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《4.2实验:探究加速度与力、质量的关系》教案A


4.2 实验:探究加速度与力、质量的关系
教案 A
备课资源 控制变量法 物理学中对于多因素(多变量)的问题,常常采用控制因素(变量)的方法,把多因素 的问题变成多个单因素的问题。 每一次只改变其中的某一个因素, 而控制其余几个因素不变, 从而研究被改变的这个因素对事物的影响,分别加以研究,最后再综合解决,这种方法叫控 制变量法。 它是科学探究中的重要思想方法

, 广泛地运用在各种科学探索和科学实验研究之 中。控制变量法是中学物理中常用的探索问题和分析解决问题的科学方法之一。 探究声音的响度和音调、理想斜面实验、探究力与运动的关系、探究影响滑动摩擦力大 小的因素、探究影响压力的作用效果的因素、探究影响液体压强大小的因素、探究影响浮力 大小的因素、探究影响滑轮组的机械效率的因素、探究影响动能大小的因素、探究影响重力 势能大小的因素、探究影响导体电阻大小的因素、验证欧姆定律、探究影响电流做功多少的 因素、探究影响电流的热效应的因素、探究影响电磁铁磁性强弱的因素。而且还需要试验。 控制变量法是为了研究物理量之间的关系所用。举例来说,s=vt 即位移=速度×时间。 这个公式可以用控制变量法来研究,就是说,知道“速度”、“位移”、“时间”,但为了 研究出“位移=速度×时间”这个公式,我们要采用控制变量法。 研究的方法是这样的, 我们让一辆小车匀速行驶一段时间,然后看它的位移。为了研 究位移跟“速度”、“时间”是什么关系,我们先让小车以不同的速度行驶相同的时间,比 较两种情况下行驶的位移。例如:先以 3m/s 的速度行驶 5s,记下位移 15m;接着以 9m/s 的速度行驶 5s,记下位移 45m,这样,我们可以看到在同样的时间里,速度翻了几倍,位 移也翻了几倍,即位移和速度成正比。注意在这个例子中,我们故意让小车两次行驶的时间 保持一致(都是 5s),从而就可以发现“位移和速度成正比”这个关系,因为是控制住“时 间”这个变量,使其不变,来研究问题,所以这种方法叫“控制变量法”。同样的,如果我 们控制住“速度”这个变量,也同样可以发现“位移和时间成正比”这个关系。 (做法就是, 让小车以相同的速度行驶不同的时间,比较两种情况下行驶的位移) 教学目标 一、知识与技能 1.理解物体运动状态的变化快慢,即加速度大小与力有关,也与质量有关。 2.通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。 3.培养学生动手操作能力。 二、过程与方法 1.使学生掌握在研究三个物理量之间关系时,用控制变量法实现。 2.指导学生根据原理去设计实验,处理实验数据,得出结论。 3.帮助学生会分析数据表格,利用图象寻求物理规律。 三、情感、态度与价值观 1.通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神。 2.使学生养成实事求是的科学态度, 乐于探究自然界的奥秘, 能体验探索自然规律的艰 辛与喜悦。 3.培养学生的合作意识,相互学习,交流,共同提高的学习态度。 教学重点、难点 教学重点

1. 怎样测量物体的加速度。 2. 怎样提供和测量物体所受的力。 教学难点 指导学生选器材、设计方案、进行实验、作出图象、得出结论。 教法方法 1.提出问题,导入探究原理 自主选器材、设定方案、进行操作、总结归纳 进 行交流。 2.对学生操作过程细节进行指导,对学生实验过程的疑难问题进行解答。 教学准备 多媒体、小车、一端带滑轮长木板、钩码、打点计时器、学生电源、纸带、刻度尺、气 垫导轨、微机辅助实验系统一套。 教学过程 一、导入新课 教师课件展示: 如图 4-2-1。

图 4-2-1 教师引导探讨:物体质量一定,力不同,物体加速度有什么不同?力大小相同,作用在 不同质量物体上, 物体加速度有什么不同?物体运动状态改变快慢取决于哪些因素?定性关 系如何? 学生回答:第一种情况,受力大的产生的加速度大:第二种情况,质量大的产生的加速 度小。 教师引导:请同学们再思考生活中类似实例并加以体会。 教师总结:加速度大小既与力有关,也与质量有关。 二、进行新课 实验器材: 小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平。 1. 物体加速度与它受力的定量关系探究 教师引导探究:现在我们探究物体加速度与力、质量的定量关系(用控制变量法)。保 持物体的质量不变,测量物体在不同力的作用下的加速度,探究加速度与力的定量关系。请 同学据上述事例,猜测一下它们最简单的关系。 学生可能回答:加速度与力可能成正比。 教师提出问题:如何测量加速度 a?需什么器材?请同学设计方案。 学生回忆回答: 第二章我们已探究过小车速度随时间变化规律, 可用该实验器材测加速 度。小车在钩码牵引下做匀加速运动,利用打出纸带求加速度。 教师引导探究:现实中,除了在真空中抛体(仅受重力)外,仅受一个力的物体几乎不 存在,但一个单独的力作用效果与跟它等大、方向相同的合力作用效果相同,因此实验中力

