高中物理必修一 4.2《實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》教學(xué)案

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111 教學(xué)目標(biāo): ★知識(shí)與技能 要求學(xué)生認(rèn)真看書(shū)，明確用“比較”的方法測(cè)量加速度；探究加速度與力、質(zhì) 量的關(guān)系；作出a-F、a-1／m圖象。 ★過(guò)程與方法 1． 在學(xué)生實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上得出a∝F、a∝1／m的實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并使學(xué)生對(duì)牛頓第二定律有 初步的理解。 2．滲透科學(xué)的發(fā)現(xiàn)、分析、研究等方法。 ★情感態(tài)度與價(jià)值觀 通過(guò)對(duì)a∝F、a∝1／m的探究，在提高學(xué)生實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Φ幕A(chǔ)上，體驗(yàn)探究帶來(lái)的樂(lè)趣，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。 教學(xué)重點(diǎn)與難點(diǎn): 重點(diǎn)：對(duì)a∝F、a∝1／m的探究 難點(diǎn)：對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)的把握。 教學(xué)方式： 本節(jié)課主要采取的是“實(shí)驗(yàn)——探究”教學(xué)方式。 教學(xué)工具： 教學(xué)設(shè)計(jì)： 新課導(dǎo)入： 1．復(fù)習(xí)提問(wèn)：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變快慢用什么物理量來(lái)描述，物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變與何因素有關(guān)?關(guān)系是什么? 教師啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生得出：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變快慢用加速度來(lái)描述，與物體質(zhì)量及物體受力有關(guān)。 (學(xué)生更詳細(xì)的回答可能為：物體受力越大，物體加速度越大；物體質(zhì)量越大，物體加速度越小) 2．教師引導(dǎo)提問(wèn)進(jìn)入新課：物體的加速度與物體所受外力及物體的質(zhì)量之間是否存在一定的比例關(guān)系?如果存在，其關(guān)系是什么?請(qǐng)同學(xué)猜一猜。 (學(xué)生會(huì)提出很多種猜想，對(duì)每一種猜想，教師都應(yīng)予以肯定) 教師在學(xué)生猜想的基礎(chǔ)上進(jìn)一步引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生：我們的猜想是否正確呢，需要用實(shí)驗(yàn)來(lái)檢驗(yàn)。這就是我們這節(jié)課所要研究的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。 指導(dǎo)學(xué)生確定實(shí)驗(yàn)方案、完成實(shí)驗(yàn)操作： 一、實(shí)驗(yàn)介紹 投影：實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示。 講解：我們用小車作為研究對(duì)象，通過(guò)在小車上增減砝碼可以改變小車質(zhì)量；在小車上掛一根細(xì)線，細(xì)線通過(guò)定滑輪拴一個(gè)小桶，小桶內(nèi)可以放重物，這時(shí)小車受到的拉力大致是小桶及重物的重力，我們可以通過(guò)改變小桶內(nèi)的重物改變小車受到的拉力。我們研究小車的加速度a與拉力F及小車質(zhì)量Ⅲ的關(guān)系時(shí)，可先保持m一定，研究以與F的關(guān)系；再保持F一定，研究d與m的關(guān)系．這是物理學(xué)中常用的研究 方法。(此控制變量法可引導(dǎo)學(xué)生討論得出) 教師引導(dǎo)提問(wèn)：如何根據(jù)現(xiàn)有器材測(cè)出小車的加速度?(學(xué)生回答：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器) 教師可再追問(wèn)：用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)加速度的方法和公式是什么?(在學(xué)生充分討論的基礎(chǔ) 上可展示如下版圖) 板圖：如果物體做初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，那么，測(cè)量物體加速度最直接的辦法就是用刻度尺測(cè)量位移并用秒表測(cè)量時(shí)間，然后由a=2x/t2算出。也可以在運(yùn)動(dòng)物體上安裝一條打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，根據(jù)紙帶上打出的點(diǎn)來(lái)測(cè)量加速度。 由于a=2x/t2，如果測(cè)出兩個(gè)初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)在相同時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移為x1、x2，位移之比就是加速度之比，即a1／a2= x1/ x2。 提出問(wèn)題：在小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中不可避免的要受到摩擦力的作用，這個(gè)摩擦力也會(huì)影響到小車的加速度，如何消除摩擦力的影響呢? 教師可啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生得出：把木板沒(méi)有定滑輪的一端墊高，使小車重力沿斜面向下的分力與摩擦力平衡。 二、實(shí)驗(yàn)過(guò)程 1．保持小車質(zhì)量不變，研究a與F的關(guān)系。 實(shí)驗(yàn)的基本思路：保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量物體在不同的力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系。 教師引導(dǎo)提問(wèn)：怎樣才能直觀地反映出口與F是否成正比呢? 教師啟發(fā)引導(dǎo)學(xué)生得出：可以借助圖象，用橫軸表示拉力，用縱軸表示加速度，通過(guò)采集數(shù)據(jù)作a一F圖象。如加速度隨拉力的變化圖線是一條過(guò)原點(diǎn)的直線，就說(shuō)明n與F成正比。