高一物理必修一4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系.doc

4.2 实验：探究加速度与力、与质量的关系 ★教学目标 知识与技能 学会通过实验探究物体加速度与力、质量的关系 在实验中掌握打点计时器的用法 对自己的实验结果进行归纳分析 过程与方法 根据所学知识及日常经验初步分析a、F、m三个物理量间的关系（定性分析）。 采用控制变量的方法，通过实验对a、F、m三个物理量间的数量关系进行定量研究；运用列表法及图象法处理数据；根据实验数据，归纳、推理实验结论（定量分析）。 情感态度与价值观 通过实验探究激发学生的求知欲和创新精神 学会与他人合作、交流，具有团队意识和团队精神。 ★教学重点 控制变量法的使用如何提出实验方案，并使实验方案合理可行实验数据的分析和处理。控制变量法的使用 师：本节课我们探究的内容是加速度与力、质量的关系，那实验中肯定要测量计算加速度、质量、合外力这三个物理量。 师：对于物体运动的加速度的测量计算，哪位同学有好的思路建议？ 生：可以跟前面测量匀变速直线运动加速度一样用打点计时器。 师：不错，这是一个非常好的建议。本节探究实验我们就是采用打点计时器来测量计算小车的加速度。 师：对于小车质量的测量，我想大家应该知道用什么样的测量仪器吧？ 生：用天平！ 师：很好，就是用天平。现在我们已经解决了两个物理量的测量计算。那还有最后一个，就是如何测量计算小车所受的合外力，这是今天这节课的一个重点，也是一个难点。 师：在思考如何测量物体所受的合外力前我们先思考如何才能给小车提供一个恒定的合外力。大家可以根据老师给你们的实验仪器来思考回答这个问题。 生：把附有滑轮的长木板平放在水平实验桌上，将细绳一端与小车相连，一端绕过滑轮，下面挂上钩码。小车在钩码的牵引力下运动。通过增减钩码数改变小车的受力；通过往小车上增减砝码改变小车的质量。 师：这位同学回答得非常好，非常全面。通过增减钩码数改变小车的受力，那我们如何来测量小车所受的合外力呢？是不是钩码的重力就是小车所受的合外力呢？ 生：小车受四个力，重力、支持力、摩擦力、绳子的拉力。重力和支持力相互抵消，物体的合外力就等于绳子的拉力减去摩擦力。小车所受的合外力不是钩码的重力 师：那看起来比较麻烦，还要再去计算摩擦力，算摩擦力时又要μ和压力N。总之这样要得到合外力的实验数据太麻烦困难了。能不能有好一点的解决方法呢？这里主要是摩擦力惹的麻烦，有没有办法把摩擦力的影响给消除了呢？ 生：不可能吧？物体在现实中不可能不受摩擦力！ 师：我们虽然不能消除摩擦力，但我们可以消除摩擦力的作用效果，通过前面的学习中我们已经了解到，一对平衡力的作用效果是可以相互抵消的，我们能不能用一个与摩擦力平衡的力来抵消摩擦力的作用效果呢，使摩擦力有等于没有。 学生思考，久久不能回答 师：其实答案我早就给你们了，大家还记得这样一道题吗？ 如图一个木块正在倾角为θ为的三角斜面上匀速下滑，试求斜面的动摩擦因数。 解：因为匀速，所以合外力为0。物体受重力G、支持力N、摩擦力f。这三个力的合力为0。如何利用这个关系呢？我们可以将重力分解，分解后则有，，所以动摩擦因数为tanθ。 问：如果此时给物体加上一个沿斜面向下的力F，那物体现在受到的合外力是多少？ 解：加了一个力以后刚才的那三个力都没有变，所以它们的合力还是0，再加上一个力F，所以物体现在的合力是F。 平衡摩擦力： 我们将长木板倾斜一定角度θ，θ应该等于，此时物体在斜面上受到的合外力为0。做实验时肯定无法这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断），这就说明此时物体合外力为0，摩擦力被重力的沿斜面向下的分力（下滑力）给抵消了。由于小车的重力G、支持力N、摩擦力f相互抵消，那小车实验中受到的合外力就是绳子的拉力了。 师：那如何来测量绳子的拉力呢？ 生：看钩码的重力就行了，钩码的重力不就是绳子的拉力吗？ 师：是吗？那请同学们先回答我一个问题：什么情况下绳子的拉力等于钩码的重量？或当绳子拉力等于钩码重力时，钩码做的是什么运动？ 生：当绳子拉力等于钩码重力时，钩码做的是匀速直线运动或静止。 师：实验钩码做的是匀速直线运动吗？ 生：不是！钩码与小车一样做匀加速直线运动，绳子的拉力应该小于钩码的重力。 师：那怎么办呢？理论计算发现当砝码质量比小车质量小得多时（≤1/6），绳子的拉力近似等于砝码的重力，即小车受到合外力近似等于砝码的重力。这个结论在我们学完本章之后自己就可以证明。 三、探究过程 用第二种方案 实验装置图 1、加速度与合外力的关系 实验基本思路：保持物体的质量不变，测量物体在不同的合力作用下物体的加速度，分析加速度与合外力的关系。 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