2实验：探究加速度与力、质量的关系教案设计（一等奖）

2　实验：探究加速度与力… 高中物理       人教2003课标版

知识与技能： （1） 认识影响加速度的因素——力和质量 （2） 通过实验探究加速度与力和质量的半定量关系，进一步培养学生的操作能力 （3） 认识数据处理时变换坐标轴的技巧 （4） 了解将“不易测量的物理量转化为可测物理量”的实验方法 （5） 会对实验误差进行初步分析 过程与方法： （1） 经历半定量的探究加速度和力、物体质量的关系的过程，知道用控制变量法进行实验 （2） 通过实验，使学生掌握一些信息的收集和处理方法 情感态度与价值观： （1） 通过实验探究，培养实事求是，尊重客观规律的科学态度 （2） 通过实验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

我校是农村中学，学生对物理有较强的兴趣，也有一定的基础。

本节把以前教材中的验证性实验改为探究性实验，是为了让学生深刻体会物理探究过程中所用的科学方法。由于这节内容涉及实验变量的控制、实验方案的设计、实验的操作、实验数据的处理等诸多因素使本节成为整章的难点。本节课倡导的自主、合作、探究的学习方式贯穿于整个高中新课程的始终。

重点： （1） 实验方案的设计及使实验方案合理可行 （2） 实验数据的分析与处理 难点： （1） 利用现有器材进行的实验操作的过程 （2） 实验误差分析

探究加速度与力、质量的关系教学设计思路和教学流程： 1. 教学设计思路： 本节教材的立意是探究性实验，但真正开放式探究带来的内容与思维量均较大，在一节课内根本完成不了教学任务。为此，需要将本节的教学内容进行优化设计： 首先让学生利用日常经验猜测a与F、M的关系，接着鼓励并引导学生设计各种实验方案探究a与F、M的关系，重点设计课本所给案例的实验方法。具体的操作过程分两组进行：一组探究M一定时a与F的关系，另一组探究F一定时a与M的关系，并引导学生分析实验误差的原因。最后利用测定的实验数据，应用图象法找出a与F、a与M的关系。 2. 教学流程图： 四、教 学 过 程： 1、复习引入 提问：从牛顿第一定律里可以得出力和运动之间存在一个什么样的关系？ 引入新课，（进入多媒体课件） 2、观察现象。 观看动画：一台小汽车与一台大客车从同一地点同时起动。 3、提出问题。 问题1：从运动性质来看，两车有什么不同？（两车加速度不同。） 问题2：物体运动的加速度跟什么因素有关？（跟物体质量和受力有关。） 问题3：物体的加速度与物体质量、受力之间有什么定性关系？ 探究1：探究加速度与质量、受力之间的定性关系。 问：用什么方法可使探究三个物理量之间的关系变得比较简单？（引导学生回忆欧姆定律中的实验方法，进一步认识科学研究中常用的、重要的方法——控制变量法。） 举例：骑自行车时，用不同的力踩踏板；同一人分别去拉空拖车和装满重物的拖车； 问：这些现象反映了加速度跟受力、质量之间有什么定性关系？ 结论：物体质量一定时，受力越大，加速度越大； 物体受力一定时，质量越大，加速度越小。 探究2：物体的加速度与物体质量、受力之间有什么定量关系？ 4、猜想与假设。 猜想与假设有时能起到重要的作用，它是科研过程中的一个重要的基本要素。如在前面学过的《伽利略对自由落体运动的研究》一节中，正因为伽利略有了合理而大胆的猜想，从而为后面的实验研究提供了一个指导性的作用。（鼓励学生大胆猜想，建议学生借鉴伽利略对自由落体运动的性质的猜想方法：自然界是简单的，自然界的规律也是简单的。并将猜想的几种可能结果归纳在黑板上）。 孰是孰非，让事实说话。 5、制定计划与设计实验。 制定实验方案，实际上就是从操作的角度把探究的猜想或假设具体化、程序化。根据探究假设来确定实验目的，根据实验目的来思考实验的原理，按照实验的原理，来设计实验的程序和步骤，这是构思实验方案的基本线索。 问：在实验室里利用常见的器材，要达到这个实验目的，比较可行的方案有哪些？ 学生讨论，总结出方案。 方案一：直接测量出 a、F、m 的数值，从结果找出规律。 