人教版高中物理必修一第四章4.2实验：《探究加速度与力、质量的关系》教学设计

实验：探究加速度与力、质量的关系 颜岩 宁阳一中物理组【教学目标】一、知识与技能1理解物体运动状态的变化快慢即加速度大小与力有关，与质量也有关。2通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。3培养学生动手操作能力。二、过程与方法1指导学生半定量地探究加速度与力和质量的关系，知道用控制变量法进行实验。2引导学生自己设计实验，并根据设计进行实验。3对实验数据进行处理，并能根据数据结果得出结论。三、情感、态度、价值观1通过实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。2通过探究激发学生的求知欲和创新精神。3培养人与人合作的团队精神。【教学重点】1控制变量法的使用。2如何提出实验方案，并使实验方案合理可行。3实验数据的分析和处理。【教学难点】1在老师引导下提出切实可行的实验方案。2实验的操作过程。【教学用具】带有滑轮的长2块；小车2个；打点计时器、秒表、钩码、夹子、刻度尺、粗细线；气垫导轨、数字计时器、光电门两个。【教学要求】上课地点为实验室，五个学生一组，选出组长一名。每组桌上贴上组号，每个学生发学案一张，每组同学带课本，计算器，铅笔。【教学过程】(一)引入新课牛顿第一定律告诉我们物体在不受力的情况下保持的运动状态是静止或匀速运动。那么，同学们考虑过没有物体在受到力的情况下的运动状态是怎样的呢？这节课我们就来研究这个问题。用多媒体投影机出示学生思考的问题：1、物体运动状态的改变是指哪个物理量的改变？标志物体运动状态变化快慢的物理量是什么？2、对于任何物体，在它们受到相同作用力时，决定它们状态变化难易程度的唯一性因素是什么？参考答案：物体运动状态的改变是速度的改变，标志物体运动状态变化快慢的物理量是加速度。对于任何物体，在它们受到相同作用力时，决定它们状态变化难易程度的唯一性因素是物体的质量。由上节学习可知：物体的质量越大，物体的运动状态越难改变，物体的质量越小，物体的运动状态越容易改变。请同学们根据上节所学知识猜想：物体的运动状态的变化快慢即物体加速度的大小与什么物理量有关？请同学们举例说明。教师注意：学生可能猜出质量和力以外的因素，教师引导或告之本节课只探究加速度与力和质量的关系。如果学生说不出实例，教师可以列举以下典型的例子：一般小汽车从静止加速到一定速度，只需十几秒的时间，而满载的货车加速就慢得多。比赛用的小汽车，可以在很短时间内达到很快的速度，而一般的小汽车却不能。一般学生能举出课本中的例子。刚才同学举的例子很好！请同学们猜想加速度的大小与物体的质量和受力有怎样的定量关系？参考答案：物体加速度的大小与物体的质量成正比，和物体的质量成反比。物体的加速度是否与物体的受力成正比，与物体的质量成反比呢？同学们的猜想是否正确呢？这节课我们通过实验来探求物体的加速度与物体的质量和物体受力的定量关系。(二)教学过程设计1、实验研究方法的确定加速度的大小既与物体的受力有关，又和物体的质量有关，那么我们应采用什么样的方法来研究加速度的大小与物体的受力和物体的质量之间的定量关系呢？学生很容易回答出用控制变量法。很好！当研究三个物理量之间的关系时，先要保持某个量不变，研究另外两个量之间的关系，再保持另一个量不变，研究其余两个量之间的关系，然后综合起来得出结论。这种研究问题的方法叫控制变量法，是物理学中研究和处理问题时经常用到的方法。可用多媒体投影机展示控制变量法的含义。在这个实验中，我们应怎样用控制变量法来研究加速度与物体的质量和受力之间的定量关系呢？参考答案：在这个实验中，可以保持物体的质量不变，测量物体在不同的力作用下的加速度，分析加速度与力的关系；也可以保持物体所受的力不变，测量不同质量的物体在该力作用下的加速度，分析加速度与质量的关系。要研究加速度与物体的质量和受力之间的关系，就需要测量物体的加速度、质量和受到的力。那么，如何测量物体的加速度、质量和受到的力呢？