2022年高中物理 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學案 新人教版必修1

2022年高中物理 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學案 新人教版必修1一 、學習目標1能說出探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的合理性和必要性。2能說出實驗思路的合理性，以及用圖象處理實驗數(shù)據(jù)的有效性。3能熟練實驗的操作和測量過程，以及通過圖象處理實驗數(shù)據(jù)的過程，體驗如何平衡摩擦力、減小系統(tǒng)誤差的辦法4能體會整個探究過程的科學嚴謹和合理性。二、學習重點、難點1實驗思路和方案的設(shè)計2實驗結(jié)果的分析三、知識導學1實驗?zāi)康模禾骄考铀俣扰c外力、質(zhì)量三者的關(guān)系。思考與討論：（1）為什么要探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系？（2）加速度與力、質(zhì)量可能是什么關(guān)系？例如：1）小汽車和載重汽車 在相同外力作用時，小汽車速度變化快，說明加速度的大小與物體的質(zhì)量有關(guān)。2）競賽用的小汽車與普通小轎車質(zhì)量相仿，但競賽用的小車能獲得巨大的牽引力，所以速度的變化比普通小轎車快，說明加速度的大小與外力有關(guān)。不同的力，作用在同一物體上，產(chǎn)生的加速度不同。相同的力，作用在不同物體上，產(chǎn)生的加速度也不同。說明物體的加速度與力、質(zhì)量有關(guān)系。 在質(zhì)量一定時，外力越大，加速度越大，加速度與外力可能成正比；在外力不變時，質(zhì)量越小加速度越大，加速度與質(zhì)量可能成反比。（設(shè)想總是從最簡單的開始）2實驗思路：思考與討論： 為了方便，如何探究一個物理量與多個物理量之間的關(guān)系？（控制變量法）（1）保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同外力作用下的加速度，探究加速度與外力的關(guān)系。 據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制圖象的方法，（也可以采用比較的方法，看不同的外力與由此外力產(chǎn)生的加速度的比值有何關(guān)系。）思考與討論：以每次測量的數(shù)據(jù)（a,F）在坐標系上描點，如果二者之間是正比關(guān)系，所得圖象應(yīng)是什么曲線？（2）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，探究加速度與力的關(guān)系。 采用根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪制圖象的方法。思考與討論：以每次測量的數(shù)據(jù)（a,m）在坐標系上描點，如果二者之間是反比關(guān)系，所得圖象應(yīng)是什么曲線？若作出a1/m圖象會怎樣？3實驗方案：本實驗要測量的物理量有質(zhì)量、加速度和外力。測量質(zhì)量用天平，怎樣測量加速度和外力？（1）測量加速度的方案：采用較多的方案是使用打點計時器，根據(jù)連續(xù)相等的時間T內(nèi)的位移之差x=aT2求出加速度。（ 氣墊導軌和光電門）。教材的參考案例效果也比較好。（2） 測量物體所受的外力的方案：由于我們上述測量加速度的方案只能適用于勻變速直線運動，所以我們必須給物體提供一個恒定的外力，并且要測量這個外力。教材的參考案例提供的外力比較容易測量，采用這種方法是不錯的選擇。4實驗過程：教材第73頁參考案例二（兩個隱含問題：一是平衡摩擦力，二是小車受到的拉力近似等于盤和砝碼的總重。）a.實驗器材b.實驗步驟 c.數(shù)據(jù)處理5.實驗結(jié)果的分析是本實驗的關(guān)鍵。如果根據(jù)實驗數(shù)據(jù)描出的a-F圖象和a-1/m圖象都非常接近一條通過原點的直線，也只能說我們的實驗結(jié)果是“在質(zhì)量不變的條件下，加速度與外力成正比；在外力不變的條件下，加速度與質(zhì)量成反比?！边@一結(jié)果決不能說找出了定律，一個定律的發(fā)現(xiàn)不可能是幾次實驗就能得出的。 四、范例精析 例1 一個乒乓球向運動員飛來，運動員可以用球拍突然改變乒乓球的速度大小和方向。如果換一個排球向運動員飛來，運動員仍然用球拍擊球，其結(jié)果與擊乒乓球有何不同？簡述理由。 解析 單手用球拍擊排球，我們可能沒有試過，但是相信單手擊排球的經(jīng)歷都會有過。生活經(jīng)驗告訴我們，改變排球的速度大小與方向要比改變乒乓球的速度大小與方向難得多。用乒乓球拍擊排球，排球的速度大小和方向都很難控制。原因是排球的慣性比乒乓球大得多。 拓展 如果說排球運動員也能自如地控制排球的速度大小和方向，那么排球運動員擊球的力量肯定比乒乓球運動員擊球的力量大得多。在球類運動中，運動員用多大的力，使球產(chǎn)生多大的加速度；運動員用什么方向的力，使球產(chǎn)生什么方向的加速度，是一個重點研究的問題。例2 通過那些方法可以驗證a與F的正比關(guān)系?經(jīng)驗告訴我們在相同力的作用下，質(zhì)量m越大，加速度a越小，這可能是“a與m成反比”或“a與m2成反比”等等，有何辦法知道a與m成反比? 解析 直接驗證：比例法：驗證F1/F2=a1/a2 或 F1/a1=F2/a2 圖象法：作aF圖象，看其是否為過原點的直線間接驗證：根據(jù)本實驗設(shè)計，兩車同時運動，同時停止，具有相同的運動時間，因為x=at2 /2，所以 x1/x2=a1/a2由此可見只要驗證x與F的正比關(guān)系即可。 例3 圖4-2-1是某同學利用教材提供的方案進行實驗時，正要打開夾子時的情況。指出該同學的幾個錯誤。 解析 未平衡摩擦力。應(yīng)用交流電源。拉小車的細線應(yīng)與木板應(yīng)平行。小車應(yīng)靠近打點計時器。打點計時器置于木板右邊 例4 某學生用圖4-2-1所示的裝置做實驗時，保持小車的質(zhì)量不變，測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示：F/m0.200.300.400.50a / ms-20.100.210.290.40根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖4-2-2中作出a-F圖線。（1）把圖線延長，看看圖線是否通過原點？如果不通過原點，試分析在操作過程中可能遺漏了哪個步驟？（2）這條圖線在F軸上截距有何物理意義？解析 根據(jù)表中數(shù)據(jù)描出的點和作出的圖象見圖4-2-2，圖象并沒有通過原點。由圖象可以看出，當F=0.1N時a=0，說明小車受到的摩擦力為0.1N。操作過程中可能遺漏了平衡摩擦力這一步驟。 拓展 如果測出的圖象在縱軸上的截距大于零，則說明F=0時a>0，產(chǎn)生的原因可能是平衡摩擦力時木板傾斜角過大。