2015高中物理 4.2实验：探究加速度与力、质量的关系教学案 新人教版必修1

1、实验：探究加速度与力、质量的关系一、教材分析探究性实验是高中物理新课程中一种重要的科学实验方法。探究加速度与力、质量的关系一课安排在牛顿第一定律和牛顿第二定律之间，对于学生来说，这种探究性实验比以往比验证性的实验难度要更大，要点分析如下：1.从教材前后联系来看，本节内容具有承上启下的作用，上一节讲解了力是改变物体运动状态的原因，质量是惯性大小的唯一量度，探究加速度与力、质量的关系是认知过程的必然，这一节又是牛顿第二定律的实验和理论基础，所以本节课实验能否成功对于下一节的学习非常关键。从牛顿第一定律过渡到确定研究这些物理量之间的关系上，是本节课难点之一。2. 从教材内容来看，本节课涉及到的比较法和控制变量法，都是高中物理实验常用的方法，也是科学研究的重要方法，所以更要好好把握。二、学情分析：1.学生已有知识和经验初步掌握物体的运动规律，初步了解物体间的相互作用，根据牛顿第一定律，意识到运动和力存在着某种重要的关系。在之前做过“打点计时器的使用”“匀变速直线运动的探究”等实验，有一定的实验能力，会根据纸带求加速度，会使用天平测质量。2.学生可能遇到的困难高一年的学生接触的实验还不多，还不能

2、完整、自主地设计实验。利用图像法处理实验数据，以前用得不多，还不是很熟练，特别是在作完a-M图像后，往往难以想到再作a-1/M图像。3.我的解决方案：遵循认知规律，尊重学生主体，加强教师专业引领，加强学生同伴互助。三、设计思想：为加强学生的探究活动，改变学生被动式学习，提高学生自主获取知识的意识，纲要和课程标准十分重视教学中的科学探究活动。科学探究是让学生通过自己的探索获得知识与技能，体验科学思想与科学精神。这堂课的重点在于：1.控制变量法的使用；2.实验数据的分析和处理。这堂课的难点在于：1.如何提出切实可行的实验方案；2.如何直观观察实验数据结果。我的教学策略：借用了学校先进的数字实验教室上课，依靠强大的DIS实验系统处理数据，把学生从繁琐的数据计算中解放出来，而把这堂课的主要精力放在实验数据处理的探究思路上。四、教学目标1.与学生一同经历探究加速度与物体受力、物体质量的关系的过程；2.让学生体会控制变量法、图象法等科学研究方法的应用；3.让学生通过合作探究物理规律，感受获得物理知识的乐趣，并提高观察能力、分析问题的能力和交流合作的能力。五、实验准备1. 实验器材：DIS新型实验系

3、统（含光电门及数据采集处理系统）、长木板、小车、小桶、金属粒、细棉线、天平。2. 复习如何用光电门求物体的速度及加速度。光电门1光电门2挡光板x 如果小车在导轨上匀加速运动，已知挡光板的宽度为x，通过光电门1 的时间为t1，则通过光电门1的瞬时速度为_通过光电门2的时间为t2，则通过光电门2的瞬时速度为_ 另外知道从光电门1到光电门2的时间为t，则这个物体这段运动加速度为_3. 如何在导轨上不加外界的牵引力却实现小车匀速运动？请画图分析。 在使用光电门时，怎么知道小车已经在做匀速直线运动？设计意图：为平衡摩擦力这个难点预先做好铺垫。六、实验教学过程1.引入新课、提出问题复习牛顿第一定律的内容，当物体不受力或者受合外力为零时，将保持静止或匀速直线运动。然后提出受力不为零是就会产生加速度，得到a既与F有关，也与m有关。问题1：要提高汽车的加速性能，可以采取哪些方法？问题2：请同学们根据你的经验猜一猜加速度与力、质量有什么关系？设计意图：通过复习旧知识入手引导学生大胆猜测，提高学生的参与意识与学习兴趣。2.设计实验（1）问题：研究一个物理量与多个物理量的关系，应当采用什么方法进行研究？控制变

