1、人教版必修一 第四章 牛顿运动定律 教学设计实验：探究物体加速度与质量 、力的关系一、教学目标1. 理解实验原理,能设计实验方案,会处理实验数据.2. 掌握控制变量法,熟练操作过程，会进行误差分析.二、教学重点掌握控制变量法，会处理实验数据三、教学难点处理实验数据，进行误差分析四、教学方法讨论法 实验法 探究法等五、教学媒体课件，实验器材六套（电火花打点计时器、纸带、拖线板、一段待定滑轮的长木板、小车、砝码、细线、天平、托盘、直尺、铅笔等）六、设计思路高三一轮复习注重复习全面、夯实基础，本实验是高考的必考实验之一，从近几年高考命题趋势看，越来越重视实际操作和创新方面的考察，而创新来源于实践，因
2、此，在本节课的实验复习中以问题探究的方式引导学生复习实验目的、实验原理、实验步骤，然后分组实验，重温实验操作、数据处理、误差分析等方面能力，让学生在实战中发现问题解决问题，改变过去直接做习题讲习题模式，从而提高学生创新能力和积极性。七、教学过程新课引入：根据考纲要求,每年实验题占18分，而探究加速度与力和质量的关系是高考七个必考实验之一，这节课就来复习这个实验。新课教学问题导学本实验的目的是什么？生：学会用控制变量法研究物理规律;探究加速度与力、质量的关系;掌握利用图象处理数据的方法.本实验的原理是什么？生：采取控制变量法,即先控制小车的质量m不变,探究加速度a与力F的关系;再控制小盘和砝码的
3、质量不变,即力F不变,探究加速度a与小车质量m的关系.3怎样设计实验进行探究？师展示实验方案，并说明本节课研究第一套方案。师：请同学们根据第一套实验方案检查你小组的器材有没有缺少的？（故意少摆放了）生：检查师：投影出实验器材 小车、打点计时器、纸带、一端带滑轮的长木板、细线、砝码（砝码）、小盘、刻度尺、天平师提醒 ：1.小车质量的测量用 。2.打点计时器的用途是：打出纸带，测量计算小车的加速度。分组讨论：1.怎样改变和测量小车及车里砝码的质量？生：通过增减砝码的个数改变研究对象的质量，可以用天平称出总质量。2.小车和砝码受到的外力是由什么提供的？怎样改变和测量外力的大小？生：外力是由小桶和细砂
4、的重力提供的；通过增减桶中细砂的多少来改变质量，通过天平测出质量，利用G=mg计算力的大小。3.小车在运动时要受到摩擦力，如何克服摩擦力呢？生：重力沿斜面向下的分力G1平衡摩擦力f4小盘及盘里砝码重力等于绳子拉力吗？ 生：不等，重力大于拉力 5什么条件下， 盘及盘里砝码重力近似等于绳子拉力，用以表示小车受到的合外力F？ 生：小车及车里砝码质量远大于盘及盘里砝码质量 6.怎样从纸带记录的数据算出被研究对象的加速度？生：在纸带上标记出几个计数点，利用x=aT2计算加速度。为保证结果的准确性，可多选几个计数点，采用逐差法计算加速度。 7. 实验操作步骤是什么？生：(1) 用天平测量小盘质量m和小车质
5、量m.(2) 按照实验装置图把实验器材安装好,但不要把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力).(3) 平衡摩擦力:小车的尾部挂上纸带,纸带穿过打点计时器的限位孔,将木板无滑轮的一端用薄木块稍微垫高一些,使小车在不挂小盘和砝码的情况下,使小车匀速下滑,这样小车所受重力沿木板的分力与小车所受摩擦力平衡.在保证小盘和砝码的质量远小于小车质量的条件下,可以近似认为小盘和砝码的总重力大小等于小车所受的合外力的大小.(4) 小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上,先接通电源后放开小车,取下纸带编号码.(5) 保持小车质量m不变,改变砝码和小盘的质量m0,重复步骤(4).(6) 在每条纸带上选取一段比较理想的
6、部分,测加速度a.(7) 描点作图,作a-F 图象.(8) 保持砝码和小盘质量m0不变,改变小车质量m,重复步骤(4)和(6);作a-图象.在学生回答的过程中，教师针对一些操作细节进一步提问引导。分组实验学生实验，教师巡查，及时发现问题并给予指正。数据处理将学生得出的纸带投出，让同学们一起来算加速度，加强对比。师进一步强调逐差法的使用。将学生记录的数据投出让同学们建立坐标画图，找关系。师：选出几分结果投出，并让学生分析纠错，找出规律。实验结论物体的加速度与合外力成正比,与质量成反比.讨论：1.为什么不做a-m的图像呢？生：化曲为直，直线简单直观，所以不做a-m图像。2.本实验怎样改进 ，可以让
