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1、2022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、通過實(shí)驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系。
【過程與方法】
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、
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(即無小車牽引
3、力)。
3.平衡摩擦力:在長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)算出小車對應(yīng)的加速度,并將
4、所對應(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/(m·s-2)
小車受力F/N
1
2
3
4
表(二)
實(shí)驗(yàn)
次數(shù)
加速度
a/(m·s-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)算各條紙帶對應(yīng)的加速度。
2.作圖象找關(guān)系:根據(jù)記錄的各組對應(yīng)的加速度a與小車所受牽引力F
5、,建立直角坐標(biāo)系,描點(diǎn)畫a -F圖象,如果圖象是一條過原點(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
6、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)量測量不準(zhǔn)確、計(jì)數(shù)點(diǎn)間距離測量不準(zhǔn)確。
(2)減小方法:多次測量求平均值。
【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
7、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
8、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
9、的長方形木板,實(shí)驗(yàn)中認(rèn)為細(xì)繩對小車?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)中測得的數(shù)據(jù)作出小車加速度a與其質(zhì)量m的圖象
10、;乙同學(xué)認(rèn)為應(yīng)該根據(jù)實(shí)驗(yàn)中測得的數(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),該圖線不通過坐標(biāo)原點(diǎn),試分析圖線不通過坐標(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