高中物理人教版必修1 第四章 第2节 实验探究加速度与力、质量的关系 教案2 Word版含解析

第四章牛顿运动定律
第二节实验：探究加速度与力、质量的关系
【课程背景及设计思想】
1. 本节实验是大纲中规定的学生实验，探究加速度与力、质量的关系后推出的牛顿第二定律是动力学的核心规律，本节实验课是高中物理课程体系中至关重要的一课。

2. 本节实验以往均采用打点计时器和纸带配合来测量加速度和判断摩擦力是否已被平衡，耗时费力且基本上做不出达到要求的实验数据；在数据处理时，要求学生描点然后进行线性拟合，耗费大量时间且效果不佳。

由于以上困难，每年学生都基本上不能完成该实验，有些学校甚至不再在实验室中进行学生分组实验。

3. 往年本节实验课都是安排两节课时，一节理论准备，一节分组操作，实际实施过程中发现课时往往还不够。

4. 针对以往实验课中的困难，结合本次实验室改造时物理实验室购进的传感器和电脑设备，我采用了用光电门来测量加速度和
判断摩擦力的平衡，采用朗威通用软件来进行数据处理中的描点和线性拟合。

实际实验中发现该方案测量精确度高，实验过程简单，学生容易操作，对学生深入理解牛顿第二定律的内在关系和应用现代技术进行实验和数据处理的能力提高大有裨益；该方案一举克服了本节实验课多年的顽疾，原本两节课都很难完成的教学任务一节课就可以轻松的达到目的，极大提高了课堂效率；数字化实验室的师生电脑交互系统也极大程度的增强了课堂中的师生互动，改变了以往实验课中老师先讲一通、然后学生再做一气、老师讲授和学生操作脱节的现象，可以很好的实现边实验边教学的模式。

【教学目标】
一、知识目标：
理解物体加速度大小与力和质量的关系
二、能力目标：
1.训练用控制变量法进行实验
2.掌握用图像处理实验数据的方法
3.掌握平衡摩擦阻力及减小系统误差、偶然误差及误差分析的方法
三、德育目标
1．通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度；体会探究过程的科学严谨和合理性
2．通过实验方案的自行设计激发学生的求知欲和创新精神．
3．培养与人合作的团队精神．
【教学重点】
1．控制变量法的应用．
2．实验数据的分析与处理．
【教学难点】
1．如何设计实验方案并使实验方案合理可行．
2．实验误差的分析和控制
【教学用具】
多媒体课件、小车一端带滑轮长木板、质量标准的小车（规格：100g）、遮光片（规格：
0.02m）、带小钩的细线条、质量标准的小桶（规格：5g）、钩码(规格：50 g)、砝码(规格：5g＼10 g)、光电门传感器每组两套，数字化实验室电脑设备全套。

【课时安排】
1课时
【教学过程】
一、引入新课、提出问题
利用学生比较感兴趣的四驱赛车演示加速过程，提出问题组织学生讨论：怎样尽量增大电动小车的加速度？
二、合理猜想
引导学生根据牛顿第一定律和生活实践猜想加速度与合力的关系、加速度与质量的关系质量一定时，合力增大，加速度随之增大，正比？
合力一定时，质量增大，加速度随之减小，反比？
三、合作探究，分组实验
由学生猜想引出实验课题：
实验：探究a与F、M的关系（板书并开始播放课件）
1.实验方法：控制变量法
根据控制变量法的要求确定实验分两个阶段进行：
实验1：保持物体质量M不变时，探究物体加速度a与所受合力F的变化关系
实验2：保持物体所受合力F不变时，探究物体加速度a与质量M的变化关系
2.实验方案设计
提出实验方案必须解决的三个问题：
1）.怎样提供可以改变的合力F使物体产生加速度并对合力F的大小进行测量？
2）.怎样改变物体的质量M并进行测量？
3）.怎样测量或比较物体的加速度a的大小？
要求学生根据自己的预习上对照教材上提供的两个参考方案来回答这三个问题，要论参考方案的可行性和优缺点
在学生上交的预习作业中（实验方案设计图）选择部分进行展示，并要求相应学生上台讲解。

