《探究加速度与力、质量的关系》教学设计
课题 实验:探究加速度与力、质量的关系
课型 新授课(探究实验课)
目 标 确 立 依 据 课 标 分 析 课标摘录 1.2.3通过实验,探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系。
课标分解 学生学什么 物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系;运用控制变量法设计实验方案;用图像处理实验数据,分析实验误差。 学生怎么学 猜想加速度与物体受力、物体质量的关系→阅读教材,明确实验思路→利用提供器材进行实验探究→测量所需物理量数据→用图像处理实验数据→分析图像得出实验结论及实验误差。 学生学到什么程度 会利用控制变量法、化曲为直图像法处理数据对加速度与物体受力、物体质量的关系进行实验探究;通过实验得出结论,知道三者间的关系;能分析造成误差的原因。
教材分析 本节课是人教版(2019)必修第一册第四章第二节,是在学 习力与运动的定性关系的基础上,进一步探究力与运动的定量关系,为下一节“牛顿第二定律”的学习作好铺垫,有承上启下之作用。 2.本节内容是在牛顿第一定律基础上,对加速度与力、质量关系的定量探究实验;通过实验探究过程,学生对科学探究过程基本步骤的掌握得到了加强,同时实验中的控制变量法、化曲为直作图思想的应用及造成误差原因分析等,都助力了学生科学思维能力的提升,这些都为后续物理探究实验的学习打下了基础。
学情分析 学生在前面已学习过“匀变速直线运动的研究、相互作用——力及牛顿第一定律”等知识,以及对科学探究思想、控制变量法、图像法等物理思想方法及实验具体操作等基本掌握,为本节探究“运动和力的定量关系”做了知识、方法及技能上的储备。虽然学生有了前期知识和能力上的储备,但与本节内容要求相比还存有一定差距,还需学生进一步提升科学思维能力、理解能力和实验探究能力等,如化曲为直图像法处理数据;控制变量法有效结论的形成及造成实验误差可能原因分析等,都会对学生学习本节内容造成各种障碍。
学习目标 1.经历探究加速度与力、质量关系的设计过程,能够依据要求,运用控制变量法设计探究实验方案,并能选择合理的方案进行探究实验。 2.经历用图像法处理数据的过程,能从图像中收集信息、获取证据及发现物理规律,体会化曲为直图像法处理数据的科学思想。 3.经历实验操作和测量过程,知道实验中具体注意事项、造成误差的可能原因及如何减小,体会科学探究过程的科学性和严谨性。
学习重难点 学习重点:1.如何设计方案并使方案合理可行。 2.实验的操作 3.数据处理和分析 学习难点:1.实验方案设计 2.化曲为直图像法处理数据
教学辅助支持 电火花打点计时器、纸带、小车、一端附有定滑轮的长木板、小盘、钩码(槽码)、重物、夹子、细绳、天平、刻度尺等
教学活动设计
教师活动学生活动 学习评价环节一:创设情境引入新课 2023年5月30日9时31分,神 舟十六号载人飞船在酒泉卫星 发射中心升空,发射取得圆满 成功。播放中国火箭发射、升 空、飞行全部过程,体会多级 火箭的奥秘。请问火箭发射过 程中如何加速升空的?多级火 箭分离的作用是什么?本节课 就让我们来探究有关的知识。 设计意图说明:通过播放视频,引入课题,同时激发学生学习兴趣,增强爱国主义 情节。环节二:确定实验方案阅读课本P88页,结合前面视频思考以下问题: 问题1.猜想影响物体加速度的因素会有哪些 (小组讨论后回答) 问题2.结合给定实验器材和阅读教材内容,各小组代表说出实验设计思路、探究方案。 问题3.你还有其他设计思路和探究方案吗?(教师引导简介) 问题4.你能说出实验方案的可行性和不同方案中具体操作中的关键点吗?1.猜想的可能因素: ①物体受力有关 ②物体质量有关 2.设计思路一 按教材P88图4.2-1所示的装置完成探究实验,小车作为研究对象,测出小车加速度、受力及质量。 ①找出加速度与力之间的定量关系(M车一定) ②找出加速度与质量之间的定量关系(F合一定) 探究方案一 将小车置于水平木板上,用轻绳跨过滑轮与槽码相连,小车在轻绳的牵引下运动,小车所受拉力可认为与槽码所受重力相等。