４.２ 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系

［目標(biāo)］
一、知識(shí)目標(biāo)：
理解物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關(guān)
二、能力目標(biāo)：
指導(dǎo)學(xué)生知道用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
三、德育目標(biāo)
1．通過探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)事求是、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度．
2．通過實(shí)驗(yàn)探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神．
3．培養(yǎng)學(xué)生合作的團(tuán)隊(duì)精神．
［重點(diǎn)］
1．控制變量法的使用．
2．如何提出實(shí)驗(yàn)方案并使實(shí)驗(yàn)方案合理可行．
3．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理．
［教學(xué)難點(diǎn)］
1．如何提出實(shí)驗(yàn)方案并使實(shí)驗(yàn)方案合理可行．
2．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理
［課時(shí)安排］
2課時(shí)
［教學(xué)過程］
一、導(dǎo)入新課
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(qǐng)組1的代表回答一下你們討論的結(jié)果．
組1生：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度應(yīng)該隨著力的增大而增大．
師：請(qǐng)組2的代表回答你們組討論的結(jié)果。
組2生：當(dāng)力大小相同時(shí)，物體質(zhì)量越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難以改變，所以質(zhì)量越大，加速度越�。�
師：物體運(yùn)動(dòng)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�。�
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(jìn)行多媒體演示時(shí)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(gè)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(xué)到過這種方法?
生1：在初中我們?cè)谔骄课矬w的密度與質(zhì)量、體積之間的關(guān)系時(shí)。
生2：在研究電流與電壓、電阻的關(guān)系時(shí)．
師：好，我們這節(jié)課就用這種方法進(jìn)行探究加速度和力、質(zhì)量之間的關(guān)系．
二、新課教學(xué)：
（一）加速度與力的關(guān)系
師：設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量物體在各個(gè)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(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，并說明實(shí)驗(yàn)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(jì)實(shí)驗(yàn)的(在投影儀上展示實(shí)驗(yàn)裝置如圖4—2—2)．

組1生2：我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理如下：因?yàn)閮蓚�(gè)小車的初速度都為零，拉力大小不同，但對(duì)每個(gè)小車來說保持不變，所以小車應(yīng)該做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．根據(jù)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式x=at2/2可知，加速度和位移成正比，只要測(cè)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(qǐng)組2的代表發(fā)言．
組2生1：我們?cè)O(shè)計(jì)的方法和組1的差不多，我們是用了一輛小車，小車后面連接一條紙帶，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)所打的點(diǎn)計(jì)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?cè)谀景逑旅鎵|了一個(gè)小木塊，當(dāng)小車沒有拉力時(shí)讓它在木板上勻速運(yùn)動(dòng)．
師：這個(gè)同學(xué)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(qǐng)組3的同學(xué)代表發(fā)言．
組3生1：前面兩組的同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)都是物體的初速度為零，我們可以利用氣墊導(dǎo)軌設(shè)計(jì)一個(gè)更為一般的方法，讓導(dǎo)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(gè)光電門，記錄經(jīng)過光電門的速度和兩個(gè)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前還應(yīng)該先設(shè)計(jì)自己的實(shí)驗(yàn)表格來記錄一下自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．那么你是怎樣設(shè)計(jì)表格使你的實(shí)驗(yàn)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(yùn)動(dòng)，兩車質(zhì)量相同．表格設(shè)計(jì)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(cè)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(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把數(shù)據(jù)填人設(shè)計(jì)的表格內(nèi)．
學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，老師巡回指導(dǎo)，幫助實(shí)力較弱的小組完成實(shí)驗(yàn)
師：現(xiàn)在請(qǐng)各小組簡(jiǎn)要進(jìn)行一下實(shí)驗(yàn)報(bào)告．
組1生1：我們根據(jù)課本上的參考案例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橐阎�小車的加速度和位移成正比，通過驗(yàn)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(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是怎樣進(jìn)行處理的呢?
組1生2：我用的是位移和對(duì)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(jì)算出小車的加速度，通過作圖驗(yàn)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(dǎo)軌作出的加速度和所受力的關(guān)系圖象，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是圖象非常接近一條過原點(diǎn)的直線．
師：大家做得都非常好，那么你們?cè)趯?shí)驗(yàn)中遇到的困難是什么呢?能不能想出辦法來克服?
組1生：當(dāng)拉小車的砝碼的質(zhì)量較大時(shí)，繩子容易打滑，從而影響了位移的測(cè)量．我們用松香涂抹在繩子上，效果不錯(cuò)．
組2生：我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)問題，即當(dāng)砝碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量差不多時(shí)，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(xué)的問題非常好，實(shí)際上砝碼和盤的重力并不嚴(yán)格等于小車受到的拉力，簡(jiǎn)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(duì)它們進(jìn)行受力分析，對(duì)小車，受拉力和摩擦力，對(duì)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(yùn)動(dòng)，而實(shí)際上砝碼及盤實(shí)際的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是做加速運(yùn)動(dòng)，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?cè)趯?shí)驗(yàn)中認(rèn)為二者相等，所以實(shí)驗(yàn)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(yuǎn)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(xué)到．
組3生：雖然用氣墊導(dǎo)軌做實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較精確，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理比較復(fù)雜．
師：我們可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使數(shù)據(jù)處理變得簡(jiǎn)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(shí)驗(yàn)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(xué)們繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，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．
三、小結(jié)
本節(jié)我們學(xué)習(xí)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的關(guān)系；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法
3．物體的質(zhì)量一定時(shí)，合外力越大，物體的加速度也越大；
四、作業(yè)
1．完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告．

本文來自：逍遙右腦記憶 http://www.portlandfoamroofing.com/gaoyi/66778.html

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