学生实验名师教学设计

探究加速度与力、质量关系的教学设计

江苏省丹阳市吕叔湘中学 高中物理 宋 艳

一、教学设计思路

在教学过程中，采用“观看视频，提出问题” →“分析问题，提出假设” →“设计实验，验证假设” →“分析数据，得出结论”的程序设计课堂教学。在本节课中创设三个问题，并逐个解决。①物体加速度和什么因素有关？教师引导学生按照上述程序得出结果，即牛顿第二定律的雏型。②控制变量法找物体加速度与受力和质量的定性关系呢？继续按照上述的过程得出结果，受力越大加速度越大，质量越大加速度越小。③物体加速度与受力和质量的关系式？该问题在实验数据基础上利用图象法得出结果，即加速度与受力成正比与质量成反比。学生解决这三个问题的过程既是科学的再发现过程，又是学生获得新知识、掌握知识的过程。

新课程改革要求改变以往过于注重知识传授的状况，而要注重学生获得知识的过程，在学生获得知识的同时也成为学习的主人，并在学习的过程中形成正确的价值观，通过本节课的学习，使学生初步形成用事实说话的科学态度，为健全学生人格，帮助学生具备终身学习的能力打下坚实的基础。

二、教学目标

1．知识与技能：

（1）学会用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系.

（2）应用图像法分析处理实验数据

（3）从实验中得出加速度与力成正比，与质量成反比

2．过程与方法：

（1）体验科学研究的基本步骤

（2）知道一种常用的研究方法——控制变量法

3．情感、态度与价值观：

培养学生尊重事实，实事求是的科学研究作风

三、重点与难点

1、教学重点及其教学策略：

重点：用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系

教学策略：通过教师的引导，学生的互相讨论，得出实验的步骤和数据处理的方法。

2、教学难点：处理实验数据并画出相关的图像

四、教学资源

1．教材分析：本节是学生上高中以来接触到的第二个探究性实验，这一实验与“探究小车速度随时间变化的规律”一样，都是有确定结论的。“探究小车速度随时间变化的规律”实验使学生已经具有一定的处理此类实验问题的能力，但也给本实验又搭了一个台阶，书中没有给出确定的实验方案，要学生自己设计，给出了实验的基本思路。作为提示，书中还提醒注意两方面的问题：怎样测量（或比较）物体的速度；怎样提供和测量物体所受恒力。作为进一步的提示，还给出了一个“参考案例”，这个案例是采用通用器材设计的实验，具有普遍意义和具体指导作用。

本节教材除了探究结论，还涉及到一种重要的科学研究的方法——控制变量法。实验过程及数据处理上还有三个技巧：

①理论坐标系建立技巧。“a与m成正比”实际上就是“a与不是axF1成正比”；②实际坐标系建立技巧。不是a-F图象而是22图象；mx1F1xm1而是12图象；③平衡摩擦力；利用图象处理数据，用曲线拟合测量点，mx2m1找出规律也是本节的方法重点。

2．学生情况分析：对控制变量法的知识，学生有一定的基础，并能够应用图象判断正反比例，为本节内容的学习做好了铺垫。学生在日常生活中大致有这样的认识力大速度变化快，质量大速度变化慢。

3．教学策略：通过视频观看和学生探究实验，激发学生的学习兴趣，使学生充分参与探究的过程。让学生结合图象分析，亲自找出牛顿第二定律的雏形。

五、教学准备

1．学生每四人一组，学生实验桌上配备：打点计时器、长木板、小车、纸带、复写纸、刻度尺、细线、钩码、砝码、导线若干。

2．教师用具：实物投影仪、自制课件

六、教学过程

教师活动

引入新课

提问：

1、物体运动状态由什么物理量描述？速度改变快慢用什学生活动

回答：

1、

物体运动状态由速度来描述。速度改变快慢用加速度来描述；

2、

赛车加速快加速度大，怎么有这么点评

使学生对物体运动状态的改变有一个感性认识，由此创设情景，引出课题。

么物理量来描述？

好的性能，大马力的发动机有强大（观看视频赛车）

的牵引力，轻巧的车身有较小的质2、刚才的视频中说明了赛车量。

和普通轿车相比加速度是怎3、

加速度与物体质量及物体受力有样的？又是怎么保障的？

关，关系是：物体受力越大，物体3、加速度与力和质量的关系，加速度越大；物体质量越大，物体到底是正比和反比关系还是加速度越小．

一次函数或二次函数关系呢？（猜测）

本节课我们就通过实验来探究这一关系。

新课教学

（设计实验方案）

1、根据加速度与物体质量及物体受力的关系，我们很容易猜想它们之间可能是正比或反比的关系，下面我们就要通过实验来进行验证我们的猜想。

2、那么我们应该通过实验来测定那些物理量呢？

3、我们知道质量可以用天平进行测量，那么加速度怎么来测定呢？

4、请大家回想前面学过的与加速度有关的各种公式，看看能不能发现测定加速度办法。

我们可以发现前面三个公式都要涉及到速度，而要测量速度也比较困难，后面两个公式只要测定位移和时间就可以了，位移可以用直尺测量，时间可以用秒表或打点计时器测量，我们先看公式，请问x分组讨论、选代表回答：

