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3.2探究加速度与力、质量的关系

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第三章 牛顿运动定律

§3.2探究加速度与力、质量的关系

【学习目标】

1．学会用控制变量法研究物理规律

2．通过实验探究加速度与力和质量的定量关系

3．能用“化曲为直”的思想处理物理量之间的反比关系

【问题导学】

1．电火花打点计时器使用 电源，通过在纸带上打点记录物体的

和 。每打一个点间隔时间为 秒。

2． 如下图，是物体做匀变速直线运动得到的一条纸带，从O点开始每5个计时点取一个记数点，依照打点的先后顺序依次编为1、2、3、4、5、6，测得s1＝5.18cm,S2＝4.40cm,s3＝3.62cm,s4＝2.78cm,s5＝2.00cm,s6＝1.22cm.

(1)相邻两记数点间的时间间隔为 s.

(2)物体的加速度大小a＝ m/s2,方向 (填A→B或B→A).

(3)打点计时器打记数点3时，物体的速度大小v3＝ m/s,方向 (同上).

3.用打点计时器研究匀变速直线运动时的主要步骤有：

A.把打点计时器固定在长木板的一端，接好电路；

B.把小车停在靠近打点计时器时，接通电源后开启小车；

C.换上纸带，重复三次，选择一条较理想的纸带；

D.把一条细绳系在小车上，细绳跨过定滑轮挂上砝码，把纸带穿过打点计时器，并把它的一端固定在小车后面；

E.断开电源，取下纸带.

合理的实验顺序应为 .

