学生实验公开课参赛课教案

验证牛顿第二定律实验教学设计

一．教材分析

牛顿第二定律是动力学部分的核心内容，它具体地、定量地回答了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；而且此定律是联系运动学与力学的桥梁，它在中学物理教学中的地位和作用不言而喻，所以本节课的教学对力学是至关重要的.本节课“通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系，理解牛顿第二定律。”并通过实例分析强化训练让学生深入理解，全面掌握牛顿第二定律，会应用牛顿第二定律解决有关问题。

二．教学目标

知识与技能

1.掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式. 2.理解公式中各物理量的意义及相互关系. 3.会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算. 过程与方法

1.以实验为基础，学会使用Dislab进行物理实验。归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系，进而总结出牛顿第二定律.[ www.xkb1.com

2.认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法.

情感态度与价值观

1.培养学生积极进行科学探究的精神以及对物理学的热情。

三．重点、难点分析

重点：本节的重点内容是做好Dislab实验。让学生观察并利用计算机读取数据,从而有说服力地归纳出a与F和m的关系,即可顺理成章地得出牛顿第二定律的基本关系式。因此,熟练且准确地操作实验就是本课的关键点。

难点：要全面、深入理解牛顿第二定律中各物理量的意义和相互关联;牢固掌握定律的物理意义和广泛的应用前景,对学生来说是较困难的。

四．教学器材

教学设备：多媒体教室、课件。

学生分组实验器材：朗威®DISLab数据采集器、位移传感器、DISLab力学轨道、DISLab力学轨道小车、滑轮、砝码、细绳、转接器、支架、计算机。

五．教学过程

1.引入新课

我们在前面已经学过有关加速度的知识，那么加速度的大小和哪些因素有关呢？用多媒体展示如下的图片，并让学生思考相应的问题。

附图片内容如下：

★为何体操，跳水运动员的身材都比较苗条、瘦小？

★从防止发生交通事故的角度考虑，说一说反超载的道理？

★F1方程式赛车的质量只有一般小轿车质量的三分之一，这样做有什么好处？

★神舟五号飞船返回仓返回时为何要打开降落伞？

预测学生有代表性的回答可能有以下几方面：（教师在学生分析的过程中板书归纳。）

2.进行实验探究

由牛顿第一定律还可知:一切物体总保持静止或匀速直线运动状态,这种性质叫惯性。而质量是物体惯性大小的量度,因而加速度跟质量有关。

那么物体运动的加速度跟物体质量及受力之间存在什么样的关系?我们通过实验来探求

►实验装置

类似图29，但需在轨道一端安装滑轮，并使用吊有砝码的细绳通过滑轮牵引轨道小车（图42、图43）。

►实验操作

（1）将位移传感器接收器固定在轨道的一端，连接到数据采集器第一通道；将位移传感器发，射器固定到小车上。

（2）进行摩擦力平衡调整。步骤如下：

a.点击教材专用软件主界面上的实验条目“从v-t图求加速度”，打开该软件；

b.将小车放到斜面上，打开位移传感器发射器电源开关，点击“开始记录”，

释放小车；

c.调节轨道的倾角，用实验三的方法测量小车的加速度。当加速度接近零时，可以认为小车重力沿斜面的分力已与小车和轨道之间的摩擦力平衡，见图1。

（3）返回教材专用软件主界面，点击实验条目“牛顿第二定律”，打开该软件。

（4）将细绳的一端拴在小车上，另一端通过滑轮拴在放有砝码的小桶上；

（5）在窗口下方的表格内输入小车的质量及拉力数值（砝码重量＋小桶重量）。

（砝码及小桶的重量可以用Dislab中的电子天平来测量，如图二）

（6）将小车放到轨道上，打开位移传感器发射器电源开关，点击“开始记录”，

释放小车，使小车在砝码的拉动下开始运动。待小车停止运动，点击“停止记录”。

（7）拖动窗口下方的滚动条，将实验获得的v-t图线置于显示区域中间，点击“选择区域”，选择需要研究的一段v-t图线。

（8）软件窗口下方的表格中自动显示该段v-t图线对应的加速度（图45）。

（9）保持小车质量不变，改变拉力，重复步骤5、6，可得到另几组数据（图46）。

（10）点击“a-F图像”按钮，即得到加速度与拉力关系图线（图47）。

（11）保持拉力不变，改变运动小车的质量，重复步骤5、6，得到另几组数据（图48）。

（12）点击“a-M图像”按钮，可得到加速度与质量关系图线（图49）。

（13）点击“a-1/M图像”按钮，即得到加速度与质量倒数的关系图线（图50）。

（14）比较实验值与理论值。如实验值与理论值之间存在误差，研究误差产生的原因，改进实验操作，重复实验。

（15）归纳影响加速度的物理量有哪些，讨论控制变量法还能够应用于哪些实验研究。

实验结果：

平衡摩擦：

图一：

图二（用电子天平测物体重量）

（1）加速度和力的关系：保持小车质量不变，不断的改变桶中沙的质量，从而改变拉力的大小。（使用DISLab演示）

（2）加速度与质量的关系：保持小桶的质量不变，不断的在小车上加砝片，从而改变小车质量。（使用DISLab演示）

a与M的关系

得出结论：在误差允许的范围内,a∝F.

a与1/M的关系

得出结论：在误差允许范围内,a∝1/M

3.实验结论

(1)物体的加速度根作用力成正比，跟物体的质量成反比．加速度方向跟引

起这个加速度的力的方向相同．即

，或

．

(2)上式中k为比例常数。如果公式中的物理量选择合适的单位,就可以使k=1,则公式更为简单。即F=ma。

（3）在国际单位制中,力的单位是牛顿。牛顿这个单位就是根据牛顿第二定律来定义的:使质量是1kg的物体产生1m/s2的加速度的力为1N,即1N=1kg·m/s2。

（4）牛顿第二定律：

物体的加速度根作用力成正比，跟物体的质量成反比．加速度方向跟引起这个加速度的力的方向相同．

数学表达式为：

六．板书设计

．或

牛顿第二定律

1.影响加速度的因素：

质量M：a∝1/M F=Ma 拉力F：a∝F 2.牛顿第二定律：

物体的加速度与作用力成正比，跟物体的质量成反比．加速度方向跟引起这个加速度的力的方向相同．

数学表达式：

3.定律理解：

（1）公式中的

．或

是指物体所受的合外力

（2）a具有矢量性

（3）a具有瞬时性

（4）物体所受的合外力决定物体产生的加速度