2实验：探究加速度与力、质量的关系教学设计(教案)

2　实验：探究加速度与力… 高中物理       人教2003课标版

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。

　问题1：本节课研究物体运动的加速度大小跟什么有关，请同学们先猜一猜加速度大小跟什么有关？

　　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。

　　问题2：请同学们猜一猜加速度与力、质量有什么关系，列举出实例。

　　如果学生说不出实例，教师可以列举以下典型的例子：绿灯亮后，摩托车先冲出，然后小轿车，最后载重货车，说明质量大加速度小；方程式赛车的发动机功率大，启动快，加速度大，说明力大加速度大。

　　播放以上例子的视频。

　　问题3：能否从理论上验证力越大，加速度越大；质量越大，加速度越小是合理的？

　　参考答案：力是改变运动状态的原因，力大运动状态容易改变，而运动状态的改变快慢是用加速度来描述的，因此力大，加速度大；质量是惯性大小的量度，质量大，惯性大，运动状态难改变，即加速度小。

　　教师注意：学生回答这一问题时，容易用举实例法，教师注意引导从理论出发。

　　问题4：研究一个物理量同时与两个物理量有什么关系，应当采用什么方法？

　　学生很容易回答出用控制变量法。

　　问题5：初中用过这种办法吗？举例说明。（安排此问题的目的是向学生进行物理学研究方法的教育）

　　参考答案：在讨论电流与电压、电阻两个量是什么关系时；在讨论压强与压力、作用面积两个量是什么关系时。

　　问题6：保持质量一定，怎样研究加速度与力的关系，或保持力一定，怎样研究加速度与质量的关系？

　　学生会回答出用打点计时器测出几个加速度及所对应的力，分析加速度与力关系或加速度与质量关系，若不提测加速度，可追问如何测出加速度。

　　以上6个问题难度不大，建议采用单独让某个学生回答的方式即可，不必给时间进行小组内讨论。

　问题7：鉴于用纸带测出加速度是我们已经掌握的一种技能，因此本次探究加速度与力、质量关系不想用此方法。请同学们另外设计出一种切实可行的实验方法？

　　（1）阐述实验的理论依据及对实验方法的初步设计。

　　（2）在此理论框架内，具体的实验方案是什么？

　　组内讨论6分钟，每组组长准备发言。

　　在学生讨论期间，教师巡视参与讨论交流，如果时间过半还有一些组提不出方案，教师可提醒该组学生参考课本43页“做一做”栏目，再讨论．

　理论依据及初步设计：两物体均做初速度为零的匀加速直线运动，由x= 知，相同时间内的位移关系，就是他们的加速度关系。

　　具体实验方案：课本78页参考案例。

　　学生在阐述时可能（1）（2）两个问题混在一起说出，只要合理、清晰即可；另外理论依据与方案课本上都有，学生看了课本就很容易回答此问题。

　　引申问题：在此理论依据下，能否再设计出一种实验方案，组内讨论10分钟后组长发言。（讨论后，刚才只提出课本上方案的组重点发言，已经提出不同于课本上方案的组也可以再提出第3种方案。）

　　教师组织同学们对各种方案进行评价，只要合理可行即可。

　　最后教师指出：

　　本节课用课本78页的方案。

　问题8：绳拉小车的力是小车受的合力吗？

　　学生很容易提出还有摩擦力。

　　问题9：我们必须要使绳拉小车的力成为小车受到的合力，否则还要计算滑动摩擦力，使问题复杂化，那么怎样去掉摩擦力呢？组内讨论5分钟后组长发言。

　　参考答案：

　　（1）用重力分力平衡掉摩擦力（教师可投影图片解释），为此可以倾斜木板，直到小车放上后恰能静止或被轻推后匀速。

　　（2）减小摩擦力直到可忽略，可采用气垫导轨。

　一、实验前教师做以下交待：

　　1．为了节省时间，教师给学生做一下分工，1-5组探究加速度与力的关系，参照表一和表二要求（见学案）；6-10组探究加速度与质量的关系，参照表三和表四要求（见学案），要填写好表格。

　　2．平衡摩擦力时不必将拴有口杯小桶的绳子解下，车后拖的绳子也不用解下，放在车上即可。

　　3．注意铁夹子的位置。

　　4．注意实验中同学之间互相配合，如谁扶住板，谁控制铁夹开启、闭合，谁负责更换砝码和保证绳在滑轮内并负责保护仪器，谁负责测量记录等。

表一（两车质量均为200g+100g）

参照车  实验车

组别   绳上挂的钩码/g  （代表力F1） 位移x1/cm   绳上挂的钩码/g（代表力F2） 位移x2/cm

1              20                                                                30                 

  2                 20                                                          40

3                     20                                                         50

4                     20                                                         60

5                      20                                                       70

