高中物理-实验：探究加速度与力质量的关系教学设计学情分析教材分析课后反思

人教版必修一物理第四章第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》教学设计课前案2实验：探究加速度与力、质量的关系一、实验目的学会用控制变量法探究物理规律．全面正确地认识加速度与力、质量的关系．二、实验原理1．加速度是表示物体运动速度变化快慢的物理量．根据事实经验，加速度与物体的质量有关．物体受力一定时，质量越小，加速度就越大．加速度还与物体受力的大小有关，物体质量一定时，受力越大，其加速度越大．2．控制变量法：加速度a和质量m、受力F都有关系．研究它们之间的关系时，先保持质量不变，测量物体在不同力的作用下的加速度，分析加速度与力的关系；再保持物体所受的力相同，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．这种先控制一个参量不变，研究其余参量之间变化关系，再控制另一个参量不变，研究其余参量之间变化关系的方法叫控制变量法．三、实验器材砝码，一端有定滑轮的长木板，细线，纸带，导线，夹子，小盘，天平，小车，打点计时器，交流电源，复写纸，刻度尺.课中案探究一、实验步骤1．用天平测出小车和重物的质量分别为M0、m0，并把数值记录下来．2．按图1将实验器材安装好(小车上不系绳)．图1图13．平衡摩擦力，在木板无滑轮的一端下面垫一薄木板，反复移动其位置，直到打点计时器正常工作后不挂重物的小车在斜面上做匀速直线运动为止(纸带上相邻点间距相等)．4．将重物通过细绳系在小车上，接通电源放开小车，用纸带记录小车的运动情况；取下纸带并在纸带上标上号码及此时所挂重物的重力m0g.5．保持小车的质量不变，改变所挂重物的重力，重复步骤4，多做几次实验，每次小车从同一位置释放，并记录好重物的重力m1g、m2g…以及计算出相应纸带的加速度填入表格1.表格1物体的质量一定，加速度与受力的关系实验次数加速度a/(m·s－2)小车受力F/N123456.保持托盘中所放重物的质量不变，在小车上加放砝码，并测出小车与所放砝码的总质量M，接通电源，放开小车，用纸带记录小车的运动情况，取下纸带并在纸带上标上号码．7．继续在小车上加放砝码，重复步骤6，多做几次实验，在每次得到的纸带上标上号码．8．计算出每次实验所得纸带的加速度值及小车与砝码的总质量填入表格2.表格2物体受到的外力一定，加速度与质量的关系实验次数加速度a/(m·s－2)小车与砝码总质量M/kg小车与砝码总质量的倒数eq\f(1,M)/kg－112345探究二、数据处理1．分析加速度和力的关系依据表格1，以加速度a为纵坐标，以外力F为横坐标，作出a－F关系图象，如图2所示，由此得出结论．图2图22．分析加速度和质量的关系依据表格2，以加速度a为纵坐标，以小车及砝码的总质量M或eq\f(1,M)为横坐标作出a－M或a－eq\f(1,M)关系图象，如图3所示，据图象可以得出结论．图3图33．实验结论：物体的加速度与作用在物体上的合外力成正比，与物体的质量成反比．探究三、误差分析1．因实验原理不完善造成系统误差本实验中用所挂重物的重力代替小车受到的拉力，实际上小车受到的拉力要小于所挂重物的重力，存在系统误差．所挂重物的质量比小车的质量越小，误差越小；反之误差越大．2．因操作不够准确造成的偶然误差(1)质量的测量误差．(2)测量纸带上各点间的距离的误差(读数误差)．(3)绳或纸带与木板不平行造成的误差．(4)平衡摩擦力不准确造成的误差．平衡过度使小车合外力偏大，平衡不够使小车的合外力偏小，此时要注意匀速运动是恰好平衡摩擦力的标志．四、注意事项1．平衡摩擦力时不要挂重物．整个实验平衡了摩擦力后，不管以后是改变盘和砝码的质量，还是改变小车及砝码的质量，都不需要重新平衡摩擦力．2．实验中必须满足小车和砝码的总质量远大于小盘和砝码的总质量．只有如此，砝码和小盘的总重力才可视为与小车受到的拉力相等．3．各纸带上的加速度a，都应是该纸带上的平均加速度．4．作图象时，要使尽可能多的点在所作直线上，不在直线上的点应尽可能对称分布在所作直线两侧．离直线较远的点是错误数据，可舍去不予考虑．5．释放时小车应靠近打点计时器且先接通电源再放开小车．探究四、实验过程、实验数据的处理的理解图4典例1：如图4所示是某同学探究加速度与力、质量的关系时，已接通电源正要释放纸带时的情况，请你指出该同学的五个差错；图4(1)电源________；(2)电磁打点计时器位置________；(3)滑轮位置________；(4)小车位置________；(5)长木板__________________．典例2：某实验小组利用如图5所示的实验装置来探究当合外力一定时，物体运动的加速度与其质量之间的关系.