2. 探究加速度与力、质量的关系多媒体教案及点评

《牛顿第二定律》的探究性课堂教学设计

南充市白塔中学

赵鹏

一

指导思想

在探究精神和实践能力的培养成为整个教学改革的灵魂之际，探究性教学以其日益凸现的适应时代发展的课程价值倍受人们关注。国家教育部公布的科学课程标准将探究性教学置于核心位置，其着眼点就是为了改变长期以来只关注教学知识传授的传统课堂教学格局，使学生形成一种对知识主动探究、并重视实际问题解决的积极学习方式而进行的课堂教学改革，以回应素质教育“以创新精神和实践能力为重点”的时代呼唤。

所谓探究性课堂教学，就是以探究性学习为主的教学。具体地说是指教学过程是在教师的启发诱导下，以学生独立自主学习和合作探讨为前提，以现行教材为基本探究内容，以学生周围世界和生活实际为参照对象，为学生提供充分自由表达、质疑、探究、讨论问题的机会，让学生通过个人、小组、集体等多种解疑释难尝试活动，将自己所学知识应用于解决实际问题的一种教学形式。探究性课堂教学是教师和学生双方都参与的活动，充分体现学生学习的自主性：规律让学生自主发现，方法让学生自主寻找，思路让学生自主探究，问题让学生自主解决。

已颁布的物理课程标准指出：以教材为载体，以实验探究为核心，科学探究能力大致表现在提出问题——猜想与假定——制定计划与设计实验——进行实验与收集证据——分析与论证——评估——交流与合作等几个方面。

二

本节教材分析

牛顿第二定律是动力学的核心内容，是本章的重点和中心内容。它阐明了力在改变物体运动状态时所产生的加速度大小和物体质量间的关系，从而把物体的受力和物体的运动紧密联系起来。本课时拟用实验探究的方法得出力、质量和加速度间的关系，所以在教学中，首先要让学生了解本节要研究的问题（a与F、m之间的定量关系）和方法（控制变量法），由于这是学生在高中阶段第一次遇到用实验研究一个物理量同时跟另外两个物理量有关的多元问题，所以应向学生说明实验研究方法：先保持物体质量不变，研究它的加速度与外力的关系；再保持外力不变，研究它的加速度与质量的关系；最后用数学的方法把实验得出的a与F的关系及a与m的关系综合起来，找出a与F和m的关系，并给出牛顿第二定律更普遍的形式

F合

=ma同时应强调定律的矢量性、同一性、瞬时性，且通过例题和练习加深学生的理解，提高学生对定律的应用能力。

三

教学目标

（一）

知识目标

1．

掌握得到牛顿第二定律的实验过程

2．

理解加速度与力和质量间的关系

（二）

能力目标

培养学生的实验能力、分析能力、解决问题的能力

（三）

德育目标

使学生知道物理学中研究问题时常用的一种方法——控制变量法

四

教学重点

1．

牛顿第二定律的实验过程

2．

对实验数据的分析处理方法

五

教学难点

实验方法设计：如何保持质量不变，改变合外力；如何保持合外力不变，改变质量；

实验数据处理方法；

六教学方法

体现新教材特色，指导学生在参与合作中学习，并体验简单的科学研究过程和方法

七

教学仪器

气垫导轨、气泵、两个光电门、数字计时器、配有凹形挡光片的滑块、学生电源

播放辽宁舰舰载机起飞视频

引入新课

[教师]1999.5.6北约悍然轰炸了我国驻南联盟大使馆，经过一代又一代科技人的努力，今天咱们也拥有了自己的航空母舰和舰载机，那么要使舰载机在如此短的距离达到起飞速度，就必须具有足够大的什么？

[学生]加速度

[教师] 那么加速度与哪些因素有关呢？上一节咱们学习了牛顿第一定律，知道力是产生加速度的原因，质量是衡量惯性大小的量度，所以加速度应该与质量和力有关。那么本节我们就通过实验来探究加速度与力和质量间的定量关系。

（一）

新课教学

[教师] 这个实验涉及a、m、F三个变量，在探究多个变量之间的关系时，我们该采用什么办法呢？

[学生甲]控制变量法，先保持质量不变，多次改变合外力，测量加速度；然后保持合外力不变，多次改变质量，测量加速度；

[教师]下面我来介绍一下今天我们需要用到的实验器材：

气泵连接气垫导轨，气泵通电后可以想气垫导轨吹气，气流从气垫导轨表面小孔喷出，在导轨表面形成一层薄薄的空气层，托起滑块；

气垫导轨上固定两个光电门，与数字计时器相连，我们调整计时器功能键选择加速度功能，当带有凹形挡光片的滑块连续通过两个光电门后，计时器就会显示出加速度。

（1）提出问题

[教师]我们首先进行第一个实验，探究加速度与合外力的关系，我们如何使滑块受到的合外力不为零并且改变它呢？

引导学生讨论确定实验方法：

滑块是本堂课的研究对象，保持质量不变就是保持滑块质量不变；气垫导轨水平放置，滑块在其上滑行，所受合力为零，怎样使滑块受到一个外力使其合力不为零呢？（同学们提出自己的想法，可以通过细线悬挂一个重物，通过重物来带动小车；后者提供小车一个人为的推力推动小车）但这些方法都存在，外力不易测量的问题。我们试着将导轨一端垫高，使其倾斜一定的角度，根据前面学习的知识，滑块所受合外力就是重力沿斜面向下的下滑分力，而且可以通过改变倾斜角度改变合外力，改变倾斜角度就是改变所垫物体的高度，老师为大家准备了一本字典，字典内页的平均厚度相同，滑块所受合外力与所垫物体成正比，F合mgsinmgh；