方案二：由于此实验是探究三者的比例关系，可不用测出具体数值，可以控制两车在受不同的拉力情况下同时由静止运动，又同时停止，由位移之比得出加速度之比，然后分析加速度之比与受力之比有什么关系。 说明：考虑到操作性方面，本节课采用方案一。 问1：在用方案一进行实验时，需要哪些实验器材？ 学生选器材。 教师演示方案一，目的是为了讲解实验中注意事项。 问2：小车质量不变时，如何给小车施加一个已知的拉力，又如何改变这拉力大小？（绳子下端挂物体，拉力可认为是物体的重力，改变物体的质量即可改变对小车的拉力。） 说明：为了减小实验误差，所挂物体的质量应远小于小车的质量，有关这个问题的原因，鼓励学生课余去查阅相关资料。教师提供该实验中关于质量如何改变的一些参考数据。 问3：有时加一个质量较小的砝码，小车不会动，这是为什么？（因为小车与木板间有摩擦力。） 问4：如何将这阻力对实验的影响减小或消除呢？（垫高木板一端，以此来平衡摩擦力。） 问5：垫高一端为什么就能平衡摩擦力呢？（利用重力的分解解释） 教师演示。 强调：做该实验时，动手操作方面，数据计算方面比较繁琐，要求学生既要分工，又要合作，要发扬团队协作精神。发挥各人所长，如谁开电源，谁控制释放小车，谁负责保护仪器，谁负责测量记录,谁负责计算加速度,谁负责数据处理等。同时也应注意安全。 6、进行实验。 为了节省时间，做一下分工，1-8组探究加速度与力的关系，参照表一和表二要求（见学案）；9-16组探究加速度与质量的关系，参照表三和表四要求（见学案），各组至少要做出自己组负责的数据（可多做几次，取一组最好的），在此基础上可以做其他数据，要填写好表格。 （学生动手操作，教师调控。） 7、分析与论证。 搜集； 请2~3个实验小组的代表上台将实验数据处理结果以及结论利用展示仪展现在屏幕上，并对数据处理的过程做简单陈述。 数据处理方法有： A、计算列表法；优点：操作简单，数据间的简单数学关系一目了然。 B、图表法处理；做出 a-F 图象（直线）和 a -m 图象（双曲线）。 C、图表法处理；做出 a-F 图象（直线）和 a –1/m 图象（直线）。 教师点评，提出几点建议： (1)、实验数据处理最好运用图表、图线及拟合线性方程。 (2)、应灵活运用数学工具处理非线性关系的数据。如变 a -m 图象为 a –1/m 图象，即“变曲为直”，说明这种方法的好处。 (3)、可运用信息技术帮助处理数据。（引导学生回忆第二章第一节课后的“做一做”，并请一位擅长电脑操作的学生上台运用 Excel 软件处理该组实验数据。教师指出这方法的优点：准确、快捷。使学生体会计算机的作用，认识信息技术的重要性，趁热鼓励学生有机会多掌握计算机应用技术。） 8、评估。 科学探究除了实验探究，还包括理论探究。从实验结果到科学理论的诞生，中间不是单纯的逻辑关系和简单的归纳关系。评估就是经过分析、论证，形成探究结论后，还需要对结果与假设之间的差异作进一步思考与评价，寻找该差异的特征并判断其性质。 尝试让学生分析产生实验结果与假设之间的差异的原因。 问：该实验中，实验结果与理论结果之间有一定的差异，产生这一差异的原因可能是什么？ 将原因做一个比较全面的介绍，使学生有所了解。并且由差异的产生而激起学生对实验过程中的一些反思。这是发现问题与提出问题的前奏，也是创造性思维的表现，这种反思能使对实验原理和方案进行改进有一个理论基础。 渗透科研的一些思想方法，强调科研的严谨性：下结论时既需要胆识和勇气，但一定要有严密的理论和充分的事实做依据，并希望这种严谨能影响日后的工作和生活。 返回猜想环节，肯定正确的猜想。 五、小结： 提问：通过这堂课，你除了初步探究了加速度、力、质量之间的关系以外，你还学会了什么？（如技能、方法、感悟等）（控制变量法；数学工具的重要性；计算机处理数据；怎样正确的下一个结论；理论探究的一些思想方法；……） 展现课堂小结： 物理实验很重要，科学探究离不了； 设计实验首件事，控制变量要知道； 数学、电脑灵活用，“变曲为直”就很妙， 团结协作不能少，讨论交流共提高。

