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1、實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 一、教材分析： 新課標(biāo)較原有的教學(xué)大綱更注重對學(xué)生動手能力、探索能力、自己總結(jié)觀察現(xiàn)象的能力的培養(yǎng)，以本節(jié)課為例，以前是驗證牛頓第二定律，注重的是知識的再現(xiàn)，而現(xiàn)在變?yōu)樘骄浚⒅氐氖菃栴}的提出與發(fā)現(xiàn)。本節(jié)課以實驗的形式出現(xiàn)，不僅鍛煉學(xué)生的動手能力，更重要的是如何設(shè)計實驗，如何提出問題，以及如何操作，如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分析并得出實驗結(jié)果，這些才是現(xiàn)代中學(xué)生最應(yīng)該掌握的方法和技巧。至于學(xué)生自己設(shè)計的方案不管是否符合要求，不管實驗后能否得出正確的結(jié)論，都要加以鼓勵，因為學(xué)生在設(shè)計和實際操作中的親身體驗才是最重要的。 二、三維目標(biāo)： 1．知識與技能

2、1)理解物體運(yùn)動狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關(guān)，也與質(zhì)量有關(guān)． 2)通過實驗探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系． 3)培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力． 2．過程與方法 1)指導(dǎo)學(xué)生半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關(guān)系，知道用控制變量法進(jìn)行實驗． 2)學(xué)生自己設(shè)計實驗，自己根據(jù)自己的實驗設(shè)計進(jìn)行實驗． 3)對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，看一下實驗結(jié)果能驗證什么問題． 3．情感態(tài)度與價值觀 1．通過探究實驗，培養(yǎng)實事求是、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度． 2．通過實驗探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神． 3．培養(yǎng)與人合作的團(tuán)隊精神． 三、教學(xué)重點(diǎn)、

3、難點(diǎn)： 1．教學(xué)重點(diǎn) 1)控制變量法的使用． 2)如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行． 3)實驗數(shù)據(jù)的分析與處理． 2．教學(xué)難點(diǎn) 1)如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行． 2)實驗數(shù)據(jù)的分析與處理． 四、教學(xué)方法：探究、講授、討論、練習(xí) 五、教學(xué)用具： 多媒體課件，小軋一端帶滑輪長木板、帶小鉤或小盤的細(xì)線兩條；鉤碼(規(guī)格：10 g＼20 g，用作牽引小車的力)；砝碼(規(guī)格：50g＼100 g＼200g，用來改變小車的質(zhì)量)；刻度尺、計算器，鉛筆；文件夾；粗線繩(用來牽引小車)．打點(diǎn)計時器、學(xué)生電源、紙帶、氣墊導(dǎo)軌、微機(jī)輔助

4、實驗系統(tǒng)一套． 六、課時安排：新授課（1課時） 七、教學(xué)過程： 1．[新課導(dǎo)入] 利用多媒體投影圖4—2—1； 分組定性討論： 組1：物體質(zhì)量一定，力不同，物體加速度有什么不同？ 組2：力大小相同，作用在不同質(zhì)量的物體上，物體加速度有什么不同？ 師：請組1的代表回答一下你們討論的結(jié)果． 組1生：當(dāng)物體質(zhì)量一定時，物體的加速度應(yīng)該隨著力的增大而增大． 師：請組2的代表回答你們組討論的問題， 組2生：當(dāng)力大小相同時，物體質(zhì)量越大，運(yùn)動狀態(tài)越難以改變，所以質(zhì)量越大，加速度越?。? 師：物體運(yùn)動狀態(tài)改變快慢取決于哪些因素?定性關(guān)系如何? 生l：應(yīng)該與物體的質(zhì)量和物體所受的力

5、有關(guān)系．力越大，加速度越大；質(zhì)量越大，加速度越?。? 生2：這里指的力應(yīng)該是物體所受的合力，以上圖為例，物體所受的重力和支持力相等，不參與加速度的提供． 師：剛才進(jìn)行多媒體演示時一次是固定力不變，一次是固定質(zhì)量不變，這樣做有什么好處呢？ 生：方便我們的研究． 師：這是研究多個變量之間關(guān)系的非常好的方法，我們把它稱作控制變量法．我們以前在什么地方學(xué)到過這種方法？ 生1：在初中我們在探究物體的密度與質(zhì)量、體積之間的關(guān)系時． 生2：在研究電流與電壓、電阻的關(guān)系時． 師：好，我們這節(jié)課就用這種方法進(jìn)行探究加速度和力、質(zhì)量之間的關(guān)系． 2．[新課教學(xué)] (A)加速度與力的關(guān)系

6、師：設(shè)計一個實驗，保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在各個不同的力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系．大家分組討論并且每組設(shè)計一個實驗方案，并說明實驗的原理． 分組討論： 組l生1：我們是根據(jù)課本上的參考案例設(shè)計實驗的(在投影儀上展示實驗裝置如圖4—2—2)． 組1生2：我們設(shè)計實驗的實驗原理如下；因為兩個小車的初速度都為零，拉力大小不同，但對每個小車來說保持不變，所以小車應(yīng)該做勻加速直線運(yùn)動．根據(jù)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動的位移公式x＝at2可知，加速度和位移成正比，只要測量位移就可以得到加速度與受力之間的關(guān)系，力的大小可以根據(jù)盤中的砝碼求出來． 師：下面請組2的代表發(fā)言． 組2

