实验:探究加速度与力、质量的关系导学案.docx
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1、实验:探究加速度与力、质量的关系导学案试验:探究加速度与力和质量的关系 (必修1)第四章第2节 试验: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:(先放课件,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依据这些情景,同学们能否年出物体运动状态改变的快慢,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肯定时,质量越大加速度越小;质量肯定时,受力越大,加速度越大(学生若不说定
2、性关系,可提示依据情景事实,告知我们什么呢?)刚才这位同学回答的很好,不仅指出了加速度的相关因素,而且说明白加速度与力、质量的定性关系,然而物理学并不满意于这样定性的描述,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)- 猜想假设 (生):aF、am (师):你是依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,也不肯定aF、am,你还能想象出其他的什么形式?aF、am或其它状况。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,了不得
3、,可是同学们,你将通过什么方式去检验你的猜想呢? 探讨方法 (生):通过试验检验猜想 (师):可这里有三个物理量a、m,如何探讨三个变量之间关系比较好呢? (生):先保持m肯定,探讨a、的关系 再保持肯定,探讨a、m的关系 (师):很好,这就是试验的两个基本思路,我们把这种方法称为(限制变量法),大家看这是限制变量法的定义。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):探讨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,今日这堂课我们只探讨第一种思路,保持m肯定进,探究a与F的关系,而且只检验aF;这种最简洁的形式是否正确好吧
4、!有爱好的同学可以在课下依据试验数据去检验其它的形式!显见测量a与就成为本试验的关键了! 方案探究 (师):猜想假设与试验的基本思路都有了,我们应当去寻求详细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页“制定试验方案时的两个问题”直到78页上边的“参考案例”,了解一下书中告知了我们什么样的试验方案,读完书后同学们可以试用一下桌上的试验仪器,自行设计试验步骤和数据记录表格,组内同学相互沟通完成后,由各组组长汇合一下本组的方案及观点,并给大家介绍一下。哪个小组有了办法,刚好举手向老师示意一下,好现在起先! (中间隔上3-5分钟)
5、(师):同学们完成的怎么样拉?哪个小组先来把你们小组沟通的内容让大家共享一下,第一小组先来把你们小组沟通的内容让大家共享下,首先请你回忆一下与加速度相关的公式? (学生汇报分钟,老师作适当点拨和补充,学生汇报同时课件展示,最终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试验方案 测a、F 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。 ()由知,测s或测t用秒表即可,须要轨道、小车,钩码(作小车拉力用)、平衡 摩擦力。看a与的比值是否为定值, ()只适用于初速度
6、为零的匀加速直线运动,知道运动性质的前提下才可用,由 知,只要看为常量,即可知物体做匀变速直线运动,用来测a更科学,须要用轨道、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与的比值是否为定值可验证a与是否为正比例关系。 我们跟刚才小组方案一样,只是我们采纳a-F图象检验a-F是否成正比例关系。这样更能清晰看出a-F的改变关系直线若过坐标原点即能说明问题 ()前几个小组都是干脆测a,其实,由书上的参考案例,可知,也可以不用测a,由限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 ,只需调整的大小看随的改变关系,即可检验a与是否为正比例关系,我们 须要两个
7、轨道、两辆小车及双份钩码,用这个双层轨道做试验。 平衡好摩擦力 用比值法,或用图象法 方案特别好,有难度,但创新意识好,奇妙运用转化的方法,试验好象很困难,其实更科学,给这位同学一个激励的掌声。 当然,假如试验条件允许的话,我们也可采纳频闪照相,用气垫导轨方案去完成试验,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试验方案,大家看一下,这是试验中同学们提到的一些留意事项,同学们可以参考一下。 自主试验 (师):纸上得来终觉浅,绝知此事要躬行,a是否与成正比例关系呢?还要看同学们的试验结果才见分晓,现在请同学们依据本组设计的试验方案进行试验,记录数据,分析数据规律,大胆检验你们的揣测想
8、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,好现在起先试验,看哪个小组在组长的带领下做的又快又规范! (试验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,让学生留意操作事项和要领及规范性) 学生做试验过程中,打开xcel表格的参考样表 有些小组已经得到了试验数据,其他小组加油啊!可以参考老师供应的样表,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! (展示三种状况) 各小组已经完成试验,第一小组说一下你们的结论,验证出aF了吗? (生):我们测出a与发觉a/F比值特别接近,在误差允许的范围内,近似相等。说明aF (生):我们画出a-F图
9、象为一条直线,但略微偏离坐标原点 (师):能说出偏离的缘由吗? (生):平衡摩擦力不足,但在误差允许的范围内,a-F为正比例关系 (生):我们在电脑中输入数据,作出趋势线,发觉为正比例函数,略微不些偏差,在误差允许的范围内,a-F为正比例。 (师):同学们表现太棒了,课堂因你们而精彩!为自己的精彩表现来一次激烈的掌声吧! 试验结论 依据同学们的试验数据及图象描述,我们发觉在误差允许的范围内,物体质量肯定时,a与成正比例关系。 (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、接着进行探究试验方案、同学位自主进行试验、通过数据分析、最终得出结论。通过本节
10、课的探究性学习,我们尝试用试验的方法来探究m肯定时a与的关系。让大家体会了物理学探讨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,物理学探讨并不神奇,每个同学都可以开展物理学探讨。其次,今日我们的工作是粗糙的,真正的物理学探讨更精确、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,探究大自然的奇妙吧! (四)为巩固课堂所用学问与技能,老师送大家几道竞赛题,看谁先来抢答,以最先站起来,并且快速回答的为获胜者。 (五)课后探究题 最终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). 今日的课到这儿,感谢
