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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(shí)驗(yàn) 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系（教案） 【知識(shí)與技能】 1、理解物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關(guān)，也與質(zhì)量有關(guān)。 2、通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系。 【過(guò)程與方法】 1、使學(xué)生掌握在研究三個(gè)物理量之間關(guān)系時(shí)，用控制變量法實(shí)現(xiàn)。 2、指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)原理去設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)。 3、幫助學(xué)生會(huì)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(jià)值觀】 1、通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究激發(fā)學(xué)生的創(chuàng)新精神。 2、使學(xué)生體驗(yàn)探索自然規(guī)律的艱辛與喜悅。 【教學(xué)過(guò)程】 【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹? 1．學(xué)會(huì)用控制變量法研究物理規(guī)律。 2．驗(yàn)證牛頓第二定律。 3．掌握利用圖象處理數(shù)據(jù)的方法。 【實(shí)驗(yàn)原理】 探究加速度a與力F及質(zhì)量M的關(guān)系時(shí)，應(yīng)用的基本方法是控制變量法，即先控制一個(gè)參量——小車的質(zhì)量M不變，探究加速度a與力F的關(guān)系；再控制小盤和砝碼的質(zhì)量不變，即力F不變，探究加速度a與小車質(zhì)量M的關(guān)系。 【實(shí)驗(yàn)器材】 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、小車、一端附有定滑輪的長(zhǎng)木板、小盤、夾子、細(xì)繩、低壓交流電源、導(dǎo)線、天平、刻度尺、砝碼、薄木塊。 【實(shí)驗(yàn)步驟】 1．稱量質(zhì)量：用天平測(cè)小盤的質(zhì)量m0和小車的質(zhì)量M0。 2．安裝器材：按照實(shí)驗(yàn)原理圖所示裝置把實(shí)驗(yàn)器材安裝好，只是不把懸掛小盤的細(xì)繩系在小車上(即無(wú)小車牽引力)。 3．平衡摩擦力：在長(zhǎng)木板的不帶定滑輪的一端下面墊上一塊薄木塊，反復(fù)移動(dòng)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(yùn)動(dòng)為止。 4．測(cè)量加速度： (1)保持小車的質(zhì)量不變：把小車靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(jì)算小盤和砝碼的重力，即為小車所受的合力，由紙帶計(jì)算出小車的加速度，并把力和對(duì)應(yīng)的加速度填入表(一)中。改變小盤內(nèi)砝碼的個(gè)數(shù)，并多做幾次。 (2)保持小盤內(nèi)的砝碼個(gè)數(shù)不變：在小車上放上砝碼改變小車的質(zhì)量，讓小車在木板上滑動(dòng)打出紙帶。計(jì)算砝碼和小車的總質(zhì)量M，并由紙帶計(jì)算出小車對(duì)應(yīng)的加速度，并將所對(duì)應(yīng)的質(zhì)量和加速度填入表(二)中。改變小車上砝碼的個(gè)數(shù)，并多做幾次。 表(一) 實(shí)驗(yàn)次數(shù) 加速度a/(ms－2) 小車受力F/N 1 2 3 4 表(二) 實(shí)驗(yàn) 次數(shù) 加速度 a/(ms－2) 小車和砝碼的 總質(zhì)量M/kg 小車和砝碼的總質(zhì)量的倒數(shù)M －1/kg－1 1 2 3 4 【數(shù)據(jù)處理】 1．計(jì)算加速度：在紙帶上標(biāo)明計(jì)數(shù)點(diǎn)，測(cè)量各計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離，根據(jù)逐差法計(jì)算各條紙帶對(duì)應(yīng)的加速度。 2．作圖象找關(guān)系：根據(jù)記錄的各組對(duì)應(yīng)的加速度a與小車所受牽引力F，建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)畫a F圖象，如果圖象是一條過(guò)原點(diǎn)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(duì)應(yīng)的加速度a與小車和砝碼總質(zhì)量M，建立直角坐標(biāo)系，描點(diǎn)畫 a 圖象，如果圖象是一條過(guò)原點(diǎn)的傾斜直線，就證明了加速度與質(zhì)量成反比。 【誤差分析】 1．系統(tǒng)誤差 (1)產(chǎn)生原因：①實(shí)驗(yàn)原理不完善引起的誤差。本實(shí)驗(yàn)用小盤和砝碼的總重力mg代替對(duì)小車的拉力，而實(shí)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(zhì)量越小于小車的質(zhì)量，由此引起的誤差就越小。