资源简介

探究加速度与质量、力的关系 教学设计
一、教材分析
“探究加速度与力、质量的关系”一节选自人教版普通高中物理必修一第四章第二节。牛顿第二定律是动力学的核心规律，是本章重点和中心内容，而探究加速度与力和质量的关系是学习下一节的重要铺垫。教材中实验的基本思路是采用控制变量法，要测量的物理量有质量、加速度和力，测量质量用天平，需要研究的是怎样测量加速度和力。本节从引导学生从牛顿第一定律出发，提出探究加速度与力、质量关系的必要性并从实验思路设计、物理量的测量、实验过程和数据分析几个方面导学生完成探究，实验的基本思路对于学生来说并不困难，因此整个教学过程应该更加重视让学生体会探究的实质：鼓励学生提出科学问题;设计更多的实验方案;引导学生解决实验中遇到的问题：会试用多种方法处理数据，基于实验数据得出结论；以及培养学生对探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。
二、学情分析
已有基础：从知识结构上看，学生已认识到加速度与力、质量有关，以及它们之间的定性关系，具备了进一步定量探究的基础；从科学探究素养上看，学生已接触过实验探究，初步熟悉科学探究的要素，对于实验探究，学生也已有了一定基础；从认知发展水平上看，高一学生的认知正处于由直观认知向逻辑推理过渡阶段，学生已经初步具备了分析、归纳的能力。
2.学困点：生对定量研究运动规律的过程还很陌生，对于应用图像法处理数据中图像的“拟合”原理难以理解。
三、教学目标
1.通过实验设计过程，采用控制变量的方法对a、F、m三个物理量间的关系进行定量研究和根据实验数据，归纳实验结论。
2.经历实验的操作和测量过程，以及通过图象处理实验数据的过程，理解图像法处理实验数据的有效性和“化曲为直”的思想方法，体验如何平衡摩擦阻力、减少系统误差的操作方法。
3.通过探究实验，体会探究过程的科学性和严谨性，培养与人合作、学会分享的团队精神。
四、教学重难点
重点: 让学生经历加速度与力、质量关系的探宄过程，体会探究的本质，培养学生提出问题、批判性思维、交流与合作的能力。
难点:从实验数据中分析加速度与力以及加速度与物体质量的关系，从图像中发现物理规律。
五、教学资源
带滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物（小钩码或沙桶）、打点计时器、纸带、交变电流、天平、砝码、刻度尺
六、教学过程
【环节一 复习导入】
根据牛顿第一定律，物体运动状态改变的原因是什么？还有什么可以改变物体的运动状态？
分别得出“力是改变物体运动状态的原因”和“质量越大，惯性越大，物体的运动状态越难改变”。以这两个问题引出加速度与力、质量有关。
思考：加速度与质量、力有何关系？ 请同学们作出猜想，引出本节主题。
【环节二 新课学习】
活动一：实验思路
1.实验中需要测量哪些物理量？
2.用什么测量工具，如何进行测量？
3.实验过程中，需要记录哪些数据？
4.如何分析测量得到的数据？
教师引导学生交流以上问题。然后结合课件强调重点，呈现关键信息。
实验：探究加速度与力、质量的定量关系
实验目的
探究加速度与力、质量的关系
实验方法
“加速度”与“力”、“质量” 二个物理量均有关系，应该如何探究它们的关系？引出“控制变量法”。
实验器材
带滑轮的木板、薄垫块、小车、细绳、重物（小钩码或沙桶）、打点计时器、纸带、交变电流、天平、砝码、刻度尺
实验原理
思考：如何测量加速度、力、质量？
质量可由天平测量；加速度和力如何测量？
活动二：物理量的测量
1.测量加速度
方法一：测量位移x及时间t ，由 计算a
方法二：纸带法。由△x=aT2 计算a（本次实验采用方法二）
方法三：比值法。由于 测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1,x2，位移之比就是加速度之比
2.测量力
学生思考并讨论以下问题
（1）如何给小车施加一个可以测量的恒力F呢？
（2）细线给小车提供的拉力是小车受到合力吗？
（3）如何调整装置能够消除阻力的影响，使绳的拉力就是小车受到的合力呢？
（4）如何用实验方法判断阻力刚好被平衡呢？
（5）悬挂的重物的重力大小等于绳的拉力吗？
活动三：分组进行实验
实验步骤
1.用天平测出小车的质量。
2.安装好实验装置，平衡摩擦力。
3.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂槽码，将车拉到打点计时器附近。
4.先打开计时器电源，再释放小车，得到纸带，并记下钩码重量。
5.改变槽码的重量，重复以上的步骤几次。
6.控制槽码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
7.设计表格，记录实验数据。
注意事项：
1.用天平测出小车的质量。
2.安装好实验装置，平衡摩擦力。
3.把细线系在小车上并绕过滑轮悬挂槽码，将车拉到打点计时器附近。
4.先打开计时器电源，再释放小车，得到纸带，并记下钩码重量。
5.改变槽码的重量，重复以上的步骤几次。
6.控制槽码质量不变，改变小车质量，再测几组数据。
7.设计表格，记录实验数据。
活动四：数据分析
1.探究加速度与力的关系（小车质量一定）
在误差允许的范围内，加速度与力成正比。即：小车质量一定时:a∝ F
2.探究加速度与质量的关系(小车所受拉力一定)
请学生思考：看这条图线，能确定a与m的定量关系吗？这真的是一条双曲线吗？
在误差允许的范围内，加速度与力成正比。即：小车所受拉力一定时:a∝ 1/m
实验结论：
m 一定时，a ∝ F ；
F一定时，a ∝ 1/m（注意：这里的力指的是物体所受的合外力）
【环节三 课堂小结】
本实验运用的科学方法有：
控制变量法
阻力补偿法
图像法，其中a-m图像转换成a-1/m图像体现了“化曲为直”的转换思想

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