表二（两车质量均为200g+100g）

组别                

     1                                             1．5

      2                                            2．0

3                                                     2．5

4                                                  3．0

5                                                  3．5

表三（两车绳上挂的钩码均为40g）

参照车     实验车

 车和车上砝码总质量/g（代表质量m1）位移x1/cm车和车上砝码总质量/g（代表质量m2）位移x2/cm

1        300                                                   200

2          300                                                400

3          300                                                 500

4                300                                            600

5                 300                                           700

表四（两车绳上挂的钩码均为40g）

组别

1                   2/3=0．67

2                4/3=1．33

3                    5/3=1．67

4                     6 /3=2．00

5                            7/3=2．33

　　（以上实验过程36 min）

让学生分析表二和表四，并得出结论。

　　参考答案：在两车质量一样的情况下，实验车受的力是参照车的多少倍，加速度就是参照车的多少倍，说明加速度与力成正比；在两车受力一样的情况下，实验车总质量是参照车的几倍，加速度就是参照车的几分之一，说明加速度与质量成反比。

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。

　【作业】

　　1．思考题：除了摩擦力以外，你觉得引起误差的主要原因还有什么？为克服这一问题，请设计出改进的实验方案。

　　2．思考题：用气垫导轨做实验可以基本消除摩擦力影响，如果结合光电计时器也可以测量加速度大小，大家参考课本32页第4题设计一个探究加速度与力、质量关系的实验，条件是没有滑轮系统。

2　实验：探究加速度与力、质量的关系　

2　实验：探究加速度与力、质量的关系　

　问题1：本节课研究物体运动的加速度大小跟什么有关，请同学们先猜一猜加速度大小跟什么有关？

　　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。

　　问题2：请同学们猜一猜加速度与力、质量有什么关系，列举出实例。

　　如果学生说不出实例，教师可以列举以下典型的例子：绿灯亮后，摩托车先冲出，然后小轿车，最后载重货车，说明质量大加速度小；方程式赛车的发动机功率大，启动快，加速度大，说明力大加速度大。

　　播放以上例子的视频。

　　问题3：能否从理论上验证力越大，加速度越大；质量越大，加速度越小是合理的？

　　参考答案：力是改变运动状态的原因，力大运动状态容易改变，而运动状态的改变快慢是用加速度来描述的，因此力大，加速度大；质量是惯性大小的量度，质量大，惯性大，运动状态难改变，即加速度小。

　　教师注意：学生回答这一问题时，容易用举实例法，教师注意引导从理论出发。

　　问题4：研究一个物理量同时与两个物理量有什么关系，应当采用什么方法？

　　学生很容易回答出用控制变量法。

　　问题5：初中用过这种办法吗？举例说明。（安排此问题的目的是向学生进行物理学研究方法的教育）

　　参考答案：在讨论电流与电压、电阻两个量是什么关系时；在讨论压强与压力、作用面积两个量是什么关系时。

　　问题6：保持质量一定，怎样研究加速度与力的关系，或保持力一定，怎样研究加速度与质量的关系？

　　学生会回答出用打点计时器测出几个加速度及所对应的力，分析加速度与力关系或加速度与质量关系，若不提测加速度，可追问如何测出加速度。

　　以上6个问题难度不大，建议采用单独让某个学生回答的方式即可，不必给时间进行小组内讨论。

　问题7：鉴于用纸带测出加速度是我们已经掌握的一种技能，因此本次探究加速度与力、质量关系不想用此方法。请同学们另外设计出一种切实可行的实验方法？

　　（1）阐述实验的理论依据及对实验方法的初步设计。

　　（2）在此理论框架内，具体的实验方案是什么？

　　组内讨论6分钟，每组组长准备发言。

　　在学生讨论期间，教师巡视参与讨论交流，如果时间过半还有一些组提不出方案，教师可提醒该组学生参考课本43页“做一做”栏目，再讨论．

　理论依据及初步设计：两物体均做初速度为零的匀加速直线运动，由x= 知，相同时间内的位移关系，就是他们的加速度关系。

　　具体实验方案：课本78页参考案例。

　　学生在阐述时可能（1）（2）两个问题混在一起说出，只要合理、清晰即可；另外理论依据与方案课本上都有，学生看了课本就很容易回答此问题。

　　引申问题：在此理论依据下，能否再设计出一种实验方案，组内讨论10分钟后组长发言。（讨论后，刚才只提出课本上方案的组重点发言，已经提出不同于课本上方案的组也可以再提出第3种方案。）

　　教师组织同学们对各种方案进行评价，只要合理可行即可。

　　最后教师指出：

　　本节课用课本78页的方案。

　问题8：绳拉小车的力是小车受的合力吗？

　　学生很容易提出还有摩擦力。

　　问题9：我们必须要使绳拉小车的力成为小车受到的合力，否则还要计算滑动摩擦力，使问题复杂化，那么怎样去掉摩擦力呢？组内讨论5分钟后组长发言。

　　参考答案：

　　（1）用重力分力平衡掉摩擦力（教师可投影图片解释），为此可以倾斜木板，直到小车放上后恰能静止或被轻推后匀速。

　　（2）减小摩擦力直到可忽略，可采用气垫导轨。