学生实验教学设计模板

顺德李兆基中学物理科组

4.2《探究加速度与力、质量的关系》教学设计

授课人：朱燕琴教

学

内

容

选

用

人教版必修1 教

材

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，它具体地、定量地回答了物体运动状态的变化，即加速度与它所受外力的关系，以及加速度与物体自身的惯性——质量的关系；况且此定律是联系运动学与力学的桥梁，可以说，它是动力学的核心规律，也是学习其它动力学规律的基础。因此，本节课的教学对力学是至关重要的。

在《普通高中物理课程标准》共同必修模块“物理1”中涉及本节的内容有：“通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系，理解牛顿运动定律，能用牛顿运动定律解释生产生活中的有关现象问题、解决有关问题。”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从探讨加速度相关因素入手，了解实验的基本思路和数据分析方法，围绕解决制定实验方案时的两个问题，由学生设计探究实验，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

1、教师是探究的主导，学生是主体。在进行探究时，学生必须有充分设

计

的时间进行实验方法和实验步骤的探索。由于时间和能力的限制，这在一说明节课的时间内是很难取得良好的效果。因此，在设计本节实验课的时候，和思我先给学生足够的时间来预习，学生对实验方法、实验过程和注意事项的想

思考、讨论更加充分。

2、由于传统器材比较简陋，在实验过程中摩擦力还会发生变化，学生得到的纸带上的数据误差比较大，很难得到定量的结果。因此，最后定量探究采取DIS（数字化信息系统）进行。而这套系统数量有限，最终决定由教师演示，学生辅助。

3、基于上述原因，本节课的设计思想如下：

①教师引导学生设计探究方案，学生自主操作，得出定性结论。

②教师定量演示，规范实验过程，得出关系式。

③采用演示法、探究法和讨论法等教学方法，引导学生自主学习、合作学习。

1

1课时

探究加速度与力、质量的关系

教学时数

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1、学生的知识储备：

①学生在前面学习中，已有了加速度、位移的概念（第一章

运动的描述），会使用打点计时器测加速度（第二章、匀变速直线运动的研究）。会对物体进行正确的受力分析（第三章

相互作用）；已知牛顿第一定律的内容（本章第一节）；已用过控制变量法研究物理问题；

②没有接触过需要平衡摩擦力的情况。

③不会对匀变速运动的物体进行受力分析。不理解变速运动时拉力不等于学

情

分

析

重物的重力。

2、学生的分析能力：

①本节的教学对象是创新班的学生，学生的自学能力强，能在自学过程中解决一些基础问题。在提前下发的自学学案中，学生展示出很好的超前学习能力，通过研究教材、相互讨论等方式，初步设计实验方案和提出数据处理方式。

②在平时的学习中，学生擅于动手与合作，展示出较好的团队合作意识。

③通过小组长的提前培训，学生基本掌握了使用excel来设计表格、记录数据和计算加速度的方法。

④通过科代表的简单培训，科代表已熟悉DIS实验装置，协助老师进行演示实验。

学

习

任

务

分

析

难点

教

学

目

主要1、通过分组实验探究、讨论，归纳得出加速度与力、质量的定性任务

关系

2、观察演示实验，了解实验过程。

3、熟悉传统实验装置和DIS装置。

教学1、培养设计实验方案并逐步完善的能力

重点

2、通过动手，提高实验操作、分析问题的综合能力。

3、通过探究实验，得出加速度与力及质量的关系

4、传统实验和DIS实验中数据的处理和分析

教学1、学生课前已进行充分预习并提出多种实验方案，在本节课中要继续完善方案，分析各种方案的亮点及不足

2、实验的操作、数据的处理和分析。

知识1、理解物体速度变化的快慢与力、与质量有关

与技

2、通过分组实验认识到加速度与力、质量的定性关系

能

过程

3、根据教师的定量演示实验归纳出关系式。

4、了解重要的传统实验的一般过程。

1、通过使用传统仪器进行实验研究，认识物理实验的一般过程和与方

方法。

2

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标

法

2、通过观察DIS实验数据的采集、列表、作图、拟合和转换等环节的处理过程，感受研究物理规律的科学方法和基本过程。

3、通过使用控制变量法和图像法分别进行实验的设计和数据的处理，感受分析和研究物理问题的有效方法。

情感1、通过小组合作实验，感悟物质运动的多样性与复杂性，建立团态度结协作的意识，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度