2、研究加速度与质量的关系质量可以用天平直接测量，那么如何测量一个运动物体的加速度呢？你能想到哪些方法？思考讨论后回答参考答案：（1）让物体做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量物体运动的位移，用秒表测量出物体运动的时间，然后由公式算出。（2）让物体做初速度为0的匀加速直线运动，在运动物体上安装一条打点计时器的纸带，根据纸带上打出的点来测量加速度。同学们想到的这些办法都很好！这些方法的共同特点是直接测出了加速度的大小。另外，还可以用加速度计、加速度仪直接测量。那么不直接测出加速度，我们能否找出加速度与质量之间的定量关系呢？思考讨论启发点拔学生我们探究的是加速度与其他量间的关系，只要我们测出不同情况下物体加速度的比值就可以了。参考答案：由加速度的公式，如果测出两个初速度为0的匀加速运动在相同时间内的位移x1x2，位移之比就是加速度之比由加速度的公式，如果测出两个初速度为0的匀加速运动在相同位移内的时间t1 t2,时间反比的平方就是加速度之比那么我们如何保证两个做匀加速运动的物体运动相同的时间？答案：让物体同时运动，同时停止。同学们看看桌面上的实验器材，我们用什么器材使物体同时开始运动，同时停止？在观察后说出用夹子来控制物体的运动和停止。3、研究加速度与物体受力的关系在现实中，仅受一个力的情况几乎是不存在的。一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，在实验中我们只要测出物体所受的合力即可。那么，如何为运动的物体提供一个恒定的合力？又如何测出这个合力呢？答案：可以在绳的一端挂钩码，另一端跨过定滑轮拉物体，使物体做匀加速运动的力就是物体的合力，这个合力就是钩码的重力。通过测量钩码的重力就可测得物体所受的合力。这个方案不错。在上面的方案中做匀变速运动的物体，受的合力就是钩码的重力吗？答案：由于物体在相对运动，还要受到滑动摩擦力。那么我们如何减小滑动摩擦力，使我们所测得的钩码重力尽可能接近于物体所受的合力？请同学们讨论方法讨论减小滑动摩擦力的方法可能有：（1）使用光滑的木板；（2）平衡滑动摩擦力将木板一端垫高，让物体从木板上匀速滑下，此时物体的重力分力就等于物体所受的摩擦力。同学想到的这些方法都很好！当我们改变物体受到合力时，物体的加速度也会改变。那么我们如何改变物体所受的合力呢？答案： 改变挂上钩码的个数就可以改变对物体的合力。下面请同学们根据上面我们讨论的内容选定自己的实验方案进行实验，记录实验数据，并对实验数据进行处理，分析得出实验结论。学生具体进行实验 教师巡回进行指导4、实验数据的处理学生将自己实际测得的实验数据拿到多媒体展台上展示分析，说明自己采用的实验方案及对实验数据处理方法，得出的实验结论。肯定学生门做的实验。实验数据处理有用表格法的，也有用图象法的。有条件的学校可以用气垫导轨、光电门、光电计时器比较精密的实验装置再来做一次实验。5、实验结论及课堂小结从刚才的实验数据来看，同学们能发现什么规律？答案：在物体受力一定时，物体的质量越大，物体的加速度越小；在物体的质量一定时，物体受到的力越大，加速度越大。很好！那么同学们回想一下我们是怎样探讨加速度与力和质量关系的？答案：先提出猜想，然后进行实验，再对数据进行分析，然后得出结论。对！这也是科学家得出物理规律的过程。科学家在探讨物理规律的过程中，是按照由而得出的。三、本课小结1高中第一次接触控制变量法。2爱因斯坦有一句名言：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”，因此猜想出加速度与质量、力的关系比实验验证重要，提出实验方案比实验操作重要，通过本节课，大家要好好体会。3体会合作的含义，现代科研是需要团队精神的。教学反思1关于时间分配问题首先实验设计环节最能体现学生的创造能力，应该多花一些时间，学生在课堂上能提出切实可行的实验方案，而且思维相当活跃，在思维高潮时刻嘎然而止，学生有点意犹未尽的感觉。其次实验设计也不应该仅仅是设计出方案，还应该