2022年高中物理 探究加速度与力、质量的关系学案 新人教版必修1

2022年高中物理 探究加速度与力、质量的关系学案 新人教版必修1一 、学习目标1能说出探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性。2能说出实验思路的合理性，以及用图象处理实验数据的有效性。3能熟练实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，体验如何平衡摩擦力、减小系统误差的办法4能体会整个探究过程的科学严谨和合理性。二、学习重点、难点1实验思路和方案的设计2实验结果的分析三、知识导学1实验目的：探究加速度与外力、质量三者的关系。思考与讨论：（1）为什么要探究加速度与力、质量的关系？（2）加速度与力、质量可能是什么关系？例如：1）小汽车和载重汽车 在相同外力作用时，小汽车速度变化快，说明加速度的大小与物体的质量有关。2）竞赛用的小汽车与普通小轿车质量相仿，但竞赛用的小车能获得巨大的牵引力，所以速度的变化比普通小轿车快，说明加速度的大小与外力有关。不同的力，作用在同一物体上，产生的加速度不同。相同的力，作用在不同物体上，产生的加速度也不同。说明物体的加速度与力、质量有关系。 在质量一定时，外力越大，加速度越大，加速度与外力可能成正比；在外力不变时，质量越小加速度越大，加速度与质量可能成反比。（设想总是从最简单的开始）2实验思路：思考与讨论： 为了方便，如何探究一个物理量与多个物理量之间的关系？（控制变量法）（1）保持物体的质量不变，测量物体在不同外力作用下的加速度，探究加速度与外力的关系。 据实验数据绘制图象的方法，（也可以采用比较的方法，看不同的外力与由此外力产生的加速度的比值有何关系。）思考与讨论：以每次测量的数据（a,F）在坐标系上描点，如果二者之间是正比关系，所得图象应是什么曲线？（2）保持物体所受的力相同，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，探究加速度与力的关系。 采用根据实验数据绘制图象的方法。思考与讨论：以每次测量的数据（a,m）在坐标系上描点，如果二者之间是反比关系，所得图象应是什么曲线？若作出a1/m图象会怎样？3实验方案：本实验要测量的物理量有质量、加速度和外力。测量质量用天平，怎样测量加速度和外力？（1）测量加速度的方案：采用较多的方案是使用打点计时器，根据连续相等的时间T内的位移之差x=aT2求出加速度。（ 气垫导轨和光电门）。教材的参考案例效果也比较好。（2） 测量物体所受的外力的方案：由于我们上述测量加速度的方案只能适用于匀变速直线运动，所以我们必须给物体提供一个恒定的外力，并且要测量这个外力。教材的参考案例提供的外力比较容易测量，采用这种方法是不错的选择。4实验过程：教材第73页参考案例二（两个隐含问题：一是平衡摩擦力，二是小车受到的拉力近似等于盘和砝码的总重。）a.实验器材b.实验步骤 c.数据处理5.实验结果的分析是本实验的关键。如果根据实验数据描出的a-F图象和a-1/m图象都非常接近一条通过原点的直线，也只能说我们的实验结果是“在质量不变的条件下，加速度与外力成正比；在外力不变的条件下，加速度与质量成反比。”这一结果决不能说找出了定律，一个定律的发现不可能是几次实验就能得出的。 四、范例精析 例1 一个乒乓球向运动员飞来，运动员可以用球拍突然改变乒乓球的速度大小和方向。如果换一个排球向运动员飞来，运动员仍然用球拍击球，其结果与击乒乓球有何不同？简述理由。 解析 单手用球拍击排球，我们可能没有试过，但是相信单手击排球的经历都会有过。生活经验告诉我们，改变排球的速度大小与方向要比改变乒乓球的速度大小与方向难得多。用乒乓球拍击排球，排球的速度大小和方向都很难控制。原因是排球的惯性比乒乓球大得多。 拓展 如果说排球运动员也能自如地控制排球的速度大小和方向，那么排球运动员击球的力量肯定比乒乓球运动员击球的力量大得多。在球类运动中，运动员用多大的力，使球产生多大的加速度；运动员用什么方向的力，使球产生什么方向的加速度，是一个重点研究的问题。例2 通过那些方法可以验证a与F的正比关系?经验告诉我们在相同力的作用下，质量m越大，加速度a越小，这可能是“a与m成反比”或“a与m2成反比”等等，有何办法知道a与m成反比? 解析 直接验证：比例法：验证F1/F2=a1/a2 或 F1/a1=F2/a2 图象法：作aF图象，看其是否为过原点的直线间接验证：根据本实验设计，两车同时运动，同时停止，具有相同的运动时间，因为x=at2 /2，所以 x1/x2=a1/a2由此可见只要验证x与F的正比关系即可。 例3 图4-2-1是某同学利用教材提供的方案进行实验时，正要打开夹子时的情况。指出该同学的几个错误。 解析 未平衡摩擦力。应用交流电源。拉小车的细线应与木板应平行。小车应靠近打点计时器。打点计时器置于木板右边 例4 某学生用图4-2-1所示的装置做实验时，保持小车的质量不变，测得小车的加速度a和拉力F的数据如下表所示：F/m0.200.300.400.50a / ms-20.100.210.290.40根据表中的数据在图4-2-2中作出a-F图线。（1）把图线延长，看看图线是否通过原点？如果不通过原点，试分析在操作过程中可能遗漏了哪个步骤？（2）这条图线在F轴上截距有何物理意义？解析 根据表中数据描出的点和作出的图象见图4-2-2，图象并没有通过原点。由图象可以看出，当F=0.1N时a=0，说明小车受到的摩擦力为0.1N。操作过程中可能遗漏了平衡摩擦力这一步骤。 拓展 如果测出的图象在纵轴上的截距大于零，则说明F=0时a0，产生的原因可能是平衡摩擦力时木板倾斜角过大。