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計(jì)一個(gè)表格，把同一物體在不同力的作用下的加速度填在表中。為了更直觀地判斷加速度a與力F的數(shù)量關(guān)系，我們以以為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)，根據(jù)各組數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中描點(diǎn)。如果這些點(diǎn)在一條過(guò)原點(diǎn)的直線上，說(shuō)明a與F成正比，如果不是這樣，則需進(jìn)一步分析。 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，教師巡視指導(dǎo)．學(xué)生報(bào)出實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并輸人計(jì)算機(jī)。(用Excel表格處理數(shù)據(jù)) 教師引導(dǎo)各組代表匯報(bào)實(shí)驗(yàn)過(guò)程及結(jié)果得出結(jié)論。 板書(shū)：a∞F 2．保持拉力不變，研究a與m的關(guān)系 實(shí)驗(yàn)的基本思路：保持物體所受的力相同，測(cè)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。 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析：設(shè)計(jì)第二個(gè)表格，把不同物體在相同力的作用下的加速度填在表中。根據(jù)我們的經(jīng)驗(yàn)，在相同力的作用下，質(zhì)量?jī)?yōu)越大，加速度a越小。這可能是“a與m成反比”，但也可能是“以與m2成反比”，甚至是更復(fù)雜的關(guān)系。我們從最簡(jiǎn)單的情況人手，檢驗(yàn)是否“a與m成反比”。在數(shù)據(jù)處理上要用到下面的技巧。 板圖：“a與m成反比”實(shí)際上就是“a與1／m成正比”，如果以a為縱坐標(biāo)、1／m為橫坐標(biāo)建立坐標(biāo)系，根據(jù)a-1／m圖象是不是過(guò)原點(diǎn)的直線，就能判斷加速度以是不是與質(zhì)量m成反比。 (實(shí)驗(yàn)前教師指導(dǎo)) 學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，教師巡視指導(dǎo)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)輸人計(jì)算機(jī)。(用Excel表格處理數(shù)據(jù)) 各實(shí)驗(yàn)小組代表匯報(bào)實(shí)驗(yàn)情況得出結(jié)果。 板書(shū)：a∞1／m 由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出結(jié)論 在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中，我們根據(jù)日常經(jīng)驗(yàn)和觀察到的事實(shí)，首先猜想物體的加速度與它所受的力及它的質(zhì)量有最簡(jiǎn)單的關(guān)系，即加速度與力成正比、與質(zhì)量成反比a∝F、a∝l／m。 如果這個(gè)猜想是正確的，那么，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)以a為縱坐標(biāo)、F為橫坐標(biāo)和以a為縱坐標(biāo)、1／M為橫坐標(biāo)作出的圖象，都應(yīng)該是過(guò)原點(diǎn)的直線．但是實(shí)際情況往往不是這樣，描出的點(diǎn)有些離散，并不是嚴(yán)格地位于某條直線上，用來(lái)擬合這些點(diǎn)的直線也并非準(zhǔn)確地通變?cè)c(diǎn)。 這時(shí)我們會(huì)想，自然規(guī)律真的是a∝F、a∝l／m嗎?如果經(jīng)過(guò)多次實(shí)驗(yàn)，圖象中的點(diǎn)都十分靠近某條直線，而這些直線又都十分接近原點(diǎn)，那么，實(shí)際的規(guī)律很可能就是這樣的。 可見(jiàn)，到這時(shí)為止，我們的結(jié)論仍然帶有猜想和推斷的性質(zhì)。只有根據(jù)這些結(jié)論推導(dǎo)出的很多新結(jié)果都與事實(shí)一致時(shí)，它才能成為“定律”。本節(jié)實(shí)驗(yàn)只是讓我們對(duì)于自然規(guī)律的夠究有所體驗(yàn)，實(shí)際上一個(gè)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)不可能是幾次簡(jiǎn)單的測(cè)量就能得出的。 作業(yè)設(shè)計(jì) 1．物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化是指 A．位移的變化 B．速度的變化 C．加速度的變化D．質(zhì)量的變化 2．以下物體在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不發(fā)生變化的是 ( ) A．小球做自由落體運(yùn)動(dòng) B．槍彈在槍筒中做勻加速運(yùn)動(dòng) C．沿斜坡勻速下滑的汽車 D．汽車在水平面上勻速轉(zhuǎn)彎 3．關(guān)于力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，下列說(shuō)法中正確的是 ( ) A．物體受力一定運(yùn)動(dòng)，力停止作用后物體也立即停止運(yùn)動(dòng) B．物體所受的合力越大，其速度越大 C．物體受力不變時(shí)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)也不變 D．物體受外力的作用，其速度一定改變 4．物體A的質(zhì)量為10 kg，物體B的質(zhì)量為20 kg，A、B分別以20 m／s和10 m／s的速度運(yùn)動(dòng)，則 ( ) A．A的慣性比B大 B．B的慣性比A大 C．A、B的慣性一樣大 D．不能確定 5．關(guān)于力下列說(shuō)法中確的是 ( ) ①力是使物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的原因；②力是維持物體運(yùn)動(dòng)的原因；③力是改變物體慣性大小的原因；④力是使物體產(chǎn)生加速度的原因． A．①④ B．①② C．②③ D．③④ 6．下列說(shuō)法中正確的是 ( ) A．物體不受力時(shí)，一定處于靜止?fàn)顟B(tài) B．物體的速度等于零時(shí)，一定處于平衡狀態(tài) C．物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化時(shí)，一定受到外力的作用 D．物體的運(yùn)動(dòng)方向，一定是物體所受外力合力的方向 7．一個(gè)物體受到四個(gè)力作用而靜止，當(dāng)撤去其中的F1，而其他三個(gè)力不變時(shí)，物體將___________。 111