2019-2020年人教版高中物理必修1 第4章第2節(jié) 實驗 探究加速度與力、質量的關系（教案）.doc

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2019-2020年人教版高中物理必修1 第4章第2節(jié) 實驗 探究加速度與力、質量的關系（教案） 【知識與技能】 1、理解物體運動狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關，也與質量有關。 2、通過實驗探究加速度與力和質量的定量關系。 【過程與方法】 1、使學生掌握在研究三個物理量之間關系時，用控制變量法實現(xiàn)。 2、指導學生根據(jù)原理去設計實驗。 3、幫助學生會分析數(shù)據(jù)表格，利用圖象尋求物理規(guī)律。 【情感態(tài)度與價值觀】 1、通過實驗探究激發(fā)學生的創(chuàng)新精神。 2、使學生體驗探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。 【教學過程】 【實驗目的】 1．學會用控制變量法研究物理規(guī)律。 2．驗證牛頓第二定律。 3．掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法。 【實驗原理】 探究加速度a與力F及質量M的關系時，應用的基本方法是控制變量法，即先控制一個參量——小車的質量M不變，探究加速度a與力F的關系；再控制小盤和砝碼的質量不變，即力F不變，探究加速度a與小車質量M的關系。 【實驗器材】 打點計時器、紙帶、復寫紙、小車、一端附有定滑輪的長木板、小盤、夾子、細繩、低壓交流電源、導線、天平、刻度尺、砝碼、薄木塊。 【實驗步驟】 1．稱量質量：用天平測小盤的質量m0和小車的質量M0。 2．安裝器材：按照實驗原理圖所示裝置把實驗器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細繩系在小車上(即無小車牽引力)。 3．平衡摩擦力：在長木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，反復移動薄木塊的位置，直至小車在不掛小盤和砝碼的情況下能沿木板做勻速直線運動為止。 4．測量加速度： (1)保持小車的質量不變：把小車靠近打點計時器，掛上小盤和砝碼，先接通電源，再讓小車拖著紙帶在木板上勻加速下滑，打出一條紙帶。計算小盤和砝碼的重力，即為小車所受的合力，由紙帶計算出小車的加速度，并把力和對應的加速度填入表(一)中。改變小盤內砝碼的個數(shù)，并多做幾次。 (2)保持小盤內的砝碼個數(shù)不變：在小車上放上砝碼改變小車的質量，讓小車在木板上滑動打出紙帶。計算砝碼和小車的總質量M，并由紙帶計算出小車對應的加速度，并將所對應的質量和加速度填入表(二)中。改變小車上砝碼的個數(shù)，并多做幾次。 表(一) 實驗次數(shù) 加速度a/(ms－2) 小車受力F/N 1 2 3 4 表(二) 實驗 次數(shù) 加速度 a/(ms－2) 小車和砝碼的 總質量M/kg 小車和砝碼的總質量的倒數(shù)M －1/kg－1 1 2 3 4 【數(shù)據(jù)處理】 1．計算加速度：在紙帶上標明計數(shù)點，測量各計數(shù)點間的距離，根據(jù)逐差法計算各條紙帶對應的加速度。 2．作圖象找關系：根據(jù)記錄的各組對應的加速度a與小車所受牽引力F，建立直角坐標系，描點畫a F圖象，如果圖象是一條過原點的傾斜直線，便證明加速度與作用力成正比。再根據(jù)記錄的各組對應的加速度a與小車和砝碼總質量M，建立直角坐標系，描點畫 a 圖象，如果圖象是一條過原點的傾斜直線，就證明了加速度與質量成反比。 【誤差分析】 1．