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实验:探究加速度与力和质量的关系

2019-06-10 06:18:22??责任编辑:??来源:??点击数:

(必修1)第四章第2节

实验:探究加速度与力和质量的关系(第一课时)

山东省菏泽市成武县一中 杨晓东

(一)引入新课

同学们先来看大屏幕,生活中我们见过这样的情景:(先放,再解说一下)超载车,遇到险情时,在同样的刹车力作用下难以停下来已酿成车祸;赛车安装了强大的发动机比质量相仿的小汽车启动快的多.根据这些情景,同学们能否年出物体运动状态变化的快慢,也就是加速度的大小与什么物理量有关?谁来谈一下自己的看法?学生:物体的加速度与物体受力和物体质量有关.受力一定时,质量越大加速度越小;质量一定时,受力越大,加速度越大.(学生若不说定性关系,可提示根据情景事实,告诉我们什么呢?)刚才这位同学回答的很好,不仅指出了加速度的相关因素,而且说明了加速度与力、质量的定性关系,然而物理学并不满足于这样定性的描述,我们还想知道,物体的加速度与它的受力、它的质量有什么定量关系?谁来发表自己的观点?

(二)--

1.猜想假设

(生):a∝F、a∝1/m

(师):你是根据什么这样猜想的呢?

(生):同前面的定性分析,物体受力越大,加速度越大;物体质量越大,加速度越小。

(师):受力越大,加速度越大;质量越大,加速度越小,也不一定a∝F、a∝1/m,你还能想象出其他的什么形式? a∝F2、a∝1/m2或其它情况。很好,同学们能放开思维进行大胆的猜想,颇有物理学大师的风范,了不起,可是同学们,你将通过什么方式去检验你的猜想呢?

2.研究方法

(生):通过实验检验猜想

(师):可这里有三个物理量a、F、m,如何研究三个变量之间关系比较好呢?

(生):先保持m一定,研究a、F的关系

   再保持F一定,研究a、m的关系

(师):很好,这就是实验的两个基本思路,我们把这种方法称(控制变量法),大家看这是控制变量法的定义。其实初中我们也用过这种方法,同学们能否回忆一下什么地方用过这种方法。

(生):研究物质的密度与质量和体积的关系,以及通过导体的电流与电压和电阻的关系。

(师):很好,今天这堂课我们只研究第一种思路,保持m一定进,探究a与F的关系,而且只检验a∝F;这种最简单的形式是否正确好吧!有兴趣的同学可以在课下依据实验数据去检验其它的形式!显见测量a与F就成本实验的关键了!

3.方案探究

(师):猜想假设与实验的基本思路都有了,我们应该去寻求具体的方案来检验我们的猜想。现在请同学们打开讲义,看一下自主探究指南卡上面的几个问题,然后带着这几个问题去阅读教材77页“制定实验方案时的两个问题”直到78页上边的“参考案例”,了解一下书中告诉了我们什么样的实验方案,读完书后同学们可以试用一下桌上的实验仪器,自行设计实验步骤和数据记录表格,组内同学相互交流完成后,由各组组长汇集一下本组的方案及观点,并给大家介绍一下。哪个小组有了主意,及时举手向老师示意一下,好现在开始!

(中间隔上3-5分钟)

(师):同学们完成的怎么样拉?哪个小组先来把你们小组交流的内容让大家分享一下,第一小组先来把你们小组交流的内容让大家分享下,首先请你回忆一下与加速度相关的公式?

(学生汇报3-5分钟,教师作适当点拨和补充,学生汇报同时展示,最后总结现有条件下的两种可行性方案)

自主探究指南卡参考及点评

小组长代表本组介绍实验方案

1. 测a、F

2.求加速度的公式:


前三个公式都要涉及速度,而测速度比较困难,后两个公式,只要测位移和时间就可以了,位移用刻度尺测量,时间用秒表或用打点计时器测量。

(1)由     知,测s或测t用秒表即可,需要轨道、小车,钩码(作小车拉力用)、平衡

摩擦力。看a与F的比值是否定值,


(2)    只适用于初速度零的匀加速直线运动,知道运动性质的前提下才可用,由     

知,只要看  常量,即可知物体做匀变速直线运动,用来测a更科学,需要用轨道、小车,多用一个打点计时器,另需学生电源、纸带、导线。由


求a,再看a与F的比值是否定值可验证a与F是否正比例关系。

我们跟刚才小组方案一样,只是我们采用a-F图象检验a-F是否成正比例关系。这样更能清楚看出a-F的变化关系.直线若过坐标原点即能说明问题.


