【2020秋备课】高中物理教案新人教版必修1-4.2-实验-探究加速度与力、质量的关系.docx

4.2 试验 探究加速度与力、质量的关系
教材分析 
这是一节同学试验课，目的是为了让同学体会物理探究过程中所用的科学方法。书中没有给出确定的试验方案，要同学自己设计，但是给出了试验的基本思路：把握变量法。同学在学校已经接触过把握变量法，难度应当不大。
二、教学目标
学问与技能
1．理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关．
2．通过试验探究加速度与力和质量的定量关系．
3．培育同学动手操作力气．
过程与方法
1．指导同学半定量的探究加速度和力、物体质量的关系，知道用把握变量法进行试验．
2．同学自己设计试验，自己依据自己的试验设计进行试验．
3．对试验数据进行处理，看一下试验结果能验证什么问题，
情感态度与价值观
1．通过探究试验，培育实事求是、敬重客观规律的科学态度．
2．通过试验探究激发同学的求知欲和创新精神．
3． 培育与人合作的团队精神．
三、教学重难点
教学重点
1．把握变量法的使用．
2．如何提出试验方案并使试验方案合理可行．
3．试验数据的分析与处理．
教学难点
1．如何提出试验方案并使试验方案合理可行．
2．试验数据的分析与处理．
四、学情分析
同学对把握变量法应以把握，关键是试验设计，试验操作力气不强，应让其做好充分的课前预习
五、教学方法
探究、讲授、争辩、练习
六、课前预备 
 多媒体课件，小车（20辆，每辆车上贴上质量为200g，贴上“参照车”与“试验车”字样），一端带有滑轮的长木板（20个），一次性小塑料口杯及棉线套（20个，质量可忽视），50g规格钩码10盒（每盒10个），托盘天平砝码20盒，刻度尺（米尺），线绳若干，铁文件夹10个，计算机和大屏幕投影系统一套，计算器。
七、课时支配
1课时
八、教学过程
（一）预习检查、总结怀疑
（二）情境导入、呈现目标
利用多媒体投影图4—2—1；