教材助读：

1.在探究加速度与力、质量的关系时，先让其中一个量保持不变，来探究其他两个量之间的关系，这种研究问题的方法称为 。

2.研究加速度与力的关系时，保持 不变，测量物体在不同的力作用下的 ，分析加速度与 的关系。

3.研究加速度与质量的关系时，保持物体所用力相同，测量不同 物体在相同的力作用下的 ，分析加速度与 的关系。

【合作探究】 力是产生加速度的原因，那么加速度与力到底有什么样的联系？

质量大，则惯性大，保持原来的运动状态的性质就越明显，运动状态变化越慢，则速度变化慢，即加速度越小，加速度与质量之间又有什么关系呢？

探究点一 实验方案的设计（一）

1．实验仪器：小车、砝码、长木板（带定滑轮）、细线、

钩码（质量尽量小）、电火花打点计时器、

墨粉纸盘、纸带、天平、刻度尺（电源呢）

实验装置：

实验原理：

（1）恒力的获得：用跨过定滑轮的细线连接小车和钩码，利用钩码的重力为小车提供恒定的拉力。

同时还要保证以下三点：①细线必须和木板平行；

②在木板设有定滑轮的一端加垫片，平衡摩擦力；

③所加钩码的质量要远小于小车质量。

（2）小车的质量：可以通过在小车上加减砝码改变小车的质量。

（3）控制变量法：①保证小车质量不变，通过加减钩码改变拉力，探究加速度与力的关系

②保证钩码数量不变，通过在小车上加减砝码改变小车的质量，探究加速度与质量的关系

（4）加速度的测量：利用打点计时器测量加速度

探究点二 探究加速度和力之间的关系

保持物体的质量不变，改变力的大小，打出的不同纸带，每条纸带取七个记数点，每两个记数点时间间隔0.1s，将测得的数据记录在下面的表格中

表格I

相邻时内的位移

拉力大小 X1 X2 X3 X4 X5 X6

F1=

F2=

F3=

F4=

F5=

F6=

表格II

F/N

a/m.s-2

以a为纵轴，F为横轴，作a-F图象 a/m.s-2

利用a-F图象得到实验结论：

探究点三 探究加速度和质量之间的关系

保持力的大小不变，改变物体的质量，打出的不同纸带，每条纸带取七个记数点，每两个记数点时间间隔0.1s，将测得的数据记录在下面的表格中

表格III

相邻时内的位移

小车的质量 X1 X2 X3 X4 X5 X6

m1=

m2=

m3=

m4=

m5=

m6=

表格IV

m1 /kg-1

a/m.s-2

以a为纵轴，m1F为横轴，作a-m1图象

利用a-1/m图象得到实验结论：

a/m.s-2

1/m 探究点四 实验误差来源与分析

（1）小车、钩码质量测量不准确；

（2）小车的质量不是远大于钩码的质量；

（3）在对纸带进行处理时，因测量和计算带来的误差；

（4）摩擦力平衡不准确；

当实验过程中，木板倾角过小，则a-F图象如图甲所示；

当实验过程中，木板倾角过大，则a-F图象如图乙所示；

【检测巩固】

1．在利用打点计时器和小车来做“验证牛顿运动定律”的实验时,下列说法中正确的是

A.平衡摩擦力时,应将砝码及盘内砝码通过定滑轮拴在小车上

B.连接砝码盘和小车的细绳应跟长木板保持平行

C.平衡摩擦力后,长木板的位置不能移动

D.小车释放前应靠近打点计时器,且应先接通电源 再释放小车

2. 在“探究加速度与力、质量关系”的实验中

(1)某小组得到一条打点的纸带,相邻计数点间的时间间隔为T,且间距x1、x2、x3、x4、x5、x6已

量出,如图11所示,计算D点的瞬时速度的表达式,加速度的表达式.

(2)另一小组在该实验中得到了如下一组实验数据

F/N 0.196 0.392 0.392 0.588 0.588

a/(m·s-2) 0.25 0.58 0.90 1.20 1.53

① 在图12所示的坐标中画出a—F图线.

②从图中可以发现实验操作中存在的问题可能是( )

A.实验中没有平衡摩擦力

B.实验中平衡摩擦力时木板倾角过小

C.实验中平衡摩擦力时木板倾角过大

D.实验中小车质量发生变化

【总结提升】 回扣学习目标，强化重点知识，深化思想方法。

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探究加速度与质量、力的关系

探究加速度与质量、力的关系

探究加速度与小车质量M、所受外力的关系

1．目的：探究加速度与小车质量M、所受外力的关系

2．原理：控制变量法

:mmgTmaMTfMamgfMm对有:

对有得(对整体)有a=

平衡摩擦力的目的是为了使小车的合外力为绳子的拉力sin,mgMgffMm此时a=

;.mgMmMmgmgMmMmMMm的目的是为了使绳子的拉力等于砂桶的重力.a=这样的情况整体运动的加速度比较小,砂桶的失重量比较小.当满足时a=当不满足时a=

原理及重点问题讨论：

问题情境1：

（1）、在实验前对摩擦力进行了平衡以后，实验中需在小车上增加或减少砝码，因此为改变小车对木板的压力，从而使摩擦力出现变化，有没有必要重新平衡摩擦力？

（2）、在实验中作出a-F图如图1所示，出现Ⅰ图的原因？出现图线Ⅱ的原因？

出现Ⅰ图的原因：

出现图线Ⅱ的原因：

问题情境2：（1）、在研究小车的加速度a和小车的质量M的关系时，由于始终没有满足M》m(m为砂桶及砂桶中砂的质量)的条件，结果得到的图像应是如下图中的图( ).

