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1、《實驗：探究加速度與力、質量的關系》教學案例 南京市陶吳中學 劉天成 2007年6月15日 摘要：高中物理新課標提出，高中物理課程有助于學生繼續(xù)學習基本的物理知識與技能；體驗科學探究過程，了解科學探究方法；增強創(chuàng)新意識和實踐能力，發(fā)展探索自然、理解自然的興趣與熱情。為此，新教材中專門編入了探究課，這也是新教材的特色之一。如何上好探究課，充分發(fā)揮其功能。本案例以新教材必修1第四章第二節(jié)《實驗：探究加速度與力、質量的關系》為例，沿提出問題，猜想與假設，設計實驗，進行實驗，數(shù)據(jù)處理與分析，反復驗證，得出結論的思路進行設計，以學生為主體，充分發(fā)揮其主動性，并用計算機對數(shù)據(jù)進行分析處理

2、，集科學性、方法性于一體，供參考。 教學目標： 一、知識目標： (1) 理解力是使物體產(chǎn)生加速度的原因、質量是慣性大小的量度； (2) 知道得出加速度和力的關系的實驗，理解加速度和力的關系； (3) 知道得出加速度和質量的關系的實驗，理解加速度和質量的關系。 二、能力目標 通過實驗研究總結出加速度和力、質量的關系。培養(yǎng)學生的實驗能力、概括能力和分析推理能力。 三、德育目標　 體會探究過程中的所用的科學方法；認識到由實驗歸納總結物理規(guī)律是物理學研究的重要方法；建立嚴謹?shù)目茖W實驗觀。 教學重點： 1、指導學生找到探究加速度與力、質量的關系的思路和方法 2、怎樣提供和測量物體

3、所受的力 教學難點： 讓學生通過實驗探究得出數(shù)據(jù)并對數(shù)據(jù)進行處理，進而自己歸納出a與F和m的關系是本節(jié)的難點。 教學儀器： 多媒體、小車、一端帶滑輪長軌道、鉤碼、刻度尺等。 教學過程 (一)引入新課 [教師] 牛頓第一定律告訴我們物體在不受力的情況下保持的運動狀態(tài)是靜止或勻速運動。那么，同學們考慮過沒有物體在受到力的情況下的運動狀態(tài)是怎樣的呢？這節(jié)課我們就來研究問題。 [教師] 用多媒體投影機出示學生思考的問題： 1、物體運動狀態(tài)的改變是指哪個物理量的改變？標志物體運動狀態(tài)變化快慢的物理量是什么？ 2、對于任何物體，在它們受到相同作用力時，決

4、定它們狀態(tài)變化難易程度的唯一性因素是什么？ [學生] 物體運動狀態(tài)的改變是速度的改變，標志物體運動狀態(tài)變化快慢的物理量是加速度。對于任何物體，在它們受到相同作用力時，決定它們狀態(tài)變化難易程度的唯一性因素是物體的質量。 [教師] 由上節(jié)學習可知：物體的質量越大，物體的運動狀態(tài)越難改變，物體的質量越小，物體的運動狀態(tài)越容易改變。請同學們根據(jù)上節(jié)所學知識猜想：物體的運動狀態(tài)的變化快慢即物體加速度的大小與什么物理量有關？請同學們舉例說明。 [學生] 加速度的大小可能與物體的質量和受到的力有關。例如，一般小汽車從靜止加速到一定速度，只需十幾秒的時間，而滿載的貨車加速就慢得多。比賽用的小汽車，可以在

5、很短時間內(nèi)達到很快的速度，而一般的小汽車卻不能。 [教師] 剛才同學舉的例子很好！請同學們猜想加速度的大小與物體的質量和受力有怎樣的定量關系？ [學生] 物體加速度的大小與物體的質量成正比，和物體的質量成反比。 [教師] 物體的加速度是否與物體的受力成正比，與物體的質量成反比呢？同學們的猜想是否正確呢？這節(jié)課我們通過實驗來探求物體的加速度與物體的質量和物體受力的定量關系。 (二)教學過程設計 1、實驗研究方法的確定 [教師] 加速度的大小既與物體的受力有關，又和物體的質量有關，那么我們應采用什么樣的方法來研究加速度的大小與物體的受力和物體的質量之間的定量關系呢？ [學生] 可以