7、生1：我們設(shè)計的方法和組1的差不多，我們是用了一輛小車，小車后面連接一紙帶，用打點(diǎn)計時器記錄小車的運(yùn)動情況，根據(jù)所打的點(diǎn)計算小車的加速度，然后再看所受的力和加速度的關(guān)系． 組2生2：為了消除摩擦力的影響，我們在木板下面墊了一個小木塊，當(dāng)小車沒有拉力時讓它在木板上勻速運(yùn)動． 師：這個同學(xué)的想法很好，這樣小車受到的繩子的拉力就等于小車受到的合力，下面請組3的同學(xué)代表發(fā)言． 組3生1：前面兩組的同學(xué)設(shè)計實驗時都是物體的初速度為零，我們可以利用氣墊導(dǎo)軌設(shè)計一個更為一般的方法，讓導(dǎo)軌傾斜不同的角度，滑塊所受的力就是重力的分力，讓滑塊滑過軌道中間的兩個光電門，記錄經(jīng)過光電門的速度和兩個光電門的距離，

8、根據(jù)公式x＝可以求出加速度的大小，從而可以得到加速度和力的關(guān)系． 師：好的，在進(jìn)行實驗之前還應(yīng)該先設(shè)計自己的實驗表格來記錄一下自己的實驗數(shù)據(jù)．那么你是怎樣設(shè)計表格使你的實驗數(shù)據(jù)得以記錄的呢? 生1：水平面長木板與小車，車后用繩控制小車運(yùn)動，兩車質(zhì)量相同．表格設(shè)計如下： 小車l 小車2 次數(shù) 拉車砝碼(s) 位移x1/cm 拉車砝碼(s) 位移x2/cm 1 2 3 4 5  生2：用一輛小車，測量加

9、速度 次數(shù) 拉車砝碼(g) 加速度a1 拉車砝碼(e) 加速度a2 1 2 3 4 5 師：好，現(xiàn)在大家就根據(jù)自己設(shè)計的方案進(jìn)行實驗，把數(shù)據(jù)填人設(shè)計的表格內(nèi)． 學(xué)生進(jìn)行實驗，老師巡回指導(dǎo)，幫助實力較弱的小組完成實驗 師：現(xiàn)在請各小組簡要進(jìn)行一下實驗報告． 組1生1：我們根據(jù)課本上的參考案例進(jìn)行了實驗，因為已知小車的加速度和位移成正比，通過驗證位移和受力之間的關(guān)系，即可得出加速度和受力的關(guān)系． 師：實驗數(shù)據(jù)是怎樣進(jìn)行處理的呢？ 組1

10、生2：我用的是位移和對應(yīng)力的比值． 組1生3：通過我們的討論，我們發(fā)現(xiàn)用作圖的方法能更好地表示位移(即加速度)和力的關(guān)系．關(guān)系圖表如圖4—2—3所示；可得在研究物體質(zhì)量不變的情況下，物體的加速度與物體所受的外力成正比． 組2生：我們通過處理小車后面的紙帶，計算出小車的加速度，通過作圖驗證了小車的加速度和物體所受的合力成正比．組3生：我們用氣墊導(dǎo)軌作出的加速度和所受力的關(guān)系圖象，實驗結(jié)論是圖象非常接近一條過原點(diǎn)的直線． 師：大家做得都非常好，那么你們在實驗中遇到的困難是什么呢?能不能想出辦法來克服？ 組1生：當(dāng)拉小車的砝碼的質(zhì)量較大時，繩子容易打滑，從而影響了位移的測量．我們用松香涂

11、抹在繩子上，效果不錯． 組2生：我們在做實驗時發(fā)現(xiàn)了這樣一個問題，即當(dāng)砝碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量差不多時，a—F圖象不能再是一條直線，而是發(fā)生了彎曲． 師：這組同學(xué)的問題非常好，實際上砝碼和盤的重力并不嚴(yán)格等于小車受到的拉力，簡單證明如下：設(shè)砝碼及盤的質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，則分別對它們進(jìn)行受力分析，對小車，受拉力和摩擦力，對砝碼和盤，受重力和拉力，那么它們之間的關(guān)系是什么呢？如果相等，根據(jù)物體受合力為零則物體做勻速運(yùn)動，而實際上砝碼及盤實際的運(yùn)動應(yīng)該是做加速運(yùn)動，所以說重力和拉力并不相等，而是應(yīng)該重力大于拉力，而我們在實驗中認(rèn)為二者相等，所以實驗的誤差有一部分來源于此．控制的方法就是盡可能