系統(tǒng)誤差 (1)產生原因：①實驗原理不完善引起的誤差。本實驗用小盤和砝碼的總重力mg代替對小車的拉力，而實際上小車所受的拉力要小于小盤和砝碼的總重力。小盤和砝碼的總質量越小于小車的質量，由此引起的誤差就越小。②摩擦力平衡不準確、紙帶和細繩不嚴格與木板平行。 (2)減小方法： ①滿足小盤和砝碼的總質量遠小于小車的質量。②精確操作，確保平衡摩擦力以及紙帶和細繩嚴格與木板平行。 2．偶然誤差 (1)產生原因：質量測量不準確、計數(shù)點間距離測量不準確。 (2)減小方法：多次測量求平均值。 【注意事項】 1．平衡摩擦力：在平衡摩擦力時，不要把懸掛小盤的細繩系在小車上，即不要給小車加任何牽引力，并要讓小車拖著紙帶勻速運動。平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質量還是改變小車和砝碼的總質量，都不需要重新平衡摩擦力。 2．實驗條件：每條紙帶都必須在滿足小車的質量遠大于小盤和砝碼的總質量的條件下打出。只有如此，小盤和砝碼的總重力才可視為小車受到的拉力。 3．一先一后一按?。焊淖兝托≤囐|量后，每次開始時小車應盡量靠近打點計時器，并應先接通電源，再放開小車，且應在小車到達定滑輪前按住小車。 4．作圖：作圖時，兩坐標軸的比例要適當，要使盡可能多的點落在所作直線上，不在直線上的點應盡可能對稱地分布在所作直線兩側。 另一個方案： 保持力不變 保持小車質量不變 為什么 x2 /x1 可以表示小車 2 的加速度 a ? 為什么 F2 / F1 可以表示小車 2 所受的拉力 F ? 為什么 x2 /x1 可以表示小車 2 的加速度 a ? 為什么M2 / M1可以表示小車2的質量 m ? 為什么M1 / M2又表示小車 2 的 1/m ? （二）誤差分析 1．小車質量 m 應比重物的質量m′大得多，其原理將在后面的牛頓運動定律的應用中專門討論。二者差距越小，圖象線性越差。 2．夾口的密合性能，是造成誤差的原因之一。由于小車的質量和速度較大，夾子不易夾住小車的后拖線；有些時候夾子夾住一根拖線，而另一根未被夾住，對應小車仍向前運動，這些都是造成位移誤差的原因。 3．小車運動停止時不能與定滑輪相碰。如果小車碰到定滑輪才松手讓夾子夾住拖線，則與定滑輪相碰的小車位移偏小，產生誤差。 【典型例題】某同學設計了“探究加速度a與物體所受合力F及質量m的關系”實驗. 圖（a）為實驗裝置簡圖，A為小車，B為某種打點計時器，C為裝有細砂的小桶，D為一端帶有定滑輪的長方形木板，實驗中認為細繩對小車拉力F等于細砂和小桶的總重量，小車運動的加速度a可用紙帶上打出的點求得。. （1）圖（b）為實驗中所用打點計時器的學生電源。由學生電源可以判斷該同學選用的是圖(c)中的 （填“甲”或“ 乙”）計時器。上述圖（b）的安裝中存在的錯誤有： ① ② 。 （2）在“探究加速度a與質量m的關系”時，保持細砂和小桶質量不變，改變小車質量m，分別記錄小車加速度a與其質量m的數(shù)據(jù). 在分析處理時，該組同學存在兩種方案；甲同學認為應該根據(jù)實驗中測得的數(shù)據(jù)作出小車加速度a與其質量m的圖象；乙同學認為應該根據(jù)實驗中測得的數(shù)據(jù)作出小車加速度a與其質量倒數(shù)的圖象。兩位同學都按照自己的方案將實驗數(shù)據(jù)在坐標系中進行了標注， 但尚未完成圖象（如下圖所示）. 你認為同學 （填“甲”、“乙”）的方案更合理. 請繼續(xù)幫助該同學作出坐標中的圖象。 （3）在“探究加速度a與合力F的關系”時，保持小車的質量不變，改變小桶中細砂的質量，該同學根據(jù)實驗數(shù)據(jù)作出了加速度a與合力F的圖線如圖(d)，該圖線不通過坐標原點，試分析圖線不通過坐標原點的原因。答： 。 【答案】（1） 乙 、 接線柱應接在交流電上 、 電壓應選擇6V檔 （2） 乙 、 （3） 實驗前該同學未平衡（或未完全平衡）摩擦力