2022年高中物理 探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系學(xué)案 新人教版必修1一 、學(xué)習(xí)目標(biāo)1能說出探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系的合理性和必要性。2能說出實(shí)驗(yàn)思路的合理性，以及用圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的有效性。3能熟練實(shí)驗(yàn)的操作和測量過程，以及通過圖象處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的過程，體驗(yàn)如何平衡摩擦力、減小系統(tǒng)誤差的辦法4能體會(huì)整個(gè)探究過程的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和合理性。二、學(xué)習(xí)重點(diǎn)、難點(diǎn)1實(shí)驗(yàn)思路和方案的設(shè)計(jì)2實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析三、知識(shí)導(dǎo)學(xué)1實(shí)驗(yàn)?zāi)康模禾骄考铀俣扰c外力、質(zhì)量三者的關(guān)系。思考與討論：（1）為什么要探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系？（2）加速度與力、質(zhì)量可能是什么關(guān)系？例如：1）小汽車和載重汽車 在相同外力作用時(shí)，小汽車速度變化快，說明加速度的大小與物體的質(zhì)量有關(guān)。2）競賽用的小汽車與普通小轎車質(zhì)量相仿，但競賽用的小車能獲得巨大的牽引力，所以速度的變化比普通小轎車快，說明加速度的大小與外力有關(guān)。不同的力，作用在同一物體上，產(chǎn)生的加速度不同。相同的力，作用在不同物體上，產(chǎn)生的加速度也不同。說明物體的加速度與力、質(zhì)量有關(guān)系。 在質(zhì)量一定時(shí)，外力越大，加速度越大，加速度與外力可能成正比；在外力不變時(shí)，質(zhì)量越小加速度越大，加速度與質(zhì)量可能成反比。（設(shè)想總是從最簡單的開始）2實(shí)驗(yàn)思路：思考與討論： 為了方便，如何探究一個(gè)物理量與多個(gè)物理量之間的關(guān)系？（控制變量法）（1）保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在不同外力作用下的加速度，探究加速度與外力的關(guān)系。 據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制圖象的方法，（也可以采用比較的方法，看不同的外力與由此外力產(chǎn)生的加速度的比值有何關(guān)系。）思考與討論：以每次測量的數(shù)據(jù)（a,F）在坐標(biāo)系上描點(diǎn)，如果二者之間是正比關(guān)系，所得圖象應(yīng)是什么曲線？（2）保持物體所受的力相同，測量不同質(zhì)量的物體在該力作用下的加速度，探究加速度與力的關(guān)系。 采用根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制圖象的方法。思考與討論：以每次測量的數(shù)據(jù)（a,m）在坐標(biāo)系上描點(diǎn)，如果二者之間是反比關(guān)系，所得圖象應(yīng)是什么曲線？若作出a1/m圖象會(huì)怎樣？3實(shí)驗(yàn)方案：本實(shí)驗(yàn)要測量的物理量有質(zhì)量、加速度和外力。測量質(zhì)量用天平，怎樣測量加速度和外力？（1）測量加速度的方案：采用較多的方案是使用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，根據(jù)連續(xù)相等的時(shí)間T內(nèi)的位移之差x=aT2求出加速度。（ 氣墊導(dǎo)軌和光電門）。教材的參考案例效果也比較好。（2） 測量物體所受的外力的方案：由于我們上述測量加速度的方案只能適用于勻變速直線運(yùn)動(dòng)，所以我們必須給物體提供一個(gè)恒定的外力，并且要測量這個(gè)外力。教材的參考案例提供的外力比較容易測量，采用這種方法是不錯(cuò)的選擇。