4、量法：对多变量的问题时，把其他变量固定，只讨论其中一个变量的变化对问题的影响。（2）引导学生分析讨论各物理量的测量方法。怎样测量加速度a？物体的质量m可以用什么测出来？在此情景中如何确定物体的合外力F合？问题：小车实际受到的摩擦力如何处理？测量还是抵消？设计意图：平衡摩擦力是本节的难点之一，但是由在实验准备中事先做了铺垫，学生还是能够主动想到通过平面改斜面的方式来抵消摩擦力；至于拉力的大小在什么情况下可以近似看成所加金属粒的重力，要等学习完牛顿第二定律后再做解释更合理。3.制定实验计划（1）保持小车质量不变，通过往小桶中添加金属粒的方法来改变小车所受的拉力，由DIS实验系统记录实验数据并进行处理；（2）保持小桶中金属粒的颗数不变，也即保持小车所受拉力不变，通过往小车中添加金属粒的方式来改变小车质量，由DIS实验系统记录实验数据并进行处理；4.学生进行分组实验（巡视时，对实力较弱的小组进行指导，帮助他们完成实验）设计意图：通过实验操作，锻炼学生动手能力、科学探究能力，强化合作意识、团队意识。体验前辈探索自然规律的艰辛，从而形成正确的人生观，世界观，价值观。5.记录实验数据并引导学生学会直

5、观处理，研究其规律（一）m不变 小车质量0.114kg（含挡光片），空桶重0.05N，每个金属粒重0.05N实验次数t1t2tV1V2aF10.05N20.10N30.15N40.20N50.25N（一）F不变实验次数t1t2tV1V2am10.114kg20.164kg30.214kg40.264kg50.314kg问题：得到小车加速度的各组数据，采取什么的数据研究方法直观看出其变化规律？（1）若a-F图像是一条斜向上的直线说明他们成正比（2）若a与m成反比，那么a就应该与1/m成正比，要求学生画出a-1/m图像来验证。设计意图：运用数学知识解决物理问题的能力是高中物理的一项基本能力，实验数据转换成图像,实验的物理规律就可以明显地展现在眼前，用图像处理实验数据,是实验的重要手段。6.实验结论：（1）当m不变时，a与F的关系是aF；（2）当F不变时，a与m的关系是a1/m。设计意图：通过记录实验数据，做出图像，运用分析推理等方法得出结论，培养学生处理信息的能力。7. 小结和布置作业强调本节中用到控制变量法研究三个变量的关系和利用图像法处理数据这两种重要的实验方法。要求学生小结科学探究的

6、一般过程七、板书设计（一）、猜想：a与F成正比，与m成反比（二）、实验方法：控制变量法。（三）、各物理量的测量方法：（1）加速度a：用打点计时器；（2）物体的质量m：天平。（3）物体的合外力F合：测量金属粒重力。（四）、结论1、当m不变时，a与F的关系是am。2、当F不变时，a与m的关系是a1/m。设计意图：课件是辅助教学，不能代替板书，板书语言精练，高度概括，使人一目了然，在总结本课时能用最简洁最关键的语句。对学生回顾本课流程起到提纲挈领的作用。八、教学后记与说明1.回顾教学流程：m一定，a与F的关系确定实验步骤，用DIS实验系统完成探究过程情景导入提出问题：加速度与哪些要素有关？猜想：加速度与力、质量有何定量关系制定研究方法：控制变量法F一定，a与m的关系交流合作，评估实验结果2.说明：以上教学设计是经本人亲身实践的一堂公开课整理所得。传统的课堂对本节课的处理一般是分为两节课，第1节共同探究实验方案，第2节进行实验操作并分析数据。我在进行课堂实践时由于借用了学校先进的数字实验教室上课，依靠强大的DIS实验系统处理数据，把学生从繁琐的数据计算中解放出来，而把这堂课的主要精力放在实验数据处理的探究思路上，从而大大提高了课堂效率。从最终课堂效果来看，绝大多数实验小组均能得到非常理想的实验图像，并能准确分析实验结论。通过一次实验的科学探究，让学生通过自己的探索获得知识与技能，体验其中的曲折与乐趣，体验科学思想与科学精神。与科学的结果相比，教学中的探究更重视的是科学过程，因为探究活动在教育中主要作用在于播种一种行为，收获一种习惯。

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