《实验：探究加速度与力、质量的关系》导学案

,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,*,第,2,节实验：探究加速度与,力、质量的关系,1,1.2,时间和位移,1.,理解探究加速度与力、质量的关系的合理性和必要性。,2.,理解实验思路的合理性,以及用图象处理实验数据的有效性。,3.,经历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,(,钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等,),的操作方法。,4.,体会整个探究过程的科学严谨性和合理性。,2,1.,物体运动状态变化的快慢,也就是物体加速度的大小,与物体的,有关,还与,的大小有关。,2.,探究加速度与力的关系的基本思路,:,保持物体的,不变,测量物体在不同的外力作用下的加速度,分析加速度与力的关系。如果加速度,a,与力,F,成正比,则,a,-,F,图象是一条过,。,合力,质量,质量,原点的直线,3,3.,探究加速度与质量的关系的基本思路,:,保持物体,不变,测量不同质量的物体在该力作用下的加速度,分析加速度与质量的关系。如果加速度,a,与质量,m,成反比,则,图象就是一条过原点的直线。,所受的合力,(,或,),a-,m-,4,解答,:,实验中,小车做初速度为,0,的匀加速直线运动。根据公式,x=at,2,可知相同时间内两车的位移之比等于加速度之比。,解答,:,平衡摩擦力后,细绳的拉力,F,就是物体受到的合力。,解答,:,本实验若画,a-M,图象,可以得到一条曲线,但看不出可能存在的关系,;,而,a-,图象是直线,可以很直观地看出关系。,1.,在本探究实验中,为什么可用相同时间内的位移之比表示加速度之比,?,2.,为什么要平衡摩擦力,?,3.,为什么本实验在处理实验数据时画的是,a-,图象而不是,a-M,图象,?,5,主题,1:,加速度与力、质量的关系,(1),在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,研究三个物理量之间的关系时,实验的基本思路体现了哪种实验方法,?,(2),在这个实验中研究的对象是小车,我们怎样改变和测量它们的质量,?,(3),实验得出的数据最终如何处理,?,这样处理有什么特点,?,解答,:(1),控制变量法。,(2),小车的质量可以用天平来测量,可以用加减砝码的方法来改变小车的质量。,(3),将实验得出的数据最终在相应坐标系上描点连线,我们通过对物理量的转变,尽可能得到过原点的直线,这样物理量的关系就比较直观、明显。,知识链接,:,研究多变量的问题常采用控制变量法,它是科学探究中的重要思想方法,在物理学中有广泛地运用。,6,主题,2:,加速度的测量,加速度是物体速度的变化率,请阅读教材中“怎样测量,(,或比较,),物体的加速度”标题下面的内容,结合教材中的参考案例分析下列问题。,(1),实验中应怎样测量,(,或比较,),物体的加速度,?,(2),在“参考案例一”中如何控制两小车具有相同的运动时间,?,本实验方案会引起哪些误差,?,解答,:(1),用打点计时器在和运动小车连在一起的纸带上打点,然后由纸带上打出的点来测量计数点间的距离,计算小车运动的加速度,其公式为,:,a=,。,若两物体做初速度为零的匀加速直线运动,由,x=at,2,可知,物体的加速度与在相同时间内发生的位移成正比,即,a,x,。,知识链接,:“,参考案例一”中利用匀变速直线运动位移公式将加速度的测量转换为较为方便的位移测量,这是转换思维方法。,(2),用黑板擦同时控制两根细绳,抬起黑板擦,可使两个小车同时由静止开始运动,;,按下黑板擦压住细绳可使两个小车同时停止运动,以保证两个小车运动时间相同。导致误差的原因有,:,位移的测量误差,;,按下黑板擦往往不能使两车立即停止运动,不能有效保证运动时间,t,相等和位移准确。,7,主题,3:,物体的合外力,请你根据本节课提供的实验仪器并阅读教材中“怎样提供并测量物体所受的恒力”的内容,结合“参考案例二”,思考讨论下列问题。,(1),如何测量小车所受的合外力,?,(2),长木板一端垫起一些后,如何确定恰好平衡了摩擦力,?,(3),绳子的拉力等于钩码的重力吗,?,为什么,?,什么情况下钩码重力可以近似等于绳子拉力,(,即小车所受的合外力,)?,解答,:(1),将长木板倾斜一定角,满足方程,mg,sin,=mg,cos,此时小车在斜面上受到的合外力为,0,摩擦力等于小车重力沿斜面向下的分力。由于小车的重力、支持力、摩擦力相互抵消,那实验中小车受到的合外力就等于绳子的拉力了。,(2),不挂托盘,使小车拖着纸带,纸带通过打点计时器,并且使打点计时器处于工作状态,逐渐调节木板的倾角,给小车一个初速度,若打下的纸带上的点间距均匀,则说明小车做匀速直线运动,即平衡了摩擦力。