4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 教学设计-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

教学设计 课程基本信息 学科 物理 年级 高一 学期 秋季 课题 实验：探究加速度与力、质量的关系 教科书 书 名：普通高中物理必修一 教学目标 1. 经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程，能够依据要求进行实验设计。 2. 经历用图像处理数据的过程，从图像中发现物理规律，培养学生收集信息、获取证据的能力。 3. 经历实验操作和测量的过程，知道如何平衡摩擦力、减小系统误差等操作方法，体会探究过程的科学性和严谨性。 教学内容 教学重点： 采用控制变量法探究加速度与力、质量的关系。 2. 加速度、力、质量的测量。 3. 用图像法处理数据。 教学难点： 1. 力的测量。 2. 数据的处理。 教学过程 一、新课导入： 多媒体播放《舰载机的性能，决定了航母的作战能力》 师：已知舰载机的起飞速度为260km/h，如果你是设计师，要想提问舰载机的起飞效率，即在更短时间、距离内起飞，你会如何改进？ 生：减小飞机质量、增加发动机的推进力、减小空气阻力 师：同学们的目的都是为了让加速度更大一些，那加速度与哪些因素有关呢？ 生：飞机质量、作用力大小 师：有怎样的关系？ 生：质量一定时，力越大，加速度越大；力一定时，质量越大，加速度越小 师：我们要设计舰载机，仅靠上述定性关系是不够的，还要知道他们之间的定量关系——引出主题 2、 设计实验，制定探究方案： 师：加速度与力有关，与质量也有关，如果同时研究它们之间的关系比较困难，可以采用什么方法？ 生：控制变量法 师：实验开始前，我们需要选一个做匀变速直线运动的物体作为研究对象，我们之前在探究小车速度随时间的变化规律实验中已经接触过这样的运动，于是我们可以选择这样熟悉的装置去探究。如图所示为课本上的实验装置，将小车置于木板上，通过滑轮与槽码相连，小车可以在槽码的牵引下运动，思考如何测量力、加速度、质量三个物理量？ 生：质量可以通过天平测量，加速度可以通过打点计时器与纸带测量 师：那力如何测量呢？这是本节课的难点！现实中只受一个力的物体几乎不存在，但是我们之前学过，一个单独的力的作用效果与跟它大小相等，方向相同的合力是一样的。对小车进行受力分析：小车沿运动方向受到拉力和摩擦力（包括纸带的阻力），其中摩擦力很难测量，那如何测量小车受到的合力呢？ 生：讨论，想办法与其他力抵消 师：我们用一个词来表示——平衡摩擦力，也叫补偿阻力。可以将轨道不带滑轮的一侧垫高。那如何判断已经平衡好摩擦力了？ 生：轻推小车，若小车在不受牵引力时能拖动纸带沿轨道匀速运动则表明已平衡摩擦力 师：如何判断小车已经做匀速运动呢？ 生：看打点计时器打下的点是否均匀 师：这样小车所受合力就只有绳子的拉力了，那如何测量拉力的大小？ 生：槽码的重力 师：槽码的重力与绳子的拉力相等吗？我们对槽码分析，槽码处于加速状态，可知FT不等于mg。实际上，只有当槽码的质量远小于小车的质量时，槽码的重力才可视为小车受到的拉力，具体原因等我们下节课学完牛顿第二定律后再推导。最后我们来观看老师事先录好的实验操作视频。 三、实施探究方案，获取和处理数据 学生把测得的同一个小车在不同拉力作用下的加速度和不同质量的小车在相同拉力作用下的加速度填在课本85页的表格中 师：这些都是老师通过实验所得的纸带，这个实验需要处理的数据可不少，我们用逐差法计算小车的加速度，因工作量巨大，老师已事先处理完数据，结果如图所示。先来看F一定时，a与M的关系。从数据中可以简单看出，随着M的增大，a在逐渐减小，但它们之间的具体关系我们需要画图来辅助，这里我们借助excel的画图工具来辅助。（教师演示） 生：观察图像，思考力一定时，加速度与质量的关系 师：从图中我们可以看出质量一定时，加速度与质量的关系吗？有同学说成反比，一定是吗？如何确定关系呢？ 生：画a-1/M图像 师：从a-1/M图像中我们可以看出，质量一定时，加速度与质量成反比。 四、得出结论，误差分析 师：从实验结果中我们可以发现，在误差允许的范围内，在质量一定时，物体的加速度与它所受作用力成正比；在力一定时，物体的加速度与它的质量成反比。 生：我们光凭这几组数据就可以确定这样的关系吗？ 师：光凭这几组数据肯定不行，不过科学家们已经通过大量的数据研究表明了这个关系的正确性。（同时表扬这位学生严谨的态度） 师：延长a-F图像，可以发现该图线并不过原点，可能是由于什么原因导致的呢？ 生：平衡摩擦力过度 师：最后留给大家一个问题，如果在a-F图像中，图线与a轴交点在a的负半轴，这又是什么原因呢？ 学科网（北京）股份有限公司 $$