(3)前几个小组都是直接测a,其实,由书上的参考案例,可知,也可以不用测a,由 控制两辆小车运动相同时间t,则有     只需读出两小车位移  、 及各自秘用拉力


,只需调节  的大小看   随  的变化关系,即可检验a与F是否正比例关系,我们

需要两个轨道、两辆小车及双份钩码,用这个双层轨道做实验。


3.

4.平衡好摩擦力

5.用比值法,或用图象法

方案非常好,有难度,但创新意识好,巧妙运用转化的方法,实验好象很复杂,其实更科学,给这位同学一个鼓励的掌声。

当然,如果实验条件允许的话,我们也可采用频闪照相,用气垫导轨方案去完成实验,我给大家介绍一下,可在现有条件下,我们总结出两种可行的实验方案,大家看一下,这是实验中同学们提到的一些注意事项,同学们可以参考一下。

4.自主实验

(师):"纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行",a是否与F成正比例关系呢?还要看同学们的实验结果才见分晓,现在请同学们依据本组设计的实验方案进行实验,记录数据,分析数据规律,大胆检验你们的猜测想吧!老师建议大家彼此借鉴其它小组方案中的优点,完善自己的设计方案,好现在开始实验,看哪个小组在组长的带领下做的又快又规范!

(实验10分钟左右,中间针对学生的操作出现的共同问题稍作点拨,让学生注意操作事项和要领及规范性)

学生做实验过程中,打开Excel表格的参考样表

有些小组已经得到了实验数据,其他小组加油啊!可以参考老师提供的样表,也可以自主设计表格画在讲义上,请最先测出数据的同学到前面电脑前输入数据!

(展示三种情况)

各小组已经完成实验,第一小组说一下你们的结论,验证出a∝F了吗?

(生1):我们测出a 与F发现a/F比值非常接近,在误差允许的范围内,近似相等。说明a∝F

(生2):我们画出a-F图象一条直线,但稍微偏离坐标原点

(师):能说出偏离的原因吗?

(生2):平衡摩擦力不足,但在误差允许的范围内,a-F正比例关系

(生3):我们在电脑中输入数据,作出趋势线,发现正比例函数,稍微不些偏差,在误差允许的范围内,a-F正比例。

(师):同学们表现太棒了,课堂因你们而精彩!自己的精彩表现来一次激烈的掌声吧!

5.实验结论

根据同学们的实验数据及图象描述,我们发现在误差允许的范围内,物体质量一定时,a与F成正比例关系。

(三)探究历程

回想本堂课我们的探究历程。

首先是情景再现、然后是猜想假设a、F、m的关系、接着进行探究实验方案、同学位自主进行实验、通过数据分析、最后得出结论。通过本节课的探究性学习,我们尝试用实验的方法来探究m一定时a与F的关系。让大家体会了物理学研究工作是以怎样的形式和方法来进行的,望大家从以下两方面有所体会:第一,物理学研究并不神秘,每个同学都可以开展物理学研究。第二,今天我们的工作是粗糙的,真正的物理学研究更精确、更完善,但基本思路和方法是一样的,让我们都拥有这样一种方法,探究大自然的奥秘吧!

(四)巩固课堂所用知识与技能,老师送大家几道竞赛题,看谁先来抢答,以最先站起来,并且快速回答的获胜者。

(五)课后探究题

最后是老师送大家的一个探究性问题,探究报纸能承受的最大拉力与报纸的几何尺寸之间的关系(宽度d与承受拉力F的关系).

今天的课到这儿,谢谢各位同学!同学们再见!

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