分组定性争辩
组I：物体质量确定，力不同，物体加速度有什么不同?
组2：力大小相同，作用在不同质量的物体上，物体加速度有什么不同?
师：请组1的代表回答一下你们争辩的结果．
组1生：当物体质量确定时，物体的加速度应当随着力的增大而增大．
师：请组2的代表回答你们组争辩的问题，
组2生：当力大小相同时，物体质量越大，运动状态越难以转变，所以质量越大，加速度越小．
师：物体运动状态转变快慢取决于哪些因素?定性关系如何?
生l：应当与物体的质量和物体所受的力有关系．力越大，加速度越大；质量越大，加速度越小．
生2：这里指的力应当是物体所受的合力，以上图为例，物体所受的重力和支持力相等，不参与加速度的供应．
师：刚才进行多媒体演示时一次是固定力不变，一次是固定质量不变，这样做有什么好处呢?
生：便利我们的争辩．
师：这是争辩多个变量之间关系的格外好的方法，我们把它称作把握变量法．我们以前在什么地方学到过这种方法?
生1：在学校我们在探究物体的密度与质量、体积之间的关系时
生2：在争辩电流与电压、电阻的关系时．
师：好，我们这节课就用这种方法进行探究加速度和力、质量之间的关系．
首先来看本届的学习目标
学问与技能
1．理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关．
2．通过试验探究加速度与力和质量的定量关系．
3．培育同学动手操作力气．
过程与方法
1．指导同学半定量的探究加速度和力、物体质量的关系，知道用把握变量法进行试验．
2．同学自己设计试验，自己依据自己的试验设计进行试验．
3．对试验数据进行处理，看一下试验结果能验证什么问题，
情感态度与价值观
1．通过探究试验，培育实事求是、敬重客观规律的科学态度．
2．通过试验探究激发同学的求知欲和创新精神．
3.培育与人合作的团队精神．
（三） 合作探究、精讲点拨
一、加速度与力的关系
师：设计一个试验，保持物体的质量不变，测量物体在各个不同的力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系．大家分组争辩并且每组设计一个试验方案，并说明试验的原理．
分组争辩
组l生1：我们是依据课本上的参考案例设计试验的(在投影仪上呈现试验装置如图4—2—2)．
组1生2：我们设计试验的试验原理如下；因·为两个小车的初速度都为零，拉力大小不同，但对每个小车来说保持不变，所以小车应当做匀加速直线运动．依据初速度为零的匀加速直线运动的位移公式x=at2/2可知，加速度和位移成正比，只要测量位移就可以得到加速度与受力之间的关系，力的大小可以依据盘中的砝码求出来．
师：下面请组2的代表发言．
组2生1：我们设计的方法和组1的差不多，我们是用了一辆小车，小车后面连接一纸带，用打点计时器记录小车的运动状况，依据所打的点计算小车的加速度，然后再看所受的力和加速度的关系．
组2生2：为了消退摩擦力的影响，我们在木板下面垫了一个小木块，当小车没有拉力时让它在木板上匀速运动．
师：这个同学的想法很好，这样小车受到的绳子的拉力就等于小车受到的合力，下面请组3的同学代表发言．
组3生1：前面两组的同学设计试验时都是物体的初速度为零，我们可以利用气垫导轨设计一个更为一般的方法，让导轨倾斜不同的角度，滑块所受的力就是重力的分力，让滑块滑过轨道中间的两个光电门，记录经过光电门的速度和两个光电门的距离，依据公式x=(v2－v02)/2a可以求出加速度的大小，从而可以得到加速度和力的关系．
师：好的，在进行试验之前还应当先设计自己的试验表格来记录一下自己的试验数据．那么你是怎样设计表格使你的试验数据得以记录的呢?
生1：水平面长木板与小车，车后用绳把握小车运动，两车质量相同．表格设计如下：
参考表格