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

探究加速度与力、质量的关系教学设计思路和教学流程： 1. 教学设计思路： 本节教材的立意是探究性实验，但真正开放式探究带来的内容与思维量均较大，在一节课内根本完成不了教学任务。为此，需要将本节的教学内容进行优化设计： 首先让学生利用日常经验猜测a与F、M的关系，接着鼓励并引导学生设计各种实验方案探究a与F、M的关系，重点设计课本所给案例的实验方法。具体的操作过程分两组进行：一组探究M一定时a与F的关系，另一组探究F一定时a与M的关系，并引导学生分析实验误差的原因。最后利用测定的实验数据，应用图象法找出a与F、a与M的关系。 2. 教学流程图： 四、教 学 过 程： 1、复习引入 提问：从牛顿第一定律里可以得出力和运动之间存在一个什么样的关系？ 引入新课，（进入多媒体课件） 2、观察现象。 观看动画：一台小汽车与一台大客车从同一地点同时起动。 3、提出问题。 问题1：从运动性质来看，两车有什么不同？（两车加速度不同。） 问题2：物体运动的加速度跟什么因素有关？（跟物体质量和受力有关。） 问题3：物体的加速度与物体质量、受力之间有什么定性关系？ 探究1：探究加速度与质量、受力之间的定性关系。 问：用什么方法可使探究三个物理量之间的关系变得比较简单？（引导学生回忆欧姆定律中的实验方法，进一步认识科学研究中常用的、重要的方法——控制变量法。） 举例：骑自行车时，用不同的力踩踏板；同一人分别去拉空拖车和装满重物的拖车； 问：这些现象反映了加速度跟受力、质量之间有什么定性关系？ 结论：物体质量一定时，受力越大，加速度越大； 物体受力一定时，质量越大，加速度越小。 探究2：物体的加速度与物体质量、受力之间有什么定量关系？ 4、猜想与假设。 猜想与假设有时能起到重要的作用，它是科研过程中的一个重要的基本要素。如在前面学过的《伽利略对自由落体运动的研究》一节中，正因为伽利略有了合理而大胆的猜想，从而为后面的实验研究提供了一个指导性的作用。（鼓励学生大胆猜想，建议学生借鉴伽利略对自由落体运动的性质的猜想方法：自然界是简单的，自然界的规律也是简单的。并将猜想的几种可能结果归纳在黑板上）。 孰是孰非，让事实说话。 5、制定计划与设计实验。 制定实验方案，实际上就是从操作的角度把探究的猜想或假设具体化、程序化。根据探究假设来确定实验目的，根据实验目的来思考实验的原理，按照实验的原理，来设计实验的程序和步骤，这是构思实验方案的基本线索。 问：在实验室里利用常见的器材，要达到这个实验目的，比较可行的方案有哪些？ 学生讨论，总结出方案。 方案一：直接测量出 a、F、m 的数值，从结果找出规律。 方案二：由于此实验是探究三者的比例关系，可不用测出具体数值，可以控制两车在受不同的拉力情况下同时由静止运动，又同时停止，由位移之比得出加速度之比，然后分析加速度之比与受力之比有什么关系。 说明：考虑到操作性方面，本节课采用方案一。 问1：在用方案一进行实验时，需要哪些实验器材？ 学生选器材。 教师演示方案一，目的是为了讲解实验中注意事项。 问2：小车质量不变时，如何给小车施加一个已知的拉力，又如何改变这拉力大小？（绳子下端挂物体，拉力可认为是物体的重力，改变物体的质量即可改变对小车的拉力。） 