F 的含义可以是物体所受的合力。 如何为运动物体提供一个恒定合力?如何测?请同学们想 办法。 可利用前边测加速度的器材, 在钩码质量远小于小车质量条件下, 钩码重力大小等于对 小车拉力(至于为什么以后再讨论),但必须设法使木板光滑,或使用气垫导轨以减少摩擦 直至忽略不计。这样小车受的合力就等于钩码重力。 教师对学生设计方案的可行性进行评估,筛选出最佳方案进行实验。 组织学生活动:学生思考,设计可行方案测量,也可借鉴教师提供案例进行设计。 教师引导探究: 指导学生分组实验, 把小车在不同拉力下的加速度填在设计好的表格中。 组织学生活动:学生设计实验步骤,进行分组实验,取得数据。 教师提出问题: 如何直观判断加速度 a 与 F 的数量关系?指导学生以 a 为纵坐标, 以F 为横坐标建立坐标系,利用图象找规律。利用实物投影展示某同学作的图象,让大家评价。 组织学生活动:学生在事先发给的坐标纸上描点,画图象,看图象是否是过原点的直 线,就能判断 a 与 F 是否成正比。分析研究表格中数据,得出结论。 2. 物体的加速度与其质量的定量关系探究 教师引导探究:保持物体所受力相同,测量不同质量的物体在该力作用下的加速度,探 究加速度与质量关系,请同学们用最简单的关系猜测一下二者是什么关系?教师解释:若 a 与 m 成反比,其实是 a 与 1/m 成正比,a-l/m 的图象应是什么? 学生猜测回答:加速度与质量可能成反比。应该是过原点直线。 教师活动:提出问题:保持钩码质量一定,即拉力大小一定,如何改变小车质量?安排 实验并将不同质量的小车的加速度填入设计好的表格中,建立 a—1/m 坐标系并作出图象。 学生活动:可能回答在小车上加砝码。自行设计实验步骤,进行分组实验,测出不同质 量时的加速度。 实验数据的记录处理: 设计一个表格, 把同一物体在不同的力的作用下的加速度填在表 中。为了更直观地判断加速度 a 与合力 F 的数量关系,我们以 a 为纵坐标,F 为横坐标,根 据各组数据在坐标系中描点。如果这些点在一条过原点的直线上,说明 a 与 F 成正比,如 果不是这样,则需要进一步分析。
实验数据 实验次数 第一次 第二次 第三次 加速度 a 合外力 F

数据处理:在坐标纸上描点,作 a-l/m 图象,据 a-l/m 图象是否是过原点直线就能判 断加速度是否与质量成反比。 注意课堂处理:由于学生刚开始从事探究实验,缺乏经验,需要教师指导,比如设计方 案、利用图象处理数据,学生一无经历,二不习惯,所以宜采用定向探究,逐步使学生走向 自由探究。 3.对实验可靠性进行评估 教师总结:如果同学们猜想是正确的,那么根据实验数据,以 a 为纵坐标,以 F 为横 坐标,或以 a 为纵坐标,1/m 为横坐标,作出的图象都应该是过原点的直线,但实际描的点 并不严格在某直线上,也不一定过原点。若真是 a∝F,a∝l/m 得需多次实验才能证实。 学生讨论结果,看书讨论相关问题。 三、课堂小结 1.改变拉力的方法,用图象表示出来。 2.改变小车质量的方法,用图象表示出来。

3.得出的结论与验证方法。 四、板书设计 实验:探究加速度与力、质量的关系 1.物体加速度与它受力的定量关系探究: a 与 F 图象。 2.物体的加速度与其质量的定量关系探究; a-l/m 图象。 3.对实验可靠性进行评估。 五、布置作业 完成实验报告。 六、课堂作业 1.物体运动状态的变化是指 ( )。 A.位移的变化 B.速度的变化 C.加速度的变化 D.质量的变化 2.以下物体在运动过程中,运动状态不发生变化的是( )。 A.小球做自由落体运动 B.枪弹在枪筒中做匀加速运动 C.沿斜坡匀速下滑的汽车 D.汽车在水平面上匀速转弯 3.在探究牛顿第二定律的实验中,我们利用了“控制变量法”,当保持外力不变的情 1 况下,由实验得出 a- 图象是通过原点的一条直线,这说明( )。 m A.物体的加速度大小与质量成正比 B.物体的加速度大小与质量成反比 C.物体的质量与加速度大小成正比 D.物体的质量与加速度大小成反比 4.物体 A 的质量为 10 kg,物体 B 的质量为 20 kg,A、B 分别以 20 m/s 和 10 m/s 的速 度运动,则( )。 A.A 的惯性比 B 大 B.B 的惯性比 A 大 C.A、B 的惯性一样大 D.不能确定 5.关于力下列说法中确的是( )。 ①力是使物体运动状态改变的原因; ②力是维持物体运动的原因; ③力是改变物体惯性 大小的原因;④力是使物体产生加速度的原因。 A.①④ B.①② C.②③ D.③④ 参考答案: 1.B 2.C 3.B 4.B 5.A 教育格言 母爱的伟大之处在于可以容纳孩子最可谴责的行为。


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