保持小车质量不变,测得不同拉力下小车运动的加速度,找出a与F的定量关系;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,找出a与m的定量关系。 3.设计思路二 按教材P90图4.2-3所示的装置完成探究实验,通过位移之比测量加速度之比,从而得出加速度与力、质量定量关系之比。 探究方案二 分别比较两辆相同小车在盘中重物不同情况下,同时运动同时停止,用刻度尺测出两小车移动的位移x1、x2。由于t相同,位移之比等于加速度之比,确定a与F关系;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来确定a与m关系。 4.小组代表回答后,教师给予补充。评价1 评价内容:针对各小 组提出的实验设计思 路、探究方案可行性 及小组合作表现给出 评价。 评价方式:小组互评 +教师点评 评价等级 合格:具有控制变量 的意识,在教师引导 下,基本能提出设计 思路和可行性实验方 案,具有与他人交流、 讨论问题的意识。 良好:根据探究问题, 提出设计思路,基本 能自主设计可行性实 验方案,并能确定关 键步骤,有较强的学 习和探究的兴趣。 优秀:根据探究问题, 提出并准确表述设计 思路,能自主设计可 行性实验设计方案, 并能确定关键步骤, 能对已有方案提出创 新,小组合作积极, 探究欲望强。设计意图说明:突出问题导向,强调在真实问题情境下,以实验为载体发展学生的 科学探究能力、科学推理与论证能力,进一步认识运动和力的本质关系,意在落实 学习目标1。环节三:物理量的测量问题1.请你猜想,物体的加速度a与作用力F、物体的质量m会有怎样的定性关系 问题2.上图实验中,如何测量物体的质量?如何测量小车的加速度和受到的力 ①引导学生平衡摩擦力。 ②引导学生分析减小误差的方法。 1.学生交流讨论并回答:加速度与力可能成正比;加速度与质量可能成反比。 2.小组讨论后,代表回答。 天平、处理打点纸带点迹、 槽码的物重。 评价2 评价内容:针对各小 组在实验方案中各物 理量的测量方法设计 和小组合作表现给出 评价。 评价方式:小组互评 +教师点评 评价等级 合格:具有问题意识, 在教师引导下,基本 能设计各物理量的测 量方案;具有与他人 交流和讨论问题的意 识。 良好:能根据物理问 题,作出初步的分析; 基本能自主设计各物 理量的测量,尝试用 已有的物理知识进行 分析,小组合作积极。 优秀:能根据物理问 题,自主合理设计各 物理量的测量,能提 出减小系统误差操作 方法,尝试用已有的 物理知识进行分析;在 合作中既能坚持观点 又能修正错误。设计意图说明:通过猜想、小组交流、讨论,使学生了解物理量的测量,培养学 生严谨求实,敢于质疑,勇于创新的科学精神,意在落实本节课的学习目标1、3。环节四:进行实验 巡视学生实验,帮助学生指出不足。 选择有代表性的小组,把数据填入表格。 学生动手做实验,并把测得数据填入表格。评价3 评价内容:针对各小 组实验过程中实验操 作的规范性及优化能 力,小组合作表现给 出评价。 评价方式:小组互评 +教师点评 评价等级: 合格:在教师引导下, 基本能使用给定器材 按步骤进行操作。能 对获得数据初步整理; 具有与他人交流成果、 讨论问题的意识。 良好:能自主根据实 验探究方案,使用给 定器材按步骤规范操 作,对获得数据能进 行定性分析;小组合 作积极,配合较好。 优秀:能自主根据实 验探究方案,使用给 定的器材按步骤规范 操作,对能对获得正 确数据进行定性分析, 发现其中的部分规律; 小组合作积极,配合 密切。设计意图说明:通过学生动手做实验,发展学生科学思维,培养学生求真求实严谨 的科学态度,提升学生动手操作和合作能力,意在落实本节课的学习目标1、3。环节五:实验数据的分析、处理及实验结论 问题1.分析表格实验数据,如何直观判断小车质量一定时,加速度a与受力F之间的定量关系? 问题2.如何判断拉力一定时,加速度a与质量m之间的定量关系? 教师可利用代表性的小组实验数据填写表格,利用计算机生成图像。 问题3.通过实验探究,说出得出的实验结论。 问题4.说出造成实验误差的可能原因与减小方法。