7、实验更简单准确？本实验中可以用气垫导轨来代替长木板，这样就省去了平衡小车摩擦力的麻烦，小车的加速度也可以利用传感器，借助于计算机来处理 3实验误差来自哪方面？.(1) 因实验原理不完善引起的误差:本实验用小盘和砝码的总重力m0g代替小车的拉力,而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力.(2) 摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差. 注意事项(1) 实验方法:控制变量法.(2) 平衡摩擦力:在平衡摩擦力时,不要悬挂小盘,但小车应连着纸带且接通电源.用手给小车一个初速度,如果在纸带上打出的点的间隔是均匀的,表明小车受到的阻力跟它的重力
8、沿斜面向下的分力平衡.(3) 不重复平衡摩擦力:平衡了摩擦力后,不管以后是改变小盘和砝码的总质量还是改变小车和砝码的总质量,都不需要重新平衡摩擦力.(4) 实验条件:m m0. 只有如此,小盘和砝码的总重力才可视为小车受到的拉力.(5) 一先一后一按:改变拉力和小车质量后,每次开始时小车应尽量靠近打点计时器,并应先接通电源,后放开小车,且应在小车到达滑轮前按住小车.(6) 作图:作图时两轴标度比例要适当.各量须采用国际单位.这样作图线时,坐标点间距不至于过密,误差会小些.典例1如图所示是根据探究加速度与力的关系的实验数据描绘的a-F图像,下列说法正确的是( )A.三条倾斜直线所对应的小车与砝码
9、的质量相同B.三条倾斜直线所对应的小车与砝码的质量不同C.直线1所对应的小车与砝码的质量最大D.直线3所对应的小车与砝码的质量最大典例2实验后根据实验数据作出了a-F关系图线如图甲、乙所示，请分析其原因各是什么？生：甲图：当加一定的拉力后，还没产生加速度，说明有较大的摩擦力影响，说明还没有平衡摩擦力或是平衡摩擦力不足。乙图：没加拉力就产生了加速度，说明导轨有定滑轮的一端低，另一端高，导轨与水平面的夹角太大。小结：1.实验方法：控制变量法2.图像法处理实验数据技巧随堂练习1.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，关于平衡摩擦力的说法中正确的是( )A.“平衡摩擦力”的本质就是让小车受到的摩擦
10、力为零B.“平衡摩擦力”的本质就是使小车所受的重力沿斜面方向的分力与所受到的摩擦阻力相平衡C.“平衡摩擦力”的目的就是要使小车所受的合力等于所挂砝码通过细绳和滑轮对小车施加的拉力D.“平衡摩擦力”是否成功，可根据小车拖动的由打点计时器打出的纸带上的点迹间距是否均匀来确定2.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中备有下列器材：A.打点计时器;B.天平;C.秒表;D.低压交流电源;E.电池;F.纸带;G.细绳、砝码、小车、小盘；H.薄木板;I.装有细砂的小桶其中多余的器材是_；缺少的器材是_3.在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中(1)某小组得到一条打点的纸带,相邻计数点间的时间间隔为T,且
11、间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已量出,如图所示,计算D点的瞬时速度的表达式,加速度的表达式。(2)另一小组在该实验中得到了如下一组实验数据F/N 0.196 0.392 0.3920.588 0.588 a/ms-2 0.25 0.58 0.90 1.20 1. 53 从图中可以发现实验操作中存在的问题可能是( )A.实验中没有平衡摩擦力B.实验中平衡摩擦力时木板倾角过小C.实验中平衡摩擦力时木板倾角过大D.实验中小车质量发生变化课后反思在实验操作环节，学生的动手能力不是很理想，时间花了不少，进度不少很快，有的同学甚至连纸带都不会穿了，在这一环节，如果分成两组分别来探究加速度与质量关系，加速度与力的关系，进度会快一些，还能加强对比。在以后的实验复习中，都要让学生实际操作驯练。