探究加速度与力-“探究加速度与力、质量的关系”教学案例

“探究加速度与力、质量的关系”教学案例 南京市天印高级中学 柏培斌【教学设计说明】 牛顿第二定律 ” 是高中物理力学部分最关键、最重要的内容之一，对该定律的理解和掌握程度是物理学习的一个标尺。同时这节课是实施探究式教学的重要资源，通过实验探究来教给学生科学研究方法和实验方法，从而发展学生的思维能力和创新能力。【教学目标】：1知识与技能目标：(1) 理解力是使物体产生加速度的原因、质量是惯性大小的量度；(2) 知道用控制变量法来研究加速度与力、质量的关系 (3) 知道得出加速度和质量的关系、加速度和力的关系的实验，并理解加速度和质量、加速度和力的关系。 2过程与方法目标：通过实验探究过程，总结出加速度和力、质量的关系，体验科学探究的方法，培养学生的实验能力和推理能力。 3情感态度与价值观目标：通过探究过程，认识物理学研究的重要方法：由实验归纳总结物理规律，培养学生科学探究的意识和敢于质疑的科学态度。 【教学重点】本节的重点内容是让学生在老师的引导下设计并动手做好实验。 【教学难点】本节的难点是探究方法、数据处理方法的选择、对a 与 F 和 m 的关系的归纳。 【教学方法】引导学生自己设计实验，让学生在实际的设计与操作当中体会到物理学研究的方法，从而提高学生的素质的。【教学资源】带有滑轮的长木板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。 【教学过程】 ( 一 ) 引入新课 教师 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。实际上物体不受力是一种理想状态，请大家考虑物体在受到力的情况下的运动状态是怎样的？这节课我们就来研究问题。 教师 用投影展示问题，让学生思考： 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因素是什么？ 学生 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因素是物体的质量。 教师 我们知道：物体运动状态的改变与物体的质量密切相关，请大家根据所学知识猜想：物体的运动状态的变化快慢即物体加速度与什么有关？并举例说明。 学生 加速度的大小与物体的质量和受到的力有关。例如，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。 教师 很好！那么请同学们再猜想加速度的大小与物体的质量和受力的定量关系是什么？ 学生 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。 教师 物体的加速度真的与物体的受力成正比，与物体的质量成反比吗？这节课我们就来通过实验探究物体的加速度与物体的质量和物体受力的定量关系。 ( 二 )新课教学 1 、确定实验研究方法 教师 加速度的大小与物体的受力、质量都有关，那么我们用什么样的方法来研究这个定量关系呢？ 学生 可以先研究加速度与物体受力的关系，再研究加速度与物体的质量的关系。 教师 其实这种研究问题的方法就叫控制变量法，它是物理学中研究和处理问题时常用的方法。 教师 用投影展示控制变量法的含义。 教师 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？ 学生 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。 教师 很好！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 、用实验研究加速度与质量、力的关系 教师 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？ 学生 思考讨论后回答 （ 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。 教师 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。如果不直接测出加速度，我们能否找出加速度与质量之间的定量关系呢？ （教师启发点拨：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。） 学生 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，位移之比就是加速度之比 教师 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？ 学生 用夹子控制物体同时运动，同时静止。 教师 物体仅受一个力的情况几乎是不存在的。根据合力的概念，我们在实验中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？合力的大小又如何测定呢？ 学生 可以将绳的一端挂钩码，另一端跨过定滑轮拉物体，使物体做匀加速运动，绳的拉力就是物体的合力，且合力就等于钩码的重力。所以通过测量钩码的重力就可测得物体所受的合力。 教师 大家仔细想想，物体所受的合力是否等于钩码的重力？ 学生 由于物体在相对运动，还要受到滑动摩擦力。 教师 这个摩擦力在实验中不好测定，我们可以通过减小滑动摩擦力，来使我们所测得的钩码重力尽可能接近于物体所受的合力？那么如何减小滑动摩擦力？ 学生 减小滑动摩擦力的方法：使用光滑的木板教师大家再想想：我们能不能通过某种方法来消除摩擦力所带来的影响？学生将木板一端垫高，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，这样绳的拉力就等于物体所受的合力。 教师 同学们的这个方法很好！实验中需要多次改变合力的大小和物体的质量，那么我们如何来改变呢？ 学生 改变悬挂的钩码个数就可以改变对物体的合力，在小车上添减砝码可改变物体的质量。 教师 很好！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，注意及时记录实验数据，并通过对实验数据的分析来得出实验结论。 学生 具体进行实验，教师适当指导 3、实验数据的处理 学生 在多媒体展台上展示自己测得的实验数据，说明自己采用的实验方案、数据处理方法及得出的实验结论。 教师 由实验数据来看，同学们的实验数据与猜想相符合吗？如果不相符合，原因是什么？ 学生 实验数据与我们的猜想不完全一致，原因是我们采用的实验装置不够精密，实验数据不够准确。 教师 下面我用一种比较精密的实验装置再来做一次实验。在气垫导轨上装两个光电门并连接光电计时器，当物体经过光电门时光电计时器开始计时，到达另一个光电门时停止计时。这样测量出的时间和位移的准确度很高，计算出的加速度相对准确。然后用计算机绘制出aF、am、a1/m图象。 5 、实验结论 教师 从刚才的实验数据来看，同学们能发现什么规律？ 学生 在物体的质量一定时，物体的加速度与物体受到的力成正比；在物体受力一定时，物体的加速度与物体的质量成反比。 教师 很好！请同学们再回顾一下我们探讨加速度与力和质量关系的思维过程？ 学生 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。 教师 对！这种科学探究方法也是科学家得出物理规律的非常重要的方法，我们以后要多尝试用这种方法去探求未知的规律。三、课堂小结 这节课我们通过实验探究出了加速度与力和质量的关系，同时也使我们获得了一些研究、思考问题的方法：“ 提出问题、猜想、实验的反复验证、得出结论 ”的思维程序、控制变量法和近似处理的方法（在研究小车受到拉力与钩码重力的关系，只有钩码的重力远小于小车的重力时，才能认为钩码对小车的拉力大小就钩码的重力。请大家在学习了牛顿第二定律后去分析原因）。 【教学反思】 本节课充分体现了物理学科作为一门实验科学的特点，学生在实验中手脑并用，真正感觉到自己是知识的探究者和发现者。同时注意到了学生的学习主体地位和老师的情景创造角色，在师生的思维互动中，调动学生的思维状态并把它推向高潮。课堂气氛活跃，师生双边活动积极，最大限度地调动了学生学习物理的热情，也锻炼了学生的思维品质。但鉴于时间和条件的限制，没能让学生亲自体验精密仪器的使用和计算机处理数据的方法。