據(jù)得以記錄的呢?
生1：水平面長木板與小車，車后用繩控制小車運動，兩車質(zhì)量相同.表格設(shè)計如下：
參考表格
小車l 小車2
次數(shù) 拉車砝碼(s) 位移x1/cm 拉車砝碼(s) 位移x2/cm
1
2
3
4
5
生2：用一輛小車，測量加速度
次數(shù) 拉車砝碼(g) 加速度a1 拉車砝碼(e) 加速度a2
1
2
3
4
5
師：好，現(xiàn)在大家就根據(jù)自己設(shè)計的方案進行實驗，把數(shù)據(jù)填人設(shè)計的表格內(nèi).
學生進行實驗，老師巡回指導，幫助實力較弱的小組完成實驗
師：現(xiàn)在請各小組簡要進行一下實驗報告.
組1生1：我們根據(jù)課本上的參考案例進行了實驗，因為已知小車的加速度和位移成正比，通過驗證位移和受力之間的關(guān)系，即可得出加速度和受力的關(guān)系.
師：實驗數(shù)據(jù)是怎樣進行處理的呢?
組1生2：我用的是位移和對應(yīng)力的比值.
組1生3：通過我們的討論，我們發(fā)現(xiàn)用作圖的方法能更好地表示位移(即加速度)和力的關(guān)系.關(guān)系圖表如圖4—2—3所示;可得在研究物體質(zhì)量不變的情況下，物體的加速度與物體所受的外力成正比.
組2生：我們通過處理小車后面的紙帶，計算出小車的加速度，通過作圖驗證了小車的加速度和物體所受的合力成正比.組3生：我們用氣墊導軌作出的加速度和所受力的關(guān)系圖象，實驗結(jié)論是圖象非常接近一條過原點的直線.
師：大家做得都非常好，那么你們在實驗中遇到的困難是什么呢?能不能想出辦法來克服?
組1生：當拉小車的砝碼的質(zhì)量較大時，繩子容易打滑，從而影響了位移的測量.我們用松香涂抹在繩子上，效果不錯.
組2生：我們在做實驗時發(fā)現(xiàn)了這樣一個問題，即當砝碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量差不多時，a—f圖象不能再是一條直線，而是發(fā)生了彎曲.
師：這組同學的問題非常好，實際上砝碼和盤的重力并不嚴格等于小車受到的拉力，簡單證明如下：設(shè)砝碼及盤的質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為m，則分別對它們進行受力分析，對小車，受拉力和摩擦力，對砝碼和盤，受重力和拉力，那么它們之間的關(guān)系是什么呢?如果相等，根據(jù)物體受合力為零則物體做勻速運動，而實際上砝碼及盤實際的運動應(yīng)該是做加速運動，所以說重力和拉力并不相等，而是應(yīng)該重力大于拉力，而我們在實驗中認為二者相等，所以實驗的誤差有一部分來源于此.控制的方法就是盡可能地使砝碼和盤的質(zhì)量遠小于小車及砝碼的質(zhì)量，具體的分析方法我們將在下一節(jié)學到.
組3生：雖然用氣墊導軌做實驗結(jié)果比較精確，但實驗數(shù)據(jù)處理比較復雜.
師：我們可以用計算機進行數(shù)據(jù)處理，使數(shù)據(jù)處理變得簡單化，大家在課下討論一下看如何用數(shù)據(jù)處理軟件處理實驗中得到的數(shù)據(jù).
師：以上我們是通過控制物體的質(zhì)量不變來探究物體的加速度與物體所受力之間的關(guān)系，下面同學們繼續(xù)做實驗，通過控制物體所受的力不變來探究物體的加速度和質(zhì)量的關(guān)系.
二、加速度與質(zhì)量的關(guān)系
學生進行實驗，老師巡回指導，幫助實力較弱的小組實現(xiàn)實驗
由于和以上的實驗方法非常類似，所以可以直接讓學生得出結(jié)論.
師：大家得出的結(jié)論是什么?
生：物體加速度在物體受力不變時，和物體的質(zhì)量成反比.
師：這時候我們應(yīng)該怎樣通過圖象來驗證問題呢?
生：我們?nèi)绻鱝—m圖象則圖象是曲線，我們可以作a—1/m圖象來解決這個問題，物體的加速度和質(zhì)量成反比，所以a—1/m圖象應(yīng)該是一條過原點的直線.
三、由實驗結(jié)果得出的結(jié)論
師：通過大家的實驗，排除誤差的影響，大家討論總結(jié)一下加速度和物體所受的力以及物體質(zhì)量之間的關(guān)系.
[分組討論]
生1：我們可以得出這樣的結(jié)論：物體的加速度和物體所受的力成正比，和物體的質(zhì)量成反比.
生2：應(yīng)該是和物體所受的合力成正比.
生3：我想力是矢量，加速度也是矢量，加速度的方向應(yīng)該和物體所受力的方向相同.
師：(總結(jié))大家的發(fā)言非常好，那么我們得出的結(jié)論是不是一個定理性的結(jié)論呢?僅靠少量的實驗是不行的，應(yīng)該通過更為精確的實驗和更多次的實驗進行證明，不過我們大家在現(xiàn)有水平下能夠得出這個結(jié)論是非常了不起的，這是我們下節(jié)課要學的牛頓第二定律的內(nèi)容.
[課堂訓練]
在水平路面上，一個大人推一輛重車，一個小孩推一輛輕車，各自做勻加速運動(阻力不計).甲、乙兩同學在一起議論，甲同學說：大人推力大，小孩推力小，因此重車的加速度大.乙同學說，重車質(zhì)量大，輕車質(zhì)量小，因此輕車的加速度大.你認為他們的說法是否正確?請簡述理由.
答：甲、乙兩同學的結(jié)論和理由都不全面和充分，物體的加速度決定于物體所受的合外力和物體的質(zhì)量.大人的推力雖然大，但車的質(zhì)量也大，因此重車的加速度也不一定就大.小車的質(zhì)量小，但是小孩的推力也小，因而輕車的加速度也不一定大.判斷誰的加速度大，必須看各自的質(zhì)量和合外力.
課后小結(jié)
本節(jié)我們學習了：
1.力是物體產(chǎn)生加速度的原因.
2.用控制變量法探究物體的加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系;設(shè)計實驗的方法.
3.物體的質(zhì)量一定時，合外力越大，物體的加速度也越大;合外力一定時，物體的質(zhì)量越大，其加速度越小，且合外力的方向與加速度的方向始終一致.
4.實驗數(shù)據(jù)的處理方法.
課后習題
1.完成實驗報告.
2.設(shè)計一種方案，測量自行車啟動時的平均加速度
板書
與加速度有關(guān)的因素
1.物體受的合外力 2.物體的質(zhì)量
實驗方法 ：控制變量法
實驗過程與結(jié)論：物體的質(zhì)量一定時，合外力越大，物體的加速度也越大 合外力一定時，物體的質(zhì)量越大，其加速度越小