和价

2、通过对传统实验仪器与DIS传感器测量物理量过程的对比，体值观

验数字化、信息化技术带来的革命性的变化，激发学生的求知欲和创新精神。

教学演示法、探究法、实验法、启发法、讨论法等

教 方法

学

略

定

教

媒

1．分组实验器材：12组器材，每组含电火花打点计时器；长木板；质量为193g小车；4g小桶，50g钩码若干，砝码5g×1、10g×1、20g×2。毫米刻度尺，电脑。

2．演示实验器材：DIS系统，金属导轨，小车一只，光电门两个，小桶、50g和2g钩码若干。

3．多媒体设备，PPT课件

教学过程设计

教学流程

教学

程序

教师活动

预测学生活动

观看超级跑车视频，由视频给导入新课

播放超级跑车视频，由视频给出的信息，引出加速度及其相关因出的引擎、最大马力、百公里加速时间、最高时速、底盘质量等信息，猜想加速度与力、设计意图与效果分析

学生从视频提出信息，策 学

制 体

(2min)

素。

进行猜质量有关

想

学生在思考：控制变量法，控制F不初中学变，探究a与M的关系；控过控制制M不变，探究a与F的关变量法，系。

但在高中阶段思维引导

(1min)

提问：探究一个量与两个量有关系，采用什么方法？

3

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是第一次使用。在这里引导学生回顾实验研究方法。

多媒体展示部分学生设计的讨论方案的合理性和可行性。

方案，引导学生进行讨论。

1、展示学生提出的第一个方案：

1、分析第一个方案：小车初速度为0时，位移等于1/2at^2。位移正比于加速度，

引导思考和提问：最明显的特点是控制黑板擦,能使小车同时运动,同时停下。然而本方案没有打点计时器，怎么测加速度？

预习学案检查

(7min)

因为之前有让学生充分预习，学生在学案里提出的方案还是多种多样的。有的方案有创意，将会所以比较位移就能得到加速度的关系。

实验方案：

2、展示学生提出的第二个方案：

2、分析第二个方案的第二组因为小车质量变化时，合力也在课堂是变化。要保持F不变，只有上简单同时改变倾角，使弹簧称读数分析并不变就可以了。

点出优

缺点。一些方案虽然存在不足，但让学生见识一番也能启发思维。

分析：小车连着一个弹簧测力

计。做第一组实验时，改变倾角，

由弹簧称读出沿斜面向下的分

力大小；通过测量运动的位移和

时间，能够计算出来小车的加速

度。

提问：第二组实验要保持F不变，改变小车质量。可不可以倾角不变，改变小车的质量进行探究？

4

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3、简单点评其它实验方案。

3、在教师的引导下，简略了解同学们在预习学案中提出的其它实验方案。

展示学生在预习学案中提到最已有器材：电火花打点计时器多次也是最主要的方案：

一个（配有电源、足够纸带）；因为本长木板一条，倾角可调；193g节课的小车一只（连着绳子和4g的主要教小桶，车上和桶时皆可放砝码学目的1、分析实验器材的安装。

木板倾斜放置？

或钩码）；5g、10g、20g砝是要学码和50g钩码若干。

生体会图。

过程，暂实验方案的探讨

引导思考：为什么在方案中要把1、了解实验器材和实验装置探究的2、画出轨道水平放置和倾斜放2、思考并回答为什么要平衡时不展置时的受力分析图。引导学生思摩擦力，如何平衡摩擦力。得开讨论考有摩擦力作用时怎样消除摩出：不挂托盘，使小车拖着纸小桶和擦力的影响，怎样判断摩擦力已带，接通打点计时器，使打下砝码重经被平衡掉

的纸带点间距相等，则说明小力与绳车做匀速直线运动，即平衡了子拉力摩擦力。在实验中，通过分析的关系。

纸带来判断。

（一）完善探究方案

究方案，重新进行修正，进一步细化过程：包括如何分工合作，使用哪些实验器材，如何启发思进行操作，如何记录数据等

维，增加

小组合

实验方案更加合理和完善。

巡视给予必要的指导，使学生的让学生以小组为单位讨论探引导：探究实验中都需要测量哪需要测定加速度a、力F、小作意识

些物理量，利用什么仪器、根据车质量M 什么方法测定？

5 M——天平（已提前测量，无需再测）

F——合外力，用重物重力代替

a——由打点计时器获得纸

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学生

定性探究

(15~20min)