②摩擦力平衡不準(zhǔn)確、紙帶和細(xì)繩不嚴(yán)格與木板平行。 (2)減小方法： ①滿足小盤和砝碼的總質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車的質(zhì)量。②精確操作，確保平衡摩擦力以及紙帶和細(xì)繩嚴(yán)格與木板平行。 2．偶然誤差 (1)產(chǎn)生原因：質(zhì)量測(cè)量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離測(cè)量不準(zhǔn)確。 (2)減小方法：多次測(cè)量求平均值。 【注意事項(xiàng)】 1．平衡摩擦力：在平衡摩擦力時(shí)，不要把懸掛小盤的細(xì)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(yùn)動(dòng)。平衡了摩擦力后，不管以后是改變小盤和砝碼的總質(zhì)量還是改變小車和砝碼的總質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。 2．實(shí)驗(yàn)條件：每條紙帶都必須在滿足小車的質(zhì)量遠(yuǎn)大于小盤和砝碼的總質(zhì)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|(zhì)量后，每次開始時(shí)小車應(yīng)盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，再放開小車，且應(yīng)在小車到達(dá)定滑輪前按住小車。 4．作圖：作圖時(shí)，兩坐標(biāo)軸的比例要適當(dāng)，要使盡可能多的點(diǎn)落在所作直線上，不在直線上的點(diǎn)應(yīng)盡可能對(duì)稱地分布在所作直線兩側(cè)。 另一個(gè)方案： 保持力不變 保持小車質(zhì)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(zhì)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(zhì)量 m 應(yīng)比重物的質(zhì)量m′大得多，其原理將在后面的牛頓運(yùn)動(dòng)定律的應(yīng)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(zhì)量和速度較大，夾子不易夾住小車的后拖線；有些時(shí)候夾子夾住一根拖線，而另一根未被夾住，對(duì)應(yīng)小車仍向前運(yùn)動(dòng)，這些都是造成位移誤差的原因。 3．小車運(yùn)動(dòng)停止時(shí)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(chǎn)生誤差。 【典型例題】某同學(xué)設(shè)計(jì)了“探究加速度a與物體所受合力F及質(zhì)量m的關(guān)系”實(shí)驗(yàn). 圖（a）為實(shí)驗(yàn)裝置簡(jiǎn)圖，A為小車，B為某種打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，C為裝有細(xì)砂的小桶，D為一端帶有定滑輪的長(zhǎng)方形木板，實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對(duì)小車?yán)等于細(xì)砂和小桶的總重量，小車運(yùn)動(dòng)的加速度a可用紙帶上打出的點(diǎn)求得。. （1）圖（b）為實(shí)驗(yàn)中所用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的學(xué)生電源。由學(xué)生電源可以判斷該同學(xué)選用的是圖(c)中的 （填“甲”或“ 乙”）計(jì)時(shí)器。上述圖（b）的安裝中存在的錯(cuò)誤有： ① ② 。 （2）在“探究加速度a與質(zhì)量m的關(guān)系”時(shí)，保持細(xì)砂和小桶質(zhì)量不變，改變小車質(zhì)量m，分別記錄小車加速度a與其質(zhì)量m的數(shù)據(jù). 在分析處理時(shí)，該組同學(xué)存在兩種方案；甲同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)作出小車加速度a與其質(zhì)量m的圖象；乙同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)作出小車加速度a與其質(zhì)量倒數(shù)的圖象。兩位同學(xué)都按照自己的方案將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)在坐標(biāo)系中進(jìn)行了標(biāo)注， 但尚未完成圖象（如下圖所示）. 你認(rèn)為同學(xué) （填“甲”、“乙”）的方案更合理. 請(qǐng)繼續(xù)幫助該同學(xué)作出坐標(biāo)中的圖象。 （3）在“探究加速度a與合力F的關(guān)系”時(shí)，保持小車的質(zhì)量不變，改變小桶中細(xì)砂的質(zhì)量，該同學(xué)根據(jù)實(shí)驗(yàn)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(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，試分析圖線不通過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)的原因。答： 。 【答案】（1） 乙 、 接線柱應(yīng)接在交流電上 、 電壓應(yīng)選擇6V檔 （2） 乙 、 （3） 實(shí)驗(yàn)前該同學(xué)未平衡（或未完全平衡）摩擦力