4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 教学设计

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第2节　实验：探究加速度与力、质量的关系 教学设计
课程基本信息
学科 物理 年级 高一 学期 第一学期
课题 第2节　实验：探究加速度与力、质量的关系
教材分析
牛顿第二定律是在实验基础上建立起来的重要规律，它是动力学的核心规律，也是学习其它动力学规律的基础。“通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系，理解牛顿第二定律。”本条目要求学生通过实验，探究加速度、质量、力三者的关系，强调让学生经历实验探究过程。 在教材的编排上本节探讨加速度相关因素入手，学生设计探究实验，对现象进行分析归纳，最后总结出加速度与力、质量的关系，这样的编排符合学生的认知规律。
教学目标
物理观念： 1.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； 2.树立相互作用观念，通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。 科学思维：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，体验如何平衡摩擦阻力、减少系统误差的操作方法。 科学探究：体通过探究实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。 科学态度与责任：通过探究激发学生的求知欲和创新精神。
教学内容
教学重点： 1．控制变量法的使用． 2．如何提出实验方案并使实验方案合理可行． 3．实验数据的分析与处理。 教学难点： 1．如何提出实验方案并使实验方案合理可行； 2．实验数据的分析与处理。
教学过程
【教学过程】 一、新课引入 由牛顿第一定律，我们知道力是产生加速度的原因，惯性只与质量有关，质量越大惯性越难改变。这分别是加速度与力的关系和加速度与质量的关系。 这说明，加速度与力、质量之间必然存在一定的关系。下面我们来探究加速度与力、质量之间的定量关系。 教学设计说明：直接应用课本的问题情景导入，有图有真相。 二、新课教学 （一）实验思路 问题提出 你认为应该如何完成这个探究实验？ 比如，研究什么物体？ 如何测量该物体受到的力？ 如何测量该物体的加速度？ 怎样分析数据？ 请说出你的设计思路并和同学们讨论确定实验探究方案。 实验目的：主要有两个加速度a与力F的关系，加速度a与质量m的关系，使用控制变量法来进行研究。 实验设计：需要测量的物理量有a、F、m。分别主要通过天平、打点计时器、力的的合成来测得。 3、进行实验 4、利用表格分析数据。 用图所示的装置可以完成这个探究实验。将小车置于水平木板上，通过滑轮与槽码相连。小车可以在槽码的牵引下运动。 1、加速度a与力F的关系 生活经验：用大的力推物体，物体会获得大的加速度；而用小的力推相同的物体，物体会获得小的加速度。 问题：加速度和力之间存在什么样的关系呢？ 通过多媒体课件动图展示：拉力不同的情况下小车的运动情况。保持小车质量不变，通过改变槽码的个数改变小车所受的拉力。小车所受的拉力可认为与槽码所受的重力相等。测得不同拉力下小 车运动的加速度，分析加速度与拉力的变化情况，找出二者之间的定量关系。 2、加速度a与力m的关系 生活经验：用力推质量大的物体，物体会获得小的加速度；而用相同的力推质量小的物体，物体会获得大的加速度。 问题：加速度可能与质量成反比 通过多媒体课件动图展示：质量不同的情况下小车的运动情况。保持小车所受的拉力不变，通过在小车上增加重物改变小车的质量。测得不同质量的小车在这个拉力下运动的加速度，分析加速度与质量的变化情况，找出二者之间的定量关系。 （二）物理量的测量 1、质量的测量 实验室主要是使用天平，而小车的质量的改变主要是通过增减砝码来改变的。 2、加速度的测量 有三个方法，方法1，小车做初速度为0的匀加速直线运动。则测量小车加速度最直接的办法就是用刻度尺测量小车移动的位移x。并用秒表测量发生这段位移所用的时间t，然后由位移公式求出加速度a。 方法2，运用第一章学习过的打点计时器器来测量。我们实验室也是经常采用这种方法。 方法3，让两个小车做初速度为0的匀加速直线运动。与方法1类似，只不过它不用测得具体数值，只需要得出位移与加速度的比值即可，测量加速度就转换成测量位移了。 三种方法看情况来选择做，1和2是可以结合起来用的，打点计时器连着纸带就是可以用来测量位移和时间的，所以1、2都是一起用的。 3、力的测量 孤力物体是不存在的，所以实验中的F是合力。受力分析发现小车的受力还是比较多的，所以我们不能单单只看一个，而是求他们的合力出来。下面看两个案例。 参考案例1、用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系 把木板的一侧垫高，以补偿打点计时器对小车的阻力及其他阻力。调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动。如图所示受力分析，调整角度另重力的分力等于阻力，这样其它力平衡掉以后，相当于小车只受拉力T，而拉力T等于砝码的重力。 这样通过改变槽码的个数可以成倍地改变小车所受的拉力，与此相对应，处理纸带。保持小车受的拉力不变，通过增减小车中的重物改变小车的质量。处理纸带。最后结合加速度测量的方法1、2求得加速度。 参考案例2、通过位移之比测量加速度之比 将两辆相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可以放不同的重物。把木板一端垫高，参考案例1的方法补偿阻力的影响。 两小车后端各系一条细线，用一个物体，例如黑板擦，把两条细线同时按压在木板上。抬起黑板擦，两小车同时开始运动，按下黑板擦，两小车同时停下来。用刻度尺测出两小车移动的位移x、X。由于两小车运动时间t相同，从它们的位移之比就可以得出加速度之比。 在盘中重物相同的情况下，通过增减小车中的重物改变小车的质量。运用方法3求得加速度与位移之比。 （三）进行实验 1、加速度a与力F的关系 以案例1为实验，进行设计表格，通过改变槽码的个数可以成倍地改变小车所受的拉力，把测得的加速度填表。 2、加速度a与质量m的关系 以案例1为实验，设计表格，通过增减小车中的重物改变小车的质量，把测得的加速度填表。 （四）数据分析 列表格之后就是建坐标，之后描点连线。为了更直观地判断加速度a与拉力F的定量关系，我们以a为纵坐标、F为横坐标建立直角坐标系。根据各组实验数据在坐标纸上描点。如果这些点在一条过原点的直线说明加速度a与拉力F成正比。如果不是再进行分析。 结论：加速度a与力F成正比、与质量m成反比。 科学方法：控制变量（阅读） 〖板书设计〗 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 一、实验思路 用控制变量法探究加速度a与力F的关系和加速度a与质量m的关系。 二、物理量的测量：质量、加速度、力的测量 三、实验注意： ①把木板的一侧垫高； ②小车能拖动纸带沿木板匀速运动； ③小车的质量要远大于钩码的质量。 〖教学反思〗 1、对于测量拉力这个比较难以理解，小车受力有多个，其它的力是没有使用到的，学生对此感到困惑。两个实验的对比分析，给予不同学生的学习需求。 2、学生的动手能力一直以来都是难以逾越的坎，本实验在原来求加速度的基础上更进一步，在实验操作和分析能力上要求更高，课堂中学生出现的不确定因素也比较多，需要老师先做好课堂演示。