学生实验教学设计一等奖

于都二中集体备课教案

教无定法，贵在得法

编号： ydezg3wl 036

课时

1课时

课题：实验四：探究加速度与力、质量的关系

课型

复习

时间

2017.8.25

知识目标：通过实验探究物体的加速度与它所受的合力、质量的定量关系

教学目标

能力目标：学会用控制变量法研究物理问题

情感目标：物理思维与物理能力

重点难点

重点：学会控制变量法研究问题，牛顿第二定律的应用

教学准备

多媒体课件

PPT 教学过程

1．实验原理(见实验原理图) (1)保持质量不变，探究加速度跟合外力的关系．

(2)保持合外力不变，探究加速度与质量的关系．

1(3)作出a－F图象和a－图象，确定其关系．

m

2．实验器材

小车、砝码、小盘、细绳、附有定滑轮的长木板、垫木、打点计时器、低压交流电源、导线两根、纸带、天平、米尺．

3．实验步骤

(1)测量：用天平测量小盘和砝码的质量m′和小车的质量m. (2)安装：按照如实验原理图所示装置把实验器材安装好，只是不把悬挂小盘的细绳系在小车上(即不给小车牵引力)．

(3)平衡摩擦力：在长木板的不带定滑轮的一端下面垫上一块薄木块，使小车能匀速下滑．

(4)操作：①小盘通过细绳绕过滑轮系于小车上，先接通电源后放开小车，取下纸带编号码．

②保持小车的质量m不变，改变砝码和小盘的质量m′，重复步骤①. ③在每条纸带上选取一段比较理想的部分，测加速度a. ④描点作图，作a－F的图象．

⑤保持砝码和小盘的质量m′不变，改变小车质量m，重复步骤①和③，作a－1图象．

m1

教师活动（学生活动）

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1．注意事项

(1)平衡摩擦力：：平衡摩擦力时不要挂小桶，应连着纸带且通过打点记时器的限位孔，将长木板倾斜一定角度，此时物体在斜面上受到的合外力为0。做实验时肯定无法这么准确，我们只要把木板倾斜到物体在斜面上大致能够匀速下滑（可以根据纸带上的点来判断），这就说明此时物体合外力为0，摩擦力被重力的沿斜面向下的分力（下滑力）给抵消了。由于小车的重力G、支持力N、摩擦力f相互抵消，那小车实验中受到的合外力就是绳子的拉力了。点拨：整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变托盘和砝码的质量，还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力

(2)实验条件：m≫m′.才能认为绳子的拉力不等于沙和小桶的重力。

(3)一先一后一按：改变拉力和小车质量后，每次开始时小车应尽量靠近打点计时器，并应先接通电源，后释放小车，且应在小车到达滑轮前按住小车．

2．误差分析

(1)因实验原理不完善引起的误差：本实验用小盘和砝码的总重力代替小车的拉力，而实际上小车所受的拉力要小于小盘和砝码的总重力．

(2)摩擦力平衡不准确、质量测量不准确、计数点间距测量不准确、纸带和细绳不严格与木板平行都会引起误差．

3．数据处理

(1)利用Δx＝aT2及逐差法求a. (2)以a为纵坐标，F为横坐标，根据各组数据描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F成正比．

1(3)以a为纵坐标，为横坐标，描点、连线，如果该线为过原点的直线，就能判m定a与m成反比．

补充：加速度的测量求法

考点一：实验操作及数据处理

例1 某实验小组利用图示的装置探究加速度与力、质量的关系。

2

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(1)下列做法正确的是___AD______(填字母代号) A．调节滑轮的高度，使牵引木块的细绳与长木板保持平行

B．在调节木板倾斜度平衡木块受到的滑动摩擦力时，将装有砝码的砝码桶通过定滑轮拴在木块上

C．实验时，先放开木块再接通打点计时器的电源

D．通过增减木块上的砝码改变质量时，不需要重新调节木板倾斜度

(2)为使砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力，应满足的条件是砝码及桶内砝码的总质量___远小于______木块和木块上砝码的总质量。(填“远大于”、“远小于”或“近似等于”) (3)甲、乙两同学在同一实验室，各取一套图示的装置放在水平桌面上，木块上均不放砝码，在没有平衡摩擦力的情况下，研究加速度a与拉力F的关系，分别得到图中甲、乙两条直线。设甲、乙用的木块质量分别为m甲、m乙，甲、乙用的木块与木板间的动摩擦因数分别为μ乙甲、

μ乙，由图可知，m甲__小于_______m，μ甲___大于______μ乙。(填“大于”、“小于”或“等于”)

解题探究：(1)实验中木块的合外力由谁来提供？如何实现？

(2)砝码桶及桶内砝码的总重力在数值上近似等于木块运动时受到的拉力的分析： ①对木块列牛顿第二定律方程：________。 ②对砝码桶及桶内砝码列牛顿第二定律方程：________。 ③请根据以上两个方程写出拉力F的表达式，分析拉力近似等于砝码桶及桶内砝码的总重力的条件。

(3)在没有平衡摩擦力的情况下，根据牛顿第二定律写出a－F函数关系式，分析图象中斜率和截距的物理意义。

3

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答案：(1)实验中绳的拉力提供木块的合外力；而实验时，木块会受到摩擦力的作用，为消除摩擦力的影响，实验前要在悬挂砝码桶前平衡摩擦力。

(2)①F＝ma

②m′g－F＝m′a

③解以上两个方程得F＝mm′g，当m′≪m时，m＋m′F＝m′g。

1(3)在没有平衡摩擦力的情况下，根据牛顿第二定律F－μmg＝ma，得a＝F－m1μg，在a－F图象中，斜率表示质量的倒数，a轴上的截距的绝对值表示μg。

m考点二：实验创新

例2：某实验小组应用如图所示装置“探究加速度与物体受力的关系”，已知小车的质量为M，砝码及砝码盘的总质量为m，所使用的打点计时器所接的交流电的频率为50 Hz.实验步骤如下：

A．按图所示安装好实验装置，其中与定滑轮及弹簧测力计相连的细线竖直；

B．调节长木板的倾角，轻推小车后，使小车能沿长木板向下匀速运动；

C．挂上砝码盘，接通电源后，再放开小车，打出一条纸带，由纸带求出小车的加速度；

D．改变砝码盘中砝码的质量，重复步骤C，求得小车在不同合力作用下的加速度．

根据以上实验过程，回答以下问题：

(1)对于上述实验，下列说法正确的是__ C ______．

A．小车的加速度与砝码盘的加速度大小相等

B．实验过程中砝码盘处于超重状态

C．与小车相连的轻绳与长木板一定要平行

D．弹簧测力计的读数应为砝码和砝码盘总重力的一半

E．砝码和砝码盘的总质量应远小于小车的质量

(2) 由本实验得到的数据作出小车的加速度a与弹簧测力计的示数F的关系图象，与本实验相符合的是__A______．

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