6、先研究加速度與物體受力的關系，再研究加速度與物體的質量的關系。 [教師] 很好！當研究三個物理量之間的關系時，先要保持某個量不變，研究另外兩個量之間的關系，再保持另一個量不變，研究其余兩個量之間的關系，然后綜合起來得出結論。這種研究問題的方法叫控制變量法，是物理學中研究和處理問題時經(jīng)常用到的方法。 [教師] 用多媒體投影機展示控制變量法的含義。 [教師] 在這個實驗中，我們應怎樣用控制變量法來研究加速度與物體的質量和受力之間的定量關系呢？ [學生] 可以保持物體的質量不變，測量物體在不同的力作用下的加速度，分析加速度與力的關系；也可以保持物體所受的力不變，測量不同質量的物體在該力作用下

7、的加速度，分析加速度與質量的關系。 [教師] 很好！要研究加速度與物體的質量和受力之間的關系，就需要測量物體的加速度、質量和受到的力。那么，如何測量物體的加速度、質量和受到的力呢？ 2、研究加速度與質量的關系 [教師] 質量可以用天平直接測量，那么如何測量一個運動物體的加速度呢？你能想到哪些方法？ [學生] 思考討論后回答 （1）讓物體做初速度為0的勻加速直線運動，用刻度尺測量物體運動的位移，用秒表測量出物體運動的時間，然后由公式算出。 （2）讓物體做初速度為0的勻加速直線運動，在運動物體上連接一條穿過打點計時器的紙帶，根據(jù)打點計時器在紙帶上打出的點來測量加速度。 [教師] 同學

8、們想到的這些辦法都很好！這些方法的共同特點是直接測出了加速度的大小。另外，還可以用加速度計直接測量。那么不直接測出加速度，我們能否找出加速度與質量之間的定量關系呢？ [學生] 思考討論 [教師] 啟發(fā)點拔：我們探究的是加速度與其他量間的關系，只要我們測出不同情況下物體加速度的比值就可以了。 [學生] ①由加速度的公式，如果測出兩個初速度為0的勻加速運動在相同時間內(nèi)的位移X1 \X2，位移之比就是加速度之比 ②由加速度的公式，如果測出兩個初速度為0的勻加速運動在相同位移內(nèi)的時間t1 \t2,時間反比的平方就是加速度之比 [教師] 那么我們?nèi)绾伪ＷC兩個做勻加速運動的物體運動相同的時間？

9、 [學生] 讓物體同時運動，同時停止。 [教師] 同學們看看桌面上的實驗器材，我們用什么器材使物體同時開始運動，同時停止？ [學生] 在觀察后說出用夾子來控制物體的運動和停止。 3、研究加速度與物體受力的關系 [教師] 在現(xiàn)實中，僅受一個力的情況幾乎是不存在的。一個單獨的力的作用效果與跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的，因此，在實驗中我們只要測出物體所受的合力即可。那么，如何為運動的物體提供一個恒定的合力？又如何測出這個合力呢？ [學生] 可以在繩的一端掛鉤碼，另一端跨過定滑輪拉物體，使物體做勻加速運動的力就是物體的合力，這個合力就是鉤碼的重力。通過測量鉤碼的重力就可測得物

10、體所受的合力。 [教師] 這個方案不錯。在上面的方案中做勻變速運動的物體，受的合力就是鉤碼的重力嗎？ [學生] 由于物體在相對運動，還要受到滑動摩擦力。 [教師] 那么我們?nèi)绾螠p小滑動摩擦力，使我們所測得的鉤碼重力盡可能接近于物體所受的合力？請同學們討論方法 [學生] 討論減小滑動摩擦力的方法 （1）使用光滑的木板；（2）平衡滑動摩擦力 將木板一端墊高，讓物體從木板上勻速滑下，此時物體的重力分力就等于物體所受的摩擦力。 [教師] 同學想到的這些方法都很好！當我們改變物體受到合力時，物體的加速度也會改變。那么我們?nèi)绾胃淖兾矬w所受的合力呢？ [學生] 改變掛上鉤碼的個數(shù)就可以改變對物體