11、各位同学!同学们再见! 探究加速度与力、质量的关系 必修一4.2试验:探究加速度与力、质量的关系一、教材分析这是一节学生试验课,目的是为了让学生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,要学生自己设计,但是给出了试验的基本思路:限制变量法。学生在初中已经接触过限制变量法,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改变快慢,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培育学生动手操作实力过程与方法1指导学生半定量的探究加速度和力、物体质量的关系,知道用限制变量法进行试验2学生自己设计试验,自己依据自己的试验设计进行试验3对试验数据
12、进行处理,看一下试验结果能验证什么问题,情感看法与价值观1通过探究试验,培育实事求是、敬重客观规律的科学看法2通过试验探究激发学生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限制变量法的运用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、学情分析学生对限制变量法应以驾驭,关键是试验设计,试验操作实力不强,应让其做好充分的课前预习五、教学方法探究、讲授、探讨、练习六、课前打算多媒体课件,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)
13、,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、展示目标利用多媒体投影图421;分组定性探讨组I:物体质量肯定,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探讨的结果组1生:当物体质量肯定时,物体的加速度应当随着力的增大而增大师:请组2的代表回答你们组探讨的问题,组2生:当力大小相同时,物体质量越大,运动状态越难以
14、变更,所以质量越大,加速度越小师:物体运动状态变更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,不参加加速度的供应师: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:便利我们的探讨师:这是探讨多个变量之间关系的特别好的方法,我们把它称作限制变量法我们以前在什么地方学到过这种方法?生1:在初中我们在探究物体的密度与质量、体积之间的关系时生2:在探讨电流与电压、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
15、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改变快慢,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培育学生动手操作实力过程与方法1指导学生半定量的探究加速度和力、物体质量的关系,知道用限制变量法进行试验2学生自己设计试验,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,情感看法与价值观1通过探究试验,培育实事求是、敬重客观规律的科学看法2通过试验探究激发学生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
16、的作用下的加速度,分析加速度与力的关系大家分组探讨并且每组设计一个试验方案,并说明试验的原理分组探讨组l生1:我们是依据课本上的参考案例设计试验的(在投影仪上展示试验装置如图422)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
17、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=(v2v02)/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
18、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,车后用绳限制小车运动,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x1cm拉车砝码(s)位移x2cm12345 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a212345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学生进行试验,老师巡回指导,帮助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,因为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
19、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:通过我们的探讨,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423所示;可得在探讨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,试验结论是图象特别接近一条过原点的直线师:大家做得都特别好,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,绳子简单打滑
20、,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,aF图象不能再是一条直线,而是发生了弯曲师:这组同学的问题特别好,事实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,而事实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限
21、制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,详细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困难师:我们可以用计算机进行数据处理,使数据处理变得简洁化,大家在课下探讨一下看如何用数据处理软件处理试验中得到的数据师:以上我们是通过限制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,下面同学们接着做试验,通过限制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学生进行试验,老师巡回指导,帮助实力较弱的小组实现试验由于和以上的试验方法特别类似,所以可以干脆让学生得出结论师:大家得出的结论是什么?生:物体加速度在物
22、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aM图象则图象是曲线,我们可以作a1M图象来解决这个问题,物体的加速度和质量成反比,所以a1M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,解除误差的影响,大家探讨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探讨生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)大家的发言特别好,那么我们得出的结论是不是一个定理性的结论呢?
23、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特别了不得的,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、乙两同学在一起争论,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,物体的加速度确定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肯定就大小车的质量小,
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