带，用逐差法进行计算，可用excel处理

（二）学生以小组为单位，进行实验

步骤及注意事项

平衡摩擦力

1、M一定（193g+50g），探究a与F关系，得出两组数据。

巡视学生实验，帮助学生指

2、F一定（50×9.8N）,探究a与M关系，得出两组数据。

3、分析纸带，用尺子量出6段位移x1~x6

4、输入x1~x6数据求出a（用excel处理数据），得出定性关系

（三）得出实验结论

学生观察数据，得出加速度与力、质量的关系

1、M一定，F越大，a越大

2、F一定，M越大，a越小

辅助实验，观察实验过通过DIS激起学生的求知欲望，

培养学生动手操作能力、解决实际问题的能力和合作意识

出不足

演示实验

(10~15min)

定量演示说明加速度与力、质量程，由图象思考加速度与力、系统演的关系。

1、介绍实验装置。

质量的关系。

6 示实验，使学生体验数

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2、经过调试，现在小车不带小

桶的时候，在轨道上基本上是匀

速直线运动，说明已经平衡了摩

擦力。

第一组实验中，小车质量不变，通过增加小桶里的砝码个数来改变小车的受力。

观察计算机采集的数据和图线拟合的结果，发现数据点很字化、信息化技术带来的革命性的变化，提高学习兴趣和探究欲望。

引导学生观察计算机采集的数好地分布在一条直线上，且基据和图线拟合的结果。提问：我本上过原点。得到结论：M一们可以得到什么结论？

第二组实验，小桶里砝码个数不变，改变小车上砝码的个数来改变小车质量。

定时，a∝F。

观察发现当小车质量减少时，引导学生观察实验结果并进行小车的加速度在增加。

猜想。

猜想a与M是反比例关系。

刚好对a与1/M的的图象进行直线拟观察a与1/M的的图象，也是直线。得到结论：a与M合。

成反比的关系。

（1）

学生总结实验结论

（2）

注意事项

（3）

误差分析

明确本节课的重难点

课堂小结

通过实验现象总结加速度与力、质量的关系

7

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1、在利用打点计时器探究加速度与力.质量关系的实验中,以下做法正确的是（

）

A、平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上

B、每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力

C、实验时，先放开小车，后接通电源

D、“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响

课后作业

2、在保持质量不变时加速度与物体受力间关系的实验中（使用课本图4.2-6所示的装置）,小车质量M和砝码质量m分别选取下列四组值．

A、M=500g，m分别为50g、70g、100g、125g

B、M=500g，m分别为20g、30g、40g、50g C、M=200g，m分别为50g、75g、100g、125g

D、M=200g，m分别为30g、40g、50g、60g 若其它操作都正确，那么在选用

组值测量时所画出的图线较准确。在选用此组值，m取

g时实验误差较大。

板

书

计

§4-2 探究加速度与力、质量的关系

一、质量一定时，合外力越大，加速度越_____，

合外力一定时，质量越大，加速度越_____，

三、结论：

M一定，

a∝F F一定，a∝1/M

1、亮点与创新

本节课因为课前有让学生进行充分的预习，还做了一些实验前的准备，如熟悉器材、提前设计好实验方案、建立excel表格、熟悉利用电脑进行运算等等，因此只用一节课就完成了实验方案的完善及探究过程。

课后反思

传统实验器材在高考出现的频率很高，但实际上效果不好把握。数字化信息系统（DIS）给实验带来了便利，但价格昂贵，实验室没有足够的配套设备。基于这些客观条件，本节课采取两者相结合，定性探究与定量探究相结合，既让学生充分熟悉高考的考点，又得到了严谨的实验过程带来的精确结果。

2、不足与改进

在条件允许的情况下，如果能给学生提供足够的器材和时间，使学生都能亲身体验两种条件下的探究过程，教学效果将更好。

设 二、控制变量法

8

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附件：预习学案

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系

小组预习学案

班级

小组成员：______________________________________________________________ 【学习目标】

1、通过实验，经历物理规律的探究过程。

2、学会用控制变量研究问题的物理方法。

3、掌握利用图象处理实验数据的方法. 【重点难点】

1、实验方案的确立

2、实验数据的处理

一、设计思路提点

问题1：研究一个物理量同时与两个物理量有什么关系，应当采用什么方法？初中用过这种办法吗？举例说明。

答：_____________________________________________________________________________________ 问题2：请同学们猜一猜加速度与力、质量有什么关系,列举出实例. 质量一定时，合外力越大，加速度越_____，举例：_____________________________________________ 合外力一定时，质量越大，加速度越_____，举例：_____________________________________________ 问题3：根据你的经验，你认为a与F的关系、a与M的关系可能存在怎样的定量关系？

答：______________________________________________________________________________ 【探究一】

加速度和力的关系（重难点），小车质量M一定

1、怎样测量（或比较）物体的加速度? ________________________________________________________________________________