,8,(3),绳子的拉力并不等于钩码的重力,因为当绳子拉力等于钩码重力时,钩码做匀速直线运动或静止,而实验中钩码与小车一起做匀加速直线运动,因此绳子的拉力应该小于钩码的重力。理论计算发现当钩码质量比小车质量小得多时,绳子的拉力近似等于钩码的重力,即小车受到的合外力近似等于钩码的重力。,知识链接,:,为了保证小车受到细线的拉力等于小车的合力,实验前应先平衡摩擦力。,9,主题,4:,进行实验,实验结束后,根据自己的实验方案得出实验数据后,请阅读教材中“怎样由实验结果得出结论”标题下面的内容及其相关内容并讨论问题。,在探究“加速度与力的关系”时,若由实验结果画出的小车运动的,a-F,图线是一条并不过原点的直线,说明实验中存在什么问题,?,图线的斜率有何物理意义,?,解答,:,实验得出的,a-F,图线不过原点有两种情况,如图甲、乙所示,甲图可能是因为没有平衡摩擦力或平衡摩擦力不足即斜面倾角过小,乙图中是因为平衡摩擦力过度即斜面倾角过大。图线的斜率表示小车质量的倒数。,知识链接,:,采用图象法处理实验数据较为直观简便。“化曲为直”更是高中物理常用的一种方法。,甲 乙,10,1.,在研究物体的加速度、作用力和质量三个物理量的关系时,我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下,加速度和作用力之间的关系”,;,又研究了“在作用力一定的情况下,加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是,(,),。,A.,建立理想模型的方法,B.,控制变量法,C.,等效替代法,D.,类比法,【,解析,】,研究三个或三个以上物理量间的关系时通常采用控制变量法。,【,答案,】B,【,点评,】,控制变量法是研究各物理量之间关系的一种常用方法。,11,2.,在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中,下列说法正确的是,(,),A.,平衡摩擦力时,小盘应用通过定滑轮的细线系在小车上,但小盘内不能装砝码,B.,实验中应始终保持小车和车内砝码的质量远远大于砝码和小盘的质量,C.,实验中如用纵坐标表示加速度,用横坐标表示小车和车内砝码的总质量,描出相应的点在一条直线上时,即可证明加速度与质量成反比,D.,平衡摩擦力时,小车后面的纸带必须连好,因为运动过程中纸带也要受到阻力,【,解析,】,平衡摩擦力时不需挂小盘,并且通过调节长木板倾角来平衡摩擦力,故,A,错。要使小盘和砝码的总重力代替小车受到的拉力就必须满足选项,B,故,B,正确。绘图时,纵坐标表示加速度,横坐标表示小车及车内砝码的总质量的倒数,描出相应的点在一条直线上时,才可证明加速度与质量成反比,故,C,错。纸带与打点计时器之间的摩擦力会带来误差,应尽可能减少,故,D,项正确。,【,答案,】BD,【,点评,】,小车运动过程中受到的阻力来源于纸带和斜面,因此平衡摩擦力时小车后面应连好纸带。,12,3.,在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,关于小车所受的合力,下列叙述中正确的是,(,),。,A.,小车所受合力就是所挂吊盘和砝码的重力,B.,小车所受合力的大小等于吊盘和砝码通过细绳对小车所施加的拉力,C.,只有平衡摩擦力后,小车所受合力才等于细绳对小车的拉力,D.,只有平衡摩擦力后,且小车的质量,M,远大于吊盘与砝码的总质量时,才可以认为小车所受合力等于吊盘和砝码的重力,【,解析,】,吊盘和砝码的重力不可以说成是小车所受的合力,故选项,A,错误。由于小车下滑时必受摩擦力作用,平衡摩擦力实际是小车重力的下滑分力抵消摩擦力,此时小车所受合力等于细绳的拉力,故选项,B,错误,选项,C,正确。因为吊盘与砝码拉动小车共同加速运动,细绳对小车的拉力并不等于吊盘与砝码的重力,只有当小车质量,M,远远大于吊盘与砝码的质量,m,时,细绳中的拉力才可以近似等于吊盘与砝码的重力,故选项,D,正确。,【,答案,】CD,【,点评,】,平衡摩擦力的目的就是要使小车所受的合力等于所挂重物通过细绳对小车施加的拉力。,13,4.,在“探究加速度与力、质量的关系”实验中,为了平衡摩擦力,需要在长木板的下面垫一木块,(,木块垫在没有滑轮的一端,),反复移动木块的位置,直到测出小车所拖纸带上的各个相邻计数点之间的距离都,为止。这时小车在斜面上所做的是,运动,小车拖着纸带运动时受到的阻力恰好与小车的,平衡。,【,解析,】,垫高水平木板不带滑轮的一端,移动木块到合适的位置时小车重力沿斜面方向的分力等于摩擦力,小车在斜面上就会匀速下滑,小车所拖纸带上的各个相邻计数点之间的距离相等。,【,答案,】,相等匀速重力沿斜面向下的分力,【,点评,】,平衡摩擦力是否成功,可由小车拖动而由打点计时器打出纸带上的点迹间距是否均匀而确定。,14,15,Thank you!,16,