（2）在研究小车的加速度a和拉力F的关系时，由于始终没有满足M》m的关系，结果应是下图中的图( ) 图(a) 图(b) 纸带运动方向→v B

D A

C

3．改造的情况一是条件发生了变化（仪器等），二是对原来实验的不合理处进行改变或实验思想的完善。

下面就加速度的测量、平衡摩擦、M远大小m三种情况展开变换。

1）测a

①不直接测量，用比例法

212xat由静止开始的匀加速运动，是测量运动相同位移所需的时间，还是测量经过相同时间运动的位移？（秒表+刻度尺）（光电门+刻度尺）

实验：探究加速度与力质量的关系

实验：探究加速度与力质量的关系

1．下面是“探究加速度与力、质量的关系”的实验步骤：

①用天平测出小车质量M和小盘质量m

②安装好打点计时器，在小车上装好纸带

③调整长木板的倾斜程度

④在小盘中放入适量的砝码m1

⑤保持小车质量一定时，探究加速度与力的关系

⑥保持小车所受拉力一定时，探究加速度与质量的关系

(1)步骤③的目的是________。

(2)步骤④中，要求小盘和砝码总质量(m＋m1)________小车质量M。

(3)步骤⑤和⑥，表明该实验采用的科学方法是________。

解析： (1)步骤③是为了平衡掉小车与木板、纸带与打点计时器间的摩擦力。

(2)步骤④中，要求小盘和砝码总质量(m＋m1)远小于小车的质量M。

(3)该实验采用的是控制变量法。

答案： (1)平衡摩擦力 (2)远小于 (3)控制变量法

2．在“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，采用如图所示的装置。

(1)本实验应用的实验方法是________。

A．控制变量法 B．假设法

C．理想实验法 D．替代法

(2)下列说法中正确的是________。

A．在探究加速度与质量的关系时，应改变拉力的大小

B．在探究加速度与力的关系时，应该改变小车的质量

C．在探究加速度a与质量M的关系时，为了直观判断二者间的关系，应作出a－1M图象

D．当小车的质量远大于小盘和砝码的总质量时，才能近似认为细线对小车的拉力大小等于小盘和砝码的总重力大小

解析： (1)实验采用了控制变量法，即先保证物体质量不变，研究加速度与合力的关系，再保证物体受力不变，研究加速度与质量的关系。

(2)探究a与M的关系时，保持F不变，改变M大小；探究a与F的关系时，保持M不变，改变F大小，故A、B错。a－1M关系图象为过原点的直线，作出这个图象容易证明

a与M成反比，C对。只有小车的质量远大于小盘与砝码的总质量时，小车受到的合力大小才约等于小盘与砝码的总重力，D对。

答案： (1)A (2)CD

3.2探究加速度与力、质量的关系导学案

3.2探究加速度与力、质量的关系导学案

3.2探究加速度与力、质量的关系 第 1 页 共 4 页 课题：3.2探究加速度与力、质量的关系

课型：新授课

执笔： 周经伟 审核： 王永华 使用时间：2012年12月

【学习目标 细解考纲】

1．能独立设计探究加速度、质量、力三者关系的探究方案。

2．会测量加速度、力、质量；并能作出表示加速度与力、加速度与质量的关系的图象；能根据图象写出加速度与力、质量的关系式。

3．体会探究过程中所用的科学方法——控制变量法；学习科学家的严谨态度。

【学习过程】

一、学始于疑———我思考，我收获

1.在第一节课§3.1牛顿第一定律中学到了，力是 原因，运动状态的改变即为： ，而速度的改变就有了 ，所以力是使物体获得 的原因。那么加速度与力到底有什么样的联系？

2.质量大，则 大，保持原来的运动状态的性质就越明显，运动状态变化越慢，则速度变化慢，即 越小，加速度与质量之间又有什么关系呢？

（a） (b) (c) (d)

3.看课本P74图3-2-1的a、b图说明了

看课本P74图3-2-1的c、d图说明了

4.物体的加速度a与F,M究竟有着怎样的定量关系呢？如何就能知道呢？什么方法呢？

二、质疑探究———质疑解惑，合作探究

★探究点一 实验方案的设计（一）

1．实验仪器：小车、砝码、长木板（带定滑轮）、细线、钩码（质量尽量小）、电火花打点计时器、纸带、大概思路： 质量 m F a 质量 m F a 质量 M F a 质量 m F a 3.2探究加速度与力、质量的关系 第 2 页 共 4 页 天平、刻度尺

探究加速度与力质量的关系教案

探究加速度与力质量的关系教案

公开课教案

课题：探究加速度与力、质量的关系

探究加速度与力、质量的关系

教材分析

本节是学生上高中以来接触到的第二个探究性实验，这一实验与“探究小车速度随时间变化的规律”一样，都是有确定结论的。“探究小车速度随时间变化的规律”实验使学生已经具有一定的处理此类实验问题的能力，但也给本实验又搭了一个台阶，书中没有给出确定的实验方案，要学生自己设计，给出了实验的基本思路。作为提示，书中还提醒注意两方面的问题：怎样测量（或比较）物体的速度；怎样提供和测量物体所受恒力。作为进一步的提示，还给出了一个“参考案例”，这个案例是采用通用器材设计的实验，具有普遍意义和具体指导作用。

本节教材除了探究结论，还涉及到一种重要的科学研究的方法——控制变量法。实验过程及数据处理上还有三个技巧： ①理论坐标系建立技巧。“a与m成正比”实际上就是“a与m1成正比”；②实际坐标系建立技巧。不是a-F图象而是1212FFxx图象；不是ma1而是1221mmxx图象；③平衡摩擦力；利用图象处理数据，用曲线拟合测量点，找出规律也是本节的方法重点。

一、教学目标：

1、知识与技能

（1）学会用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系

（2）应用图像法分析处理实验数据

（3）从实验中得出加速度与力成正比，与质量成反比

2、过程与方法

（1）体验科学研究的基本步骤

（2）知道一种常用的研究方法——控制变量法

3、情感态度与价值观

培养学生尊重事实，实事求是的科学研究作风

二、教学重点、难点

1、 教学重点及其教学策略：

重点：用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系

教学策略：通过教师的引导，学生的互相讨论，得出实验的步骤和数据处理的方法。

2、 教学难点：

难点：处理实验数据并画出相关的图像

三、设计思路

本课题设计思路旨在让学生体验科学研究的基本步骤。

通过复习牛顿第一定律等已经学过的知识引出课题——探究加速度与力和质量的关系。