小车l
小车2
次数
拉车砝码(s)
位移x1／cm
拉车砝码(s)
位移x2／cm
1

2

3

4

5

生2：用一辆小车，测量加速度
次数
拉车砝码(g)
加速度a1
拉车砝码(e)
加速度a2
1

2

3

4

5

师：好，现在大家就依据自己设计的方案进行试验，把数据填人设计的表格内．
同学进行试验，老师巡回指导，挂念实力较弱的小组完成试验
师：现在请各小组简要进行一下试验报告．
组1生1：我们依据课本上的参考案例进行了试验，由于已知小车的加速度和位移成正比，通过验证位移和受力之间的关系，即可得出加速度和受力的关系．
师：试验数据是怎样进行处理的呢?
组1生2：我用的是位移和对应力的比值．
组1生3：通过我们的争辩，我们发觉用作图的方法能更好地表示位移(即加速度)和力的关系．关系图表如图4—2—3所示；可得在争辩物体质量不变的状况下，物体的加速度与物体所受的外力成正比．
组2生：我们通过处理小车后面的纸带，计算出小车的加速度，通过作图验证了小车的加速度和物体所受的合力成正比．组3生：我们用气垫导轨作出的加速度和所受力的关系图象，试验结论是图象格外接近一条过原点的直线．
师：大家做得都格外好，那么你们在试验中遇到的困难是什么呢?能不能想出方法来克服?
组1生：当拉小车的砝码的质量较大时，绳子简洁打滑，从而影响了位移的测量．我们用松香涂抹在绳子上，效果不错．
组2生：我们在做试验时发觉了这样一个问题，即当砝码的质量和小车的质量差不多时，a—F图象不能再是一条直线，而是发生了弯曲．
师：这组同学的问题格外好，实际上砝码和盘的重力并不严格等于小车受到的拉力，简洁证明如下：设砝码及盘的质量为m，小车的质量为M，则分别对它们进行受力分析，对小车，受拉力和摩擦力，对砝码和盘，受重力和拉力，那么它们之间的关系是什么呢?假如相等，依据物体受合力为零则物体做匀速运动，而实际上砝码及盘实际的运动应当是做加速运动，所以说重力和拉力并不相等，而是应当重力大于拉力，而我们在试验中认为二者相等，所以试验的误差有一部分来源于此．把握的方法就是尽可能地使砝码和盘的质量远小于小车及砝码的质量，具体的分析方法我们将在下一节学到．
组3生：虽然用气垫导轨做试验结果比较精确，但试验数据处理比较简洁．
师：我们可以用计算机进行数据处理，使数据处理变得简洁化，大家在课下争辩一下看如何用数据处理软件处理试验中得到的数据．
师：以上我们是通过把握物体的质量不变来探究物体的加速度与物体所受力之间的关系，下面同学们连续做试验，通过把握物体所受的力不变来探究物体的加速度和质量的关系．
二、加速度与质量的关系
同学进行试验，老师巡回指导，挂念实力较弱的小组实现试验
由于和以上的试验方法格外类似，所以可以直接让同学得出结论．
师：大家得出的结论是什么?
生：物体加速度在物体受力不变时，和物体的质量成反比．
师：这时候我们应当怎样通过图象来验证问题呢?
生：我们假如作a—M图象则图象是曲线，我们可以作a—1／M图象来解决这个问题，物体的加速度和质量成反比，所以a—1／M图象应当是一条过原点的直线．
三、由试验结果得出的结论
师：通过大家的试验，排解误差的影响，大家争辩总结一下加速度和物体所受的力以及物体质量之间的关系．
[分组争辩]
生1：我们可以得出这样的结论：物体的加速度和物体所受的力成正比，和物体的质量成反比．
生2：应当是和物体所受的合力成正比．
生3：我想力是矢量，加速度也是矢量，加速度的方向应当和物体所受力的方向相同．
师：(总结)大家的发言格外好，那么我们得出的结论是不是一个定理性的结论呢?仅靠少量的试验是不行的，应当通过更为精确的试验和更多次的试验进行证明，不过我们大家在现有水平下能够得出这个结论是格外了不起的，这是我们下节课要学的牛顿其次定律的内容．
（四） 反思总结、当堂检测
在水平路面上，一个大人推一辆重车，一个小孩推一辆轻车，各自做匀加速运动(阻力不计)．甲、乙两同学在一起谈论，甲同学说：大人推力大，小孩推力小，因此重车的加速度大．乙同学说，重车质量大，轻车质量小，因此轻车的加速度大．你认为他们的说法是否正确?请简述理由．
答：甲、乙两同学的结论和理由都不全面和充分，物体的加速度打算于物体所受的合外力和物体的质量．大人的推力虽然大，但车的质量也大，因此重车的加速度也不愿定就大．小车的质量小，但是小孩的推力也小，因而轻车的加速度也不愿定大．推断谁的加速度大，必需看各自的质量和合外力．
[小结]
本节我们学习了：
1．力是物体产生加速度的缘由．
2．用把握变量法探究物体的加速度与合外力、质量的关系；设计试验的方法．
3．物体的质量确定时，合外力越大，物体的加速度也越大；合外力确定时，物体的质量越大，其加速度越小，且合外力的方向与加速度的方向始终全都．
4．试验数据的处理方法．
九、板书设计 
表格 数据分析
十、 教学反思
同学试验把握比较难，可能毁灭各种状况，课前老师应做好充分预备

课前预习学案
一、 预习目标
　　 试验目的，试验思路，试验方案，试验结果的分析
二、预习内容
1、一切物体总保持_______状态或________状态，除非__________________，这就是牛顿第确定律．牛顿第确定律揭示了运动和力的关系：力不是_________的缘由，而是______________的缘由．
2、物体的这种保持_________或__________的性质叫做惯性，惯性是物体的____性质．
三、提出怀疑