1、加速度，质量和力三个量。

2、用打点计时器进行测定加速度。

3、与加速度有关的公式有：

引导学生进行猜想影响加速度的因素，确定需要研究的物理量，将问题量化。

根据已经学过的知识来确定实验原理，可以使学生体会如何将所学的知识指导实践，加深对知识的理解。

avtv0

t1xv0tat2

2222axvtv0

xat21xat22124、xat是初速度为零的匀加速运212动的位移公式。当运动时间相同时,两个at这个公式在什么物体的位移和加速度成正比。

2

时候成立呢？当满足什么条件时，加速度和位移成正比关系？

12at，在时间t22x相同的情况下a2，即t由xa1x1=。

a2x2

也可以利用打点计时器所打出的纸带和公式sat2计算加速度a。

5、请大家设计一个用、探究加速度与力和质量的关系的实验原理图。（参考课本示例）

（设计实验步骤）

1、我们现在要研究加速度与力和质量三者的关系，如何进行研究比较好？为什么？

2、这种方法在科学研究中称为控制变量法，所以我们可以先保持小车质量不变研究加速度跟力的关系，再保持力不变研究加速度跟小车质量的关系，请大家按照这个思路设计实验步骤和实验数据记录表。

3、保持沙桶质量不变，可以认为小车受到的合力不变，这样就可以探究加速度与质量的关系。

学生讨论，回答：

分别研究比较好，同时改变的话，无法确定加速度的改变是由哪个量变化引起的。

1、研究加速度跟力的关系

实验步骤：

（1）摆放好实验装置。用弹簧秤测出沙桶重力F计入表格，将车拉到打点计时器附近。

（2）打开打点计时器电源，释放小车，得到纸带，并在纸带上计下沙桶的重量。

（3）改变沙的质量，重复以上的步骤4次。

（4）设计表格，记录实验数据。

力

（N）

在老师的指导下，学生通过讨论，确定实验的研究方法——控制变量法。

让学生自己设计实验步骤，并互相交流，从中确定最佳实验方案，制作记录实验数据的表格，和数据处理的方法。培养他们的实验能力，为以后进行实验探究打下基础。

加速度

（m/s2）

2、研究加速度跟质量的关系：

实验步骤：

（1）保持沙桶质量不变。用天平测出小车质量m计入表格，将车拉到打点计时器附近。

（2）打开打点计时器电源，释放小车，得到纸带，并在纸带上计下车的质量。

（3）在车上放砝码改变车的质量，重复2~3的步骤4次。

（4）设计表格，记录实验数据。

质量

(kg)

。

加速度

（m/s2）

（数据处理）

1、为了更直观地分析判断加速度a与物体受力F间的数量关系，你认为采用什么分析方法较好？（图象法，作a-F图学生讨论回答

最好有方程或图线，用图象来寻找关系比较直观和简单。

分别画出“a—F”

“a—1/m”的图线，确定a与F、a与m的关系。

象）

2、根据实验得出的各组加速度a与对应力F数值在坐标中描点，如果这些点在一条过原点的直线上，说明a与F存在什么关系？（正比）

3、你是如何猜想物体的加速度a与其质量m之间的关系的？（在相同力的作用下，质量m越大，加速度a越小，可能是“a与m成反比”，但也可能是“a与m2成反比”，甚至更复杂的关系）

4、为什么检验“a与m成反比”？（从猜测可能存在的最简单的情况入手）

5、对a与m关系的探究，有一个技巧，找的是a与

请同学们思考讨论图中的图线没有通过原点的可能原因。

图1

力

（N）

位移

（m）

图2 1的m

关系，这样做的优势是什么？（如果画a-m图象，得出曲线，由于实验误差，拟合曲线时，我们不能保证图象一定是

1双曲线，故画成a-图象更

m

能直观地判断a与m成反比）

6、实际探究a与F、m的关

x1F1系时，常作图象与x2F2质量(kg)

x1m2图象，为什么？（ax2m1的数值测量不太方便，由位移

（m）

x122xat知a2，即2ta1x1x=，若a∝F，则有1a2x2x2∝F1x1；若a，则有1mF2x2∝m2）相应的实验数据记录m1表格中加速度一栏就是位移。

小结并布置作业。

体会实验思想和思考出现的问题。

七、教学反思

本课题设计思路旨在让学生体验科学研究的基本步骤。

通过观看视频引出课题——探究加速度与力和质量的关系。在教师的引导下，学生通过讨论、交流，设计实验方案，进行实验验证。处理实验数据并画出相关的图像,找出各个量之间的关系。

八、教学评价

学生自评——根据实际情况填写以下表格：

掌

握

程

度

目

标

A 控制变量法在在实验中应用

图象法在数据处理中的应用

实验观察能力及归纳总结能力

得出结论

B

C

D

说明：A为熟练掌握 B为掌握良好

C为基本掌握

D为有所欠缺