从对三个基本问题的解答上介绍本次实验采用的方案设计，并详细讲解所使用的各个器材及其功能，演示其使用方法：
本次实验采用目前国内中学实验室最先进的光电门传感器完成
1).使用重物（空桶加小砝码）通过细绳和定滑轮给物体提供拉力，在平衡摩擦力后可以近似认为重物的重力大小等于物体所受合力大小
如何平衡摩擦力？
可把滑板倾斜成斜面，
调整斜面倾角使重力
沿斜面向下的分力和
摩擦力平衡，如图所示：
2)通过加减钩码改变小车总质量M
3)利用光电门测量加速度原理：
3.学生分组实验1：
简单说明实验步骤和注意事项后学生开始分组实验：
实验1：
1.打开通用软件，应用光电门平衡摩擦力
（平衡后不能再移动滑板）
2.调用数据记录表（a与F的关系模板）
3.点击数据记录中的“开始”，使塑料空桶拉着小车加速运动通过两个光电门，点击数据记录中的“结束”，自动记录一组数据后手动录入重物总拉力。

4.在空桶内加入小砝码改变重物拉力，再做三次。

（释放小车前注意检查拉绳是否还在滑轮上）
5.做完四组数据后观察a和F的关系，应用图像法做定量分析（点击“绘图”，选择F 为X坐标，a为Y坐标，画出离散点，然
后点击“拟合”，选择线性拟合，画出a-F图像。

）
巡视学生完成实验过程、帮助部分出现困难的学生解决问题。

学生实验1基本完成后选择学生中的两组实验数据和图像分析发送到大屏幕上和全体学生一起总结实验结论1：
物体质量M不变时，物体加速度a大小与所受合力F大小成正比
实验1参考数据记录表格与a-F图像：
4.学生分组实验2：
简单说明实验步骤和注意事项后学生开始分组实验：
实验2：
1.关闭实验1的图像，调用数据记录表（a与M的关系模板）
2.点击数据记录中的“开始”，使塑料空桶拉着小车加速运动通过两个光电门，点击数据记录中的“结束”，自动记录一组数据后手动录入小车总质量
3.在小车上加上钩码改变小车总质量，再做三次。

（释放小车前注意检查拉绳是否还在滑轮上）
4.做完四组数据后观察a和M的关系，应用图像法做定量分析（点击“绘图”，选择F 为X坐标，a为Y坐标，画出离散点，然
后点击“拟合”，选择反比拟合，画出a-M图像。

）
巡视学生完成实验过程、帮助部分出现困难的学生解决问题。

学生实验2基本完成后选择学生中的两组实验数据和图像分析发送到大屏幕上和全体学生一起总结，会发现a与M 的反比关系拟合图像因为是一条曲线无法直观判断是否为反比关系。

考虑到只有线性关系的图像为一条直线比较容易直观判断
提出问题：如何在a与M的关系中构建线性关系？
学生讨论后提出：
a若与M成反比则必定与1/M成正比
故作a-1/M图像，由其是否为一条过原点的直线来判断a与M的反比关系是否成立根据选择的某组学生实验数据作a-1/M图像，发送到大屏幕上展示和全体学生一起予以验证和分析后得到实验结论2
物体所受合力F不变时，物体加速度a大小与物体质量M成正比
实验2参考数据记录表格与a-M、a-1/M图像：
5.误差分析（难点）：
本实验误差的来源主要有哪些？
分别该如何尽量减小？
请学生充分讨论留作思考题，比较完整的答案可以在下节课交流：
1.摩擦的影响始终难以消除（滑轮、车轮润滑、导轨光滑、气垫导轨……）
2.改变小车质量对平衡滚动摩擦力有影响
3.在加速运动时，重物的重力不等于对小车的拉力（尽量使重物质量远小于小车质量）
……
【作业】
1．完成实验报告．
2．在条件允许的情况下，按照自己设计的另外的方案进行实验
【板书设计】
第二节实验：探究a与F、M的关系
一、提出问题：三、合作探究：
a与F、M存在怎样的定量关系 1.M不变时，探究a与F的关系？
2.F不变时，探究a与M的关系？
二、合理猜想四、实验结论
1.F越大，a越大，正比？ 1.M不变时，a与F成正比
2.M越大，a越小，反比？ 2.F不变时，a与M成反比。