课内探究学案
一、 学习目标
学问与技能
1．理解物体运动状态的变化快慢，即加速度大小与力有关，也与质量有关．
2．通过试验探究加速度与力和质量的定量关系．
3．培育同学动手操作力气．
过程与方法
1．指导同学半定量的探究加速度和力、物体质量的关系，知道用把握变量法进行试验．
2．同学自己设计试验，自己依据自己的试验设计进行试验．
3．对试验数据进行处理，看一下试验结果能验证什么问题，
情感态度与价值观
1．通过探究试验，培育实事求是、敬重客观规律的科学态度．
2．通过试验探究激发同学的求知欲和创新精神．
3. 培育与人合作的团队精神．
二、学习过程
1、两车质量相同．表格设计如下：
参考表格
次数
拉车砝码(g)
加速度a1
拉车砝码(e)
加速度a2
1

2

3

4

5

2、某次试验用打点计时器沟通电的频率为50Hz，纸带的记录如图4-2-9所示（使用图4-2-3所示的装置）,图中前几个点模糊,因此从A点开头每打五个点取一个计数点,其中B、C、D、E点的对应速度vB=_____m/s, vC=_____m/s, vD=_____m/s, vE=_____m/s,由此测得小车的加速度是多大？

三、 反思总结
本节我们学习了：
1．力是物体产生 的缘由．
2．用 探究物体的加速度与合外力、质量的关系；设计试验的方法．
3．物体的质量确定时， 越大，物体的 也越大；合外力确定时，物体的 越大，其 越小，且合外力的方向与加速度的方向 。
4．试验数据的处理方法．
四、 当堂检测
1． 外力是使物体产生_____________的缘由．物体运动状态发生转变时，物体确定具有___________，物体确定受到____________的作用．
　　2． 质量确定时物体的加速度与它所受的外力成 ；外力确定时加速度与物体的质量成 。
　　3． 某两个同学用图4-2-6所示的装置（图中A为小车，B为带滑轮的长木板，C为水平桌面），分别在《探究加速度与外力间的关系》试验中，各得意到的图象如图4-2-6中甲和乙所示，则毁灭此种现象的缘由甲是 ，乙是 ．

五、 课后练习与提高
1． 在保持质量不变时加速度与物体受力间关系的试验中（使用图4-2-7所示的装置），小车质量M和砝码质量m分别选取下列四组值．
A．M=500g，m分别为50g、70g、100g、125g
B．M=500g，m分别为20g、30g、40g、50g
C．M=200g，m分别为50g、75g、100g、125g
D．M=200g，m分别为30g、40g、50g、60g
若其它操作都正确，那么在选用 组值测量时所画出的图线较精确．在选用此组值，m取 g时试验误差较大．
2． a、b、c、d四位同学在做《验证牛顿其次定律》的试验（使用图4-2-6所示的装置），设小车质量和车上砝码质量之和为M，砂及砂桶的总质量为m，分别得出如图4-2-7中a、b、c、d四条图线，其中图a、b、c是a—F图线，图d是a—1/M图线，则以下列说法中正确的是： （ ）
、
A．a和b较好地把握了试验条件M远大于m
B．c和d则没有把握好试验条件M远大于m
C．a同学长木板的倾角太小，而b同学长木板倾角太大
D．a、b、c三同学中，c同学较好地完成了平衡摩擦力的操作
3．关于力和运动的关系,下列说法中正确的是( )
A.物体的速度不断增大,表示物体必受力的作用
B.物体的位移不断增大,表示物体必受力的作用
C.物体朝什么方向运动,则这个方向上物体必受力的作用
D.物体的速度大小不变,则其所受的合力必为零
4．某同学在做“当外力确定时，加速度和质量的关系”的试验时，得到下表中的试验数据：
（1）请使用a-1/m图象来处理这些数据，并说明为什么不用a-m图象来处理数据。
（2）依据作出的图象，可以得到的结论是小车的加速度与它的 ．