2. 探究加速度与力、质量的关系教学设计第一课时

3.2

实验：探究加速度与力、质量的关系

江苏省扬州中学

周

春

一、教学内容分析

本节是教科版《物理1（必修）》第三章的第2节，是一节实验探究课。主要是通过实验探究加速度与力、质量的关系，得到它们的定量关系，为下一节学习牛顿第二定律做铺垫。本节中应用控制变量法来研究问题和用图象法处理数据，这两种方法在高中物理的学习中都十分重要。本节不论从知识还是从培养学生能力的角度看都很重要。

二、学情分析

学生已知道加速度、位移等概念，使用过打点计时器，并会测加速度；已经会使用天平测质量；会对物体进行正确的受力分析；已经知道了牛顿第一定律的内容；已经使用过控制变量法研究物理问题；已经接触过光电门和气垫导轨。

三、设计思路

1、分析生活实例，创设情景，先让学生猜想a与F、M的定性关系和定量关系。

2、通过教师不断的追问、学生的积极思考、讨论，引导学生自主提出多种实验方案。

3、启发学生画出a1F1aM和12的关系图来研究实验数据。

a2F2a2M14、学生分组实验，分工合作，培养学生的团队合作精神，提高课堂效率。

5、本节课内容较多、时间有限，设计实验时采用了学生分工合作的办法和直接采用已知质量的小车、小盘、槽码的办法来节约时间。

四、教学目标

（一）知识与技能

1、理解探究加速度与力、质量有关的合理性和必要性。

2、通过实验探究加速度与力、质量的定量关系。

3、培养学生进行合理猜想、设计方案、选择方案和动手操作能力。

（二）过程与方法

1、使学生掌握用控制变量法研究三个物理量之间关系的思路和方法。

2、通过经历猜想、实验的设计、操作和测量过程，以及通过图象法处理数据的过程，体验科学探究的过程和方法。

（三）情感、态度与价值观

1、通过生活实例和实验探究，激发学生的求知欲和创新精神。

2、使学生养成实事求是的科学态度，体验探索自然规律的艰辛与喜悦。

3、培养学生的合作意识，相互学习，交流，共同提高。

五、教学重点

1、控制变量法的使用。

2、提供和测量物体所受的恒力方案的设计。

3、测量（或比较）物体的加速度方案的设计。

六、教学难点

1、实验方案的设计。

2、实验数据的处理。

七、教学用具

多媒体课件，计算机和大屏幕投影系统一套，带有滑轮和导轨的两块相同的铝板，两个相同的小车，两个相同的小盘，槽码若干

八、教学过程

教学环节

一、

提出问题

教师活动

播放“天宫一号”点火视频

“天宫一号”点火后，做什么运动？

若要提高“天宫一号”发射的加速度，你有什么办法？

学生活动

观看视频

生：加速运动。

思考，猜想

生：

M一定时，F越大，a越大。如，质量相仿的赛车比小汽车加速快。

F一定时，M越大，a越小。如，同一货车，满载车比空车加速慢。（或自行车）

思考，和老师一起分析

生：力。

生：质量。

和老师一起猜想，思考

二、

要回答这个问题，就要弄清物体的加速度可能与定性猜想

哪些因素有关，请结合生活经验举例说明。

三、

以上只是我们的经验和猜想，你能利用学过的知理论分析

识，从理论上论证刚才的猜想吗？

物体有加速度，其速度一定会变化，速度变化就是运动状态变化。而迫使物体运动状态变化的原因是什么？

在相同的力作用下，运动状态变化的难易程度又由什么决定呢？

由此看来，加速度的确与力、质量都有关。

四、

定量猜想

加速度与力、质量可能有什么定量关系呢？

2

M一定时，aF?还是aF?还是其它关系呢？F一定时，a它关系呢？

11?还是a2?还是其MM五、

要探究一个物理量与两个物理量之间的关系，采实验探究

用什么方法？

需要说明的是，这里的力F指物体所受的合力。

以上三个物理量分别又如何测量呢？质量可以用天平测量。关键是如何提供并测量物体所受的恒力。能否直接用弹簧秤拉一个物体？

那生活中有没有现成的恒力呢？

那能否直接或间接的利用重力来提供恒力呢？在第一章我们曾经做过让悬挂小桶的细绳跨过滑轮牵引小车的实验，能否就用“探究小车速度随时间变化的规律”的实验装置呢？

我们已研究过小车在绳拉力作用下是做匀加速运动。该装置中，绳的拉力等于小桶的总重力吗？即小桶处于平衡状态吗？