4實(shí)驗(yàn)過程：教材第73頁參考案例二（兩個(gè)隱含問題：一是平衡摩擦力，二是小車受到的拉力近似等于盤和砝碼的總重。）a.實(shí)驗(yàn)器材b.實(shí)驗(yàn)步驟 c.數(shù)據(jù)處理5.實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析是本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵。如果根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)描出的a-F圖象和a-1/m圖象都非常接近一條通過原點(diǎn)的直線，也只能說我們的實(shí)驗(yàn)結(jié)果是“在質(zhì)量不變的條件下，加速度與外力成正比；在外力不變的條件下，加速度與質(zhì)量成反比?！边@一結(jié)果決不能說找出了定律，一個(gè)定律的發(fā)現(xiàn)不可能是幾次實(shí)驗(yàn)就能得出的。 四、范例精析 例1 一個(gè)乒乓球向運(yùn)動(dòng)員飛來，運(yùn)動(dòng)員可以用球拍突然改變乒乓球的速度大小和方向。如果換一個(gè)排球向運(yùn)動(dòng)員飛來，運(yùn)動(dòng)員仍然用球拍擊球，其結(jié)果與擊乒乓球有何不同？簡述理由。 解析 單手用球拍擊排球，我們可能沒有試過，但是相信單手擊排球的經(jīng)歷都會(huì)有過。生活經(jīng)驗(yàn)告訴我們，改變排球的速度大小與方向要比改變乒乓球的速度大小與方向難得多。用乒乓球拍擊排球，排球的速度大小和方向都很難控制。原因是排球的慣性比乒乓球大得多。 拓展 如果說排球運(yùn)動(dòng)員也能自如地控制排球的速度大小和方向，那么排球運(yùn)動(dòng)員擊球的力量肯定比乒乓球運(yùn)動(dòng)員擊球的力量大得多。在球類運(yùn)動(dòng)中，運(yùn)動(dòng)員用多大的力，使球產(chǎn)生多大的加速度；運(yùn)動(dòng)員用什么方向的力，使球產(chǎn)生什么方向的加速度，是一個(gè)重點(diǎn)研究的問題。例2 通過那些方法可以驗(yàn)證a與F的正比關(guān)系?經(jīng)驗(yàn)告訴我們在相同力的作用下，質(zhì)量m越大，加速度a越小，這可能是“a與m成反比”或“a與m2成反比”等等，有何辦法知道a與m成反比? 解析 直接驗(yàn)證：比例法：驗(yàn)證F1/F2=a1/a2 或 F1/a1=F2/a2 圖象法：作aF圖象，看其是否為過原點(diǎn)的直線間接驗(yàn)證：根據(jù)本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，兩車同時(shí)運(yùn)動(dòng)，同時(shí)停止，具有相同的運(yùn)動(dòng)時(shí)間，因?yàn)閤=at2 /2，所以 x1/x2=a1/a2由此可見只要驗(yàn)證x與F的正比關(guān)系即可。 例3 圖4-2-1是某同學(xué)利用教材提供的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，正要打開夾子時(shí)的情況。指出該同學(xué)的幾個(gè)錯(cuò)誤。 解析 未平衡摩擦力。應(yīng)用交流電源。拉小車的細(xì)線應(yīng)與木板應(yīng)平行。小車應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器置于木板右邊 例4 某學(xué)生用圖4-2-1所示的裝置做實(shí)驗(yàn)時(shí)，保持小車的質(zhì)量不變，測得小車的加速度a和拉力F的數(shù)據(jù)如下表所示：F/m0.200.300.400.50a / ms-20.100.210.290.40根據(jù)表中的數(shù)據(jù)在圖4-2-2中作出a-F圖線。（1）把圖線延長，看看圖線是否通過原點(diǎn)？如果不通過原點(diǎn)，試分析在操作過程中可能遺漏了哪個(gè)步驟？（2）這條圖線在F軸上截距有何物理意義？解析 根據(jù)表中數(shù)據(jù)描出的點(diǎn)和作出的圖象見圖4-2-2，圖象并沒有通過原點(diǎn)。由圖象可以看出，當(dāng)F=0.1N時(shí)a=0，說明小車受到的摩擦力為0.1N。操作過程中可能遺漏了平衡摩擦力這一步驟。 拓展 如果測出的圖象在縱軸上的截距大于零，則說明F=0時(shí)a>0，產(chǎn)生的原因可能是平衡摩擦力時(shí)木板傾斜角過大。