说明：为了减小实验误差，所挂物体的质量应远小于小车的质量，有关这个问题的原因，鼓励学生课余去查阅相关资料。教师提供该实验中关于质量如何改变的一些参考数据。 问3：有时加一个质量较小的砝码，小车不会动，这是为什么？（因为小车与木板间有摩擦力。） 问4：如何将这阻力对实验的影响减小或消除呢？（垫高木板一端，以此来平衡摩擦力。） 问5：垫高一端为什么就能平衡摩擦力呢？（利用重力的分解解释） 教师演示。 强调：做该实验时，动手操作方面，数据计算方面比较繁琐，要求学生既要分工，又要合作，要发扬团队协作精神。发挥各人所长，如谁开电源，谁控制释放小车，谁负责保护仪器，谁负责测量记录,谁负责计算加速度,谁负责数据处理等。同时也应注意安全。 6、进行实验。 为了节省时间，做一下分工，1-8组探究加速度与力的关系，参照表一和表二要求（见学案）；9-16组探究加速度与质量的关系，参照表三和表四要求（见学案），各组至少要做出自己组负责的数据（可多做几次，取一组最好的），在此基础上可以做其他数据，要填写好表格。 （学生动手操作，教师调控。） 7、分析与论证。 搜集； 请2~3个实验小组的代表上台将实验数据处理结果以及结论利用展示仪展现在屏幕上，并对数据处理的过程做简单陈述。 数据处理方法有： A、计算列表法；优点：操作简单，数据间的简单数学关系一目了然。 B、图表法处理；做出 a-F 图象（直线）和 a -m 图象（双曲线）。 C、图表法处理；做出 a-F 图象（直线）和 a –1/m 图象（直线）。 教师点评，提出几点建议： (1)、实验数据处理最好运用图表、图线及拟合线性方程。 (2)、应灵活运用数学工具处理非线性关系的数据。如变 a -m 图象为 a –1/m 图象，即“变曲为直”，说明这种方法的好处。 (3)、可运用信息技术帮助处理数据。（引导学生回忆第二章第一节课后的“做一做”，并请一位擅长电脑操作的学生上台运用 Excel 软件处理该组实验数据。教师指出这方法的优点：准确、快捷。使学生体会计算机的作用，认识信息技术的重要性，趁热鼓励学生有机会多掌握计算机应用技术。） 8、评估。 科学探究除了实验探究，还包括理论探究。从实验结果到科学理论的诞生，中间不是单纯的逻辑关系和简单的归纳关系。评估就是经过分析、论证，形成探究结论后，还需要对结果与假设之间的差异作进一步思考与评价，寻找该差异的特征并判断其性质。 尝试让学生分析产生实验结果与假设之间的差异的原因。 问：该实验中，实验结果与理论结果之间有一定的差异，产生这一差异的原因可能是什么？ 将原因做一个比较全面的介绍，使学生有所了解。并且由差异的产生而激起学生对实验过程中的一些反思。这是发现问题与提出问题的前奏，也是创造性思维的表现，这种反思能使对实验原理和方案进行改进有一个理论基础。 渗透科研的一些思想方法，强调科研的严谨性：下结论时既需要胆识和勇气，但一定要有严密的理论和充分的事实做依据，并希望这种严谨能影响日后的工作和生活。 返回猜想环节，肯定正确的猜想。 五、小结： 提问：通过这堂课，你除了初步探究了加速度、力、质量之间的关系以外，你还学会了什么？（如技能、方法、感悟等）（控制变量法；数学工具的重要性；计算机处理数据；怎样正确的下一个结论；理论探究的一些思想方法；……） 展现课堂小结： 物理实验很重要，科学探究离不了； 设计实验首件事，控制变量要知道； 数学、电脑灵活用，“变曲为直”就很妙， 团结协作不能少，讨论交流共提高。