以后可以证明，当小桶的总质量远小于小车的总质量时，小桶的总重力近似等于绳的拉力。

那绳的拉力等于小车的合力吗？

有哪些阻力？

若使绳的拉力等于小车的合力，如何“消除”阻力的影响？

生：控制变量法。

生：不能，实际操作时很难控制弹簧秤的拉力是恒力。

生：重力

生：可以尝试。

生：不平衡，和车一起加速，因此二力不等。

生：不等于，有阻力。

生：木板与小车之间、纸带与打点计时器之间都有摩擦力，还有空气阻力。

教学环节

教师活动

学生活动

生1：倾斜木板，让小车重力沿斜面向下的分力恰好与小车拖着纸带运动时受到的阻力平衡。

生2：可用气垫导轨。（可能答不出）

讨论方案

生：用刻度尺测量物体（v00）的位移并用秒表测量时间，由a五、

这个方法叫补偿法。注意：只需平衡一次，可以实验探究

证明平衡时木板倾斜的角度与小车的质量无关。有无其它方案？

气垫导轨在课本第一章已介绍过。（展示图片）它一般要配合光电门、数字计时器一起使用。

下面再来讨论如何测量（或比较）物体的加速度？分组讨论，总结方案。

好，不过这个方案有个明显缺陷——用秒表测量误差较大，故一般不采用，有没有其他更好的方案？

这个方法有的书上称为比较法。其实，我们也可以测出两个初速度均为零的匀加速直线运动物体在相同位移内所用时间的平方之比的倒数就是加2x算出。

t2生1：方案一：用打点计时器和纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度。

生2：方案二：如果测出两个初速度均为零的匀加速直线运动在相同时间内发生的位移之比就是加速度之比，即a1x1。

a2x2生3：方案三：利用气垫导轨、光电门等装置，由公式

a1t22。有无其它方案？

速度之比，即a2t12xxvv1t2t1a2tt

求加速度。（可能答不出）

以上哪个方案运算较简便、器材较经济？

生：第二个方案。

好，那我们今天就选该方案做实验。请阅读课本第76页第1题方案，思考几个问题。

阅读课本

首先，如何控制两个小车的运动时间相同？

生：打开夹子，使两个小实验数据记录后如何处理？比如保持两车总质车同时开始运动，关上夹子，使两车同时停下。

F1a1量相同时，如何分析两车的与的关系？

生：直接计算二者是否相F2a2等。

这样处理似乎可以，但它有个明显弊端——偶然生：图象法。

误差较大。那用什么方法处理数据，既能直观地得a1F1生：画图象和到结论又能减小偶然误差呢？

a2F2画什么图象？

a1M1图象。

a2M2

教学环节

五、

实验探究

教师活动

学生活动

生：aM

11图象是一条双曲线，但看一条曲线是a2M2不是双曲线并不直观，画什么图象才能直观的看出Ma1是否等于2呢？

M1a2方法总结：用图象法处理实验数据时，尽量画线性图象，方法是通过取倒数、指数、对数等。——化曲为直法

简单介绍课桌上的实验器材。

提醒学生思考实验过程中有何事项需要注意。

分组实验时，同学们自行设计表格。

实验结束。展示两组同学的图象。（投影）

这两个图象分别告诉我们什么呢？

a1F1图象近似是a2F2一条过原点且斜率为1的直线，说明M一定时，a1F1，即aF。

a2F2生：a1M2图象也近a2M1似是一条过原点且斜率为1的直线，说明F一定时，a1M21，即a。

Ma2M1六、拓展

刚才我发现有些小组的实验误差较大，你认为本（视时间实验误差的主要来源有哪些？

机动处理。）

那你能提出改进的办法吗？

七、

最后我们一起小结一下今天学习的内容，本节课课堂小结

我们不仅初步了解了加速度与力、质量的关系，更重要的是体验了科学探究的过程与方法，它一般可以归纳为：

提出问题→猜想（假设）→实验探究（具体方法有：控制变量法、补偿法、比较法、图象法……）→得出结论→反复验证→总结规律→解决问题→提出新的问题→……，正是这种良性的循环推动了人类的不断进步！

八、

课后作业

1、完成实验报告

2、你还能设计出其他实验方案吗？

生1：平衡摩擦力有误差。

生2：小车不可能立即停下，导致位移测量有误差。

生：第一，可使两个铝板都能调节高低。第二，夹子越紧误差越小。

和老师一起总结