L请同学们分组讨论，设计实验方案，教师巡视指导。

表一

m一定，探究a与F的关系

质量（m）

170g 170g 170g 170g 170g

垫纸张数

300 600 900 1200 1500 合外力( F ) F 2F 3F 4F 5F 加速度cm/s

2

表二

实验器材

气垫导轨、气泵、两个光电门、数字计时器、配有凹形挡光片的滑块、学生电源

气垫导轨、气泵、两个光电门、数字计时器、配有凹形挡光片的滑块、

1．

正确组装实验器材

2．

（气垫导轨调平）打开气泵电源，调整导轨直到滑块恰好静止在导轨上；

3．

打开数字计时器，调节“功能”键选择“加速度”功能，长按“转换”键调整挡光片宽度至“5mm”

4．

调整垫纸张数为300张，由静止释放滑块，滑块依次通过两个光电门，当计时器显示单位为“cm/s2”时记录加速度数据；并记入表一；

5．

调整垫纸张数依次为600、900、1200、1500张，重复第4步操作；

在坐标轴上以a、F分别为纵轴和横轴建立坐标系，取适当的单位长度，依据实验数据描点连线；

在实验误差允许范围内，m一定，a与F成正比

实验装置

实验步骤

数据处理

实验结果

（4）分发仪器，学生分组实验，把实验方案和结果记录在表一

在观察和实验中应注意引导学生正确使用实验器材、进行观察、测量和实验；对基本仪器进行安全操作；记录观察和测量结果，从中提高学生的实践能力，认识实验在科学探究中的重要性。

（5）分析与论证

引导学生利用已学过的物理方法和规律正确处理实验结果。

2．探究加速度和质量的关系

（1）提出问题

[教师]既然加速度和质量有关，那么两者究竟是什么关系？

（2）设计实验

[教师]前面我们已探究了加速度和力的关系，接下来我们来探究加速度与质量的关系，根据控制变量思想，我们应保持合外力不变，但是依据F合mgsinmg其他条件不变，F合必然变化，那么如何在增大m的同时保持F合不变呢？

[学生]同时改变斜面倾斜角度。

[教师]在F合mgsinmgh，m变化，Lh中，g、L都是定值，保持F不变实际就是保持mh不变，

L

当m增大n倍，h就减小为1倍。

n

学生分组讨论，设计实验方案，教师巡视指导。

表三

F一定，探究a与m的关系

合外力( F ) F F F

F

F

质量（m）

m

垫纸张数

1600

加速度cm/s

2

实验器材

气垫导轨、气泵、两个光电门、数字计时器、配有凹形挡光片的滑块、学生电源

1、测量滑块质量，调整垫纸张数为1600张，由静止释放滑块，滑块依次通过两个光电门后，记录加速度数据；并记入表三；

2、增加1块铁片（50g/片），由公式hh0实验步骤

m0计算出垫纸张数，并m调整垫纸张数；由静止释放滑块，滑块依次通过两个光电门后，记录加速度数据。

3、重复步骤2，并记录加速度数据

数据处理

实验结果

在坐标轴上以a、m分别为纵轴和横轴建立坐标系，取适当的单位长度，依据实验数据描点，并用一条平滑曲线连接个点；

加速度与质量负相关

（4）学生自主实验，并把实验方案和结果记录在表二

（5）分析论证

在前面处理加速度和力关系的基础上，让学生自主探讨、交流、合作得出结论：在相同力的作用下，物体的质量越大，加速度越小；

[引导]猜测加速度可能与质量成反比，

假如加速度确实与质量成反比，必然与质量的倒数成正比，为进一步验证这一猜想，有必要

做出a1图像；

m质量（m）

0.17kg 0.22kg 0.27kg 0.32kg 0.37kg 垫纸张数

1600 1236 1007 850 735 1/m 5.9 4.6 3.7 3.1 2.3 加速度cm/s

2计算出表三中滑块质量的倒数：

合外力( F ) F F F

F

F

在坐标轴上以a、1/m分别为纵轴和横轴建立坐标系，取适当的单位长度，依据实验数据描点，连线；

各探究小组要检查和思考探究计划的严密性、数据收集的周密性、数据处理方法的科学性，并对结论的可靠性作出评价。

（6）组间的交流与合作

各小组将自己所做的实验过程、结果互相交流，把在实验过程中有疑惑的、不理解的、有错误的等这些情况充分列举出来，让学生讨论最合理的测量方法，通过讨论使学生认识到自己测量存在的问题，逐步形成测量的科学方法和减少误差的意识。

3. 牛顿第二定律

[教师]请同学们总结一下，我们在上述两个实验中得到了什么结论？

[学生]物体的加速度跟物体所受的力成正比，跟物体的质量成反比。