(教师引导并修正)1.学生绘制a-F图像。 是一条过原点的倾斜直线,得出a与F正比关系。 2.学生制绘a-m的图像→a-1/m图像。 a-1/m图像是过原点的倾斜直线,得出a与m反比关系。 3.结论:加速度a与作用力F成正比,与质量m成反比。 4.可能原因与方法: ①质量测量不准、计数点间距测量不准,可多次测量求平均值。 ②小车所受合力测量不准,应准确平衡阻力、使细线与纸带平行木板。 ③加速度测量不准,采用逐差法或画v-t图像。评价4 评价内容:对实验数 据的分析和处理,获 得的结论,误差来源 以及减小误差的方法 进行评价。 评价方式:小组互评 +教师点评 评价等级: 合格:在教师引导下, 基本能对数据进行作 图,通过分析图像, 得出初步结论;能说 出实验探究中造成误 差部分可能原因。 良好:能自主对数据 作图分析,发现特点, 形成正确结论;能说 出实验探究中存在部 分误差的可能原因和 减小误差方法。 优秀:能自主对数据 作图分析,主动转换 自变量(化曲为直), 发现其中规律,得出 正确的结论;能说出实 验探究中存在误差的 可能原因和减小误差 方法。 设计意图说明:引导学生对实验数据进行分析处理,得出结论。既突出了学生学 习的主体性,又调动了学生学习的积极性。对学生学习目标的达成及终生学习都 有着积极的意义,意在落实本节课的学习目标2。
板书设计
作业与拓展学习设计
基础类 1.研究物体的加速度、作用力和质量三个物理量的关系时,我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下,加速度和作用力之间的关系”;又研究了“在作用力一定的情况下,加速度和质量之间的关系”。这种研究物理问题的科学方法是( )。(学习目标1) A.建立理想模型的方法 B.控制变量法 C.等效替代法 D.类比法 2.某同学在做“探究加速度与力的关系”和“探究加速度与质量的关系”实验时,把两 个实验的数据都记录在表3中。数据是按加速度的大小排列的,两个实验的数据混在一起, 而且有两个加速度数据模糊不清(表3中空格)。请你把这些数据分拆填入表4和表5中, 如果模糊的加速度数据是正确的,其数值应该是多少?请填在表3中。 (学习目标1、2) 表3 实验记录 探究类 3.如图所示为实验中用打点计时器打出的一条较理想的纸带,纸带上A、B、C、D、E、F、G为七个相邻的计数点,相邻计数点间的时间间隔是0.1s,距离如图所示,单位是cm,小车的加速度是________ m/s2。在验证质量一定时,加速度a和合外力F的关系时,某学生根据实验数据作出了如图乙所示的a-F图像,该图线不过原点,其原因是____________ (学习目标1、3) 4.如图所示,在探究牛顿运动定律的演示实验中,若1、2两个相同的小车所受拉力分别为F1、F2,车中所放砝码的质量分别为m1、m2,打开夹子后经过相同的时间两车的位移分别为x1、x2,则在实验误差允许的范围内,有( ) (学习目标1、3) A.当m1=m2、F1=2F2时,x1=2x2 B.当m1=m2、F1=2F2时,x2=2x1 C.当m1=2m2、F1=F2时,x1=2x2 D.当m1=2m2、F1=F2时,x2=2x1 拓展类 5.如图所示为“用DIS(位移传感器、数据采集器、计算机)研究加速度与质量关系”的实验装置。(学习目标1、2、3) (1)在图示装置中,①是固定在小车上位移传感器的发射器部分,②是接收部分。在该实验中采用控制变量法,保持小车所受拉力不变,用钩码所受的重力作为小车所受拉力,为了减小实验误差,应使钩码质量尽量 些。(填“大”或“小”) (2)改变小车的质量,多次重复测量。在某次实验中根据测得的多组数据可画出a-关系图线。 ①如果摩擦力不能忽略,则画出的a-图线为图示中的 。(填“甲”或“乙”或“丙”) ②该实验中某同学画出的图线中AB段明显偏离直线,造成此误差的主要原因是 。 A.小车与轨道之间存在摩擦 B.导轨保持了水平状态 C.所挂钩码的总质量太大 D.所用小车的质量太大 实践类 4.课后完成实验报告。
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