12、地使砝碼和盤的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及砝碼的質(zhì)量，具體的分析方法我們將在下一節(jié)學(xué)到． 組3生：雖然用氣墊導(dǎo)軌做實驗結(jié)果比較精確，但實驗數(shù)據(jù)處理比較復(fù)雜． 師：我們可以用計算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使數(shù)據(jù)處理變得簡單化，大家在課下討論一下看如何用數(shù)據(jù)處理軟件處理實驗中得到的數(shù)據(jù)． 師：以上我們是通過控制物體的質(zhì)量不變來探究物體的加速度與物體所受力之間的關(guān)系，下面同學(xué)們繼續(xù)做實驗，通過控制物體所受的力不變來探究物體的加速度和質(zhì)量的關(guān)系． (B)加速度與質(zhì)量的關(guān)系 學(xué)生進(jìn)行實驗，老師巡回指導(dǎo)，幫助實力較弱的小組實現(xiàn)實驗 由于和以上的實驗方法非常類似，所以可以直接讓學(xué)生得出結(jié)論． 師：大家得出的結(jié)論是

13、什么？ 生：物體加速度在物體受力不變時，和物體的質(zhì)量成反比． 師：這時候我們應(yīng)該怎樣通過圖象來驗證問題呢？ 生：我們?nèi)绻鱝—M圖象則圖象是曲線，我們可以作a— 圖象來解決這個問題，物體的加速度和質(zhì)量成反比，所以a— 圖象應(yīng)該是一條過原點(diǎn)的直線． (C)由實驗結(jié)果得出的結(jié)論 師：通過大家的實驗，排除誤差的影響，大家討論總結(jié)一下加速度和物體所受的力以及物體質(zhì)量之間的關(guān)系． 分組討論： 生1：我們可以得出這樣的結(jié)論：物體的加速度和物體所受的力成正比，和物體的質(zhì)量成反比． 生2：應(yīng)該是和物體所受的合力成正比． 生3：我想力是矢量，加速度也是矢量，加速度的方向應(yīng)該和物體所受力的方向

14、相同． 師：(總結(jié))大家的發(fā)言非常好，那么我們得出的結(jié)論是不是一個定理性的結(jié)論呢?僅靠少量的實驗是不行的，應(yīng)該通過更為精確的實驗和更多次的實驗進(jìn)行證明，不過我們大家在現(xiàn)有水平下能夠得出這個結(jié)論是非常了不起的，這是我們下節(jié)課要學(xué)的牛頓第二定律的內(nèi)容． 八、課堂訓(xùn)練： 1．在水平路面上，一個大人推一輛重車，一個小孩推一輛輕車，各自做勻加速運(yùn)動(阻力不計)．甲、乙兩同學(xué)在一起議論，甲同學(xué)說：大人推力大，小孩推力小，因此重車的加速度大．乙同學(xué)說，重車質(zhì)量大，輕車質(zhì)量小，因此輕車的加速度大．你認(rèn)為他們的說法是否正確？請簡述理由． 答：甲、乙兩同學(xué)的結(jié)論和理由都不全面和充分，物體的加速度決定于物體

15、所受的合外力和物體的質(zhì)量．大人的推力雖然大，但車的質(zhì)量也大，因此重車的加速度也不一定就大．小車的質(zhì)量小，但是小孩的推力也小，因而輕車的加速度也不一定大．判斷誰的加速度大，必須看各自的質(zhì)量和合外力． 2．在做“驗證牛頓第二定律”的實驗時，計算出各紙帶的加速度后，將測得的反映加速度a和力F關(guān)系的有關(guān)資料記錄在表1中．將測得的反映加速度a和質(zhì)量M關(guān)系的資料列在表2中． 表1 a/(ms-2) 1.98 4.06 5.95 8.12 F/N 1.00 2.00 3.00 4.00 表2 a/(ms-2) 2.04 2.66 3.23 3.98 0.

16、50 0.67 0.80 1.00 (1)根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)，分別畫出a—F圖象和a—圖象． (2)從圖象可以判定：當(dāng)M一定時，a與F的關(guān)系為______；當(dāng)F一定時,a與M的關(guān)系為______． (3)由a—F圖象可知，M＝_______． (4)由a—圖象可知，F(xiàn)＝_______． 答案：(1)a—F圖象和a—圖象分別如圖4—2—4甲、乙所示； (2)正比關(guān)系 反比關(guān)系； (3)0.50 kg； (4)4.02 N． 圖4—2—4 九、課堂小結(jié)： 本節(jié)我們學(xué)習(xí)了： 1．力是物體產(chǎn)生加速度的原因． 2．高中第一次接觸控制變量法．用控制變量法探究物體的加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系；設(shè)計實驗的方法． 3．物體的質(zhì)量一定時，合外力越大，物體的加速度也越大；合外力一定時，物體的質(zhì)量越大，其加速度越小，且合外力的方向與加速度的方向始終一致． 4．實驗數(shù)據(jù)的處理方法． 十、作業(yè)： 1．完成實驗報告． 2．設(shè)計一種方案，測量自行車啟動時的平均加速度 十一、板書設(shè)計: 與加速度有關(guān)的因素 1．物體受的合外力 2．物體的質(zhì)量 實驗方法 控制變量法 實驗過程與結(jié)論 物體的質(zhì)量一定時，合外力越大，物體的加速度也越大 合外力一定時，物體的質(zhì)量越大，其加速度越小