11、的合力。 [教師] 下面請同學們根據(jù)上面我們討論的內(nèi)容選定自己的實驗方案進行實驗，記錄實驗數(shù)據(jù)，并對實驗數(shù)據(jù)進行處理，分析得出實驗結論。 4、實驗數(shù)據(jù)的處理 [學生] 將自己實際測得的實驗數(shù)據(jù)拿到多媒體展臺上展示分析，說明自己采用的實驗方案及對實驗數(shù)據(jù)處理方法，得出的實驗結論。 [教師] 同學們的實驗做得都很好！下面我們利用計算機來處理同學們實際測得的實驗數(shù)據(jù)，看看能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律。 [教師] 找三組學生的實驗數(shù)據(jù)輸入excel，利用計算機做出圖象，再次引導學生進行數(shù)據(jù)分析。 [教師] 由實驗數(shù)據(jù)來看，同學們的實驗數(shù)據(jù)與猜想相符合嗎？如果不相符合，原因是什么？ [學生] 實驗數(shù)據(jù)與

12、我們的猜想不完全一致，原因是我們采用的實驗裝置不夠精密，實驗數(shù)據(jù)不夠準確。 5、實驗結論及課堂小結 [教師] 從剛才的實驗數(shù)據(jù)來看，同學們能發(fā)現(xiàn)什么規(guī)律？ [學生] 在物體受力一定時，物體的質量越大，物體的加速度越小；在物體的質量一定時，物體受到的力越大，加速度越大。 [教師] 那么同學們回想一下我們是怎樣探討加速度與力和質量關系的？ [學生] 先提出猜想，然后進行實驗，再對數(shù)據(jù)進行分析，然后得出結論。 [教師] 對！這也是科學家得出物理規(guī)律的過程?？茖W家在探討物理規(guī)律的過程中，正是按照以下思路進行的： 得出結論 直覺猜想 進行實驗 數(shù)據(jù)分析 修正猜想 反復驗證

13、（三）本課小結 教師總結出本節(jié)課的內(nèi)容、方法。 師： 今天，我們研究了加速度與力和質量的關系。其中，加速度與力、質量的關系是本節(jié)課的重點。通過實驗得出加速度與力、質量的關系是本節(jié)課的難點。本節(jié)課更重要的是通過知識的學習與探索使我們獲得了一些研究、思考問題的方法。首先，是貫穿在本節(jié)課整個探索過程中的思維程序：即“提出問題 猜想 實驗驗證 得出結論”。對待任何問題，我們在不清楚其原因之前均可大膽猜想它的各種可能性，然后運用物理學的實驗方法去檢驗、驗證猜想是否正確，這是一種科學探索的方法。另外，本節(jié)課在具體實驗過程中還運用了控制變量法和近似處理的方法。即在研究加速度與力和質量關系時，

14、運用了控制變量法；在研究小車受到拉力與鉤碼重力的關系時，采用近似處理的辦法。即只有鉤碼的質量遠小于小車的質量時，才能認為鉤碼對小車的拉力大小就鉤碼的重力。 思維程序：提出問題 猜想 實驗驗證 得出初步結論 反復驗證　　 得出結論 板書設計 1、 加速度與力的關系 （1） 探究思路：令質量不變，研究加速度與力的關系。 （2） 數(shù)據(jù)處理：以加速度為縱坐標，力為橫坐標。 （3） 結論：質量不變時，加速度與力成正比。 2、 加速度與質量的關系 （1） 探究思路：令力不變，研究加速度與質量的關系。 （2） 數(shù)據(jù)處理：以加速度為縱坐標，質量倒數(shù)為橫坐標。 （3） 結論：力不變時，加速度與質量成反比。 教學設計說明 “牛頓第二定律”是高中物理力學部分的重要內(nèi)容，探究加速度與力、質量的關系的規(guī)律是本節(jié)課的重點和難點。本節(jié)是一節(jié)集猜想、實驗、物理規(guī)律于一身的課，其中探究加速度和力、質量的關系是本節(jié)的核心，也是實施新的教學理念的主陣地。在授課中，教師通過教給學生一些有效的科學研究方法和實驗方法來發(fā)展學生的思維能力和創(chuàng)新能力。 9