2、怎样提供并测量物体所受的力? ________________________________________________________________________________

3、绳拉小车的力是小车受的合力吗? ________________________________________________________________________________

★★★平衡摩擦力的目的和方法

①目的：实验中小车要受到摩擦阻力的作用，增加了实验的难度。垫高木板不带滑轮的一端，使小车自身重力沿斜面的分力平衡摩擦力，这样小车所受拉力即为合力。

②方法：_____(填“挂上”或“不挂”)小桶，使小车_____(填“连着”或“不连着”)纸带，接通打点计时器，使打下的纸带点间距相等，则说明小车做匀速直线运动，即平衡了摩擦力。

【探究二】

加速度与质量的关系（拉力F一定）

1、如何保证拉力F一定？如何改变小车的质量？

________________________________________________________________________________

2、加速度与质量成反比，还是与质量的二次方成反比? ________________________________________________________________________________

二、设计实验方案

9

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（一）自行设计方案：请你利用熟悉的器材设计实验方案，画出装置图并简略描述实验步骤。

（1）装置图：

（2）实验步骤简述：_________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ （二）根据已有器材设计方案：电火花打点计时器一个（配有电源、足够纸带）；长木板一条，倾角可调；193g小车一只（连着绳子和4g的小桶，车上和桶时皆可放砝码或钩码）；50g钩码若干，5g、10g、20g砝码各一个。

请根据已有器材设计实验方案来探究加速度a与拉力F、质量M的关系。

【思维引导】探究加速度a与拉力F、质量M的关系时，要使小桶及桶里砝码的重力近似等于使小车的合外力，必须保持小车（及小车上放置的钩码）总质量M远大小桶及桶里砝码的质量m，即M>10m。（见课本P73）

（1）装置图：

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（2）实验步骤：

在描述实验步骤时，必须具体阐明以下几个问题：

探究加速度a与拉力F的关系时，小车上是否需要放置重物（钩码或砝码）？放置多少克？如何改变拉力F的大小？为满足M>10m，小桶里所放置的重物质量不能超过多少？

探究加速度a与质量M的关系时，小桶里所放置的重物质量能否变化？如何改变小车的质量？请具体阐述。

_________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ _________________________________________________________________ （3）、设计实验记录表格，规范记录数据，利用电脑分析数据，得出结论。

表一（拉力F一定）

实验次数

1 2 3 4 5 6

a/m·s

0

m/kg 0 1 -1 —

/ kgm

-2

a/m·s－2 a/m·s－2 0 a/m·s

-2 表二（小车质量M一定）

实验次数

1 2 3 4 5 6

F/N

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①为了验证F一定时，a与M是否成反比关系，应描绘a-m图象还是a-1图象？答：__________ m②请分析表一和表二中数据和图象，并得出结论：_________________________________ ______________________________________________________________ 四、注意事项

1、平衡摩擦力时不要挂重物,整个实验平衡了摩擦力后,不管以后是改变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、实验中必须满足小车和砝码的质量远大于小盘和砝码的总质量．只有如此,砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等. 3、各纸带上的加速度a,都应是该纸带上的平均加速度. 4、作图象时,要使尽可能多的点在所作直线上,不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线的两侧．离直线较远的点是错误数据,可舍去不予考虑. 5、小车应靠近打点计时器且先接通电源再释放纸带. 五、误差分析

1、出现下列图线的原因：

A：________________________________________________________________，

B：________________________________________________________________，

C:______________________________________________________________。

2、除了摩擦力以外，你觉得引起误差的主要原因还有什么？如何减小误差？

_________________________________________________________________ 课堂练习

1、在利用打点计时器探究加速度与力.质量关系的实验中,以下做法正确的是（

）

A、平衡摩擦力时，应将重物用细绳通过定滑轮系在小车上

B、每次改变小车的质量时，不需要重新平衡摩擦力

C、实验时，先放开小车，后接通电源

D、“重物的质量远小于小车的质量”这一条件如不满足，对探究过程也不会产生影响

2、在保持质量不变时加速度与物体受力间关系的实验中（使用课本图4.2-6所示的装置）,小车质量M和砝码质量m分别选取下列四组值．

A、M=500g，m分别为50g、70g、100g、125g

B、M=500g，m分别为20g、30g、40g、50g

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C、M=200g，m分别为50g、75g、100g、125g

D、M=200g，m分别为30g、40g、50g、60g 若其它操作都正确，那么在选用

组值测量时所画出的图线较准确。在选用此组值，m取

g时实验误差较大。

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