图5图5(1)由刻度尺读出两个光电门中心之间的距离x，已知遮光条的宽度为d.该实验小组在做实验时，将滑块从图中所示位置由静止释放，由数字计时器可以读出遮光条通过光电门1的时间Δt1和通过光电门2的时间Δt2，则滑块经过光电门1时的瞬时速度的表达式v1＝________，滑块经过光电门2时的瞬时速度的表达式v2＝________，则滑块的加速度的表达式a＝_______________.(均用上述字母表示)(2)在本次实验中，实验小组通过改变滑块的质量总共做了6组实验，得到如表所示的实验数据．通过分析表中数据后．你得出的结论是___________________.m/ga/m·s－22502.023001.653501.334001.255001.008000.63(3)现需通过图象进一步验证你的结论，请利用表格数据，在坐标系中描点作出相应图象．课后案达标检测1．(多选)用如图1所示的装置探究加速度a与力F、质量M的关系，下列说法中正确的是()图1图1A．连接沙桶和小车的轻绳应和长木板保持平行B．将电火花计时器接在6V的交流电源上，先接通电源，后放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量C．在探究a与质量M的关系时，作出a－eq\f(1,M)图象能更直观地判断二者间的关系D．轻绳对小车的拉力一定等于砝码和沙桶的总重力2．(多选)如图2所示是某同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是()图2图2A．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C．形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D．形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小3．用如图3所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：图3图3A．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量B．按图示装好实验器材C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶D．将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车的质量E．保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值G．作a－M关系图象，并由图象确定a与M关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在________步实验之后．(2)在上述步骤中，有错误的是______，应把__________________________改为_____(3)在上述步骤中，处理不恰当的是________，应把________改为________．图44．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，我们得到了如图4所示的两个实验图象a、b，描述加速度与质量关系的图线是________，描述加速度与力的关系的图线是________．图4图55．某探究学习小组的同学们要验证“牛顿运动定律”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砝码盘．实验时，调整轨道的倾角正好能平衡小车所受的摩擦力(图5中未画出)．图5(1)该实验中小车所受的合力________(选填“等于”或“不等于”)力传感器的示数，该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？________(选填“需要”或“不需要”)(2)实验获得以下测量数据：小车、力传感器和挡光板的总质量M，挡光板的宽度L，光电门1和2的中心距离为S.某次实验过程：力传感器的读数为F，小车通过光电门1和2的挡光时间分别为t1、t2(小车通过光电门2后，砝码盘才落地)，已知重力加速度为g，则该实验要验证的关系式是__________________．人教版必修一第四章第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》学情分析本节课所面对的是高一上学期的学生，这个年龄段的学生思维活跃，有较强的求知欲，具有一定的分析问题解决问题能力，也具备进行实验探究设计和数据处理的相关知识。但在实验步骤、实验原理和误差分析等方面考虑问题思维不严密，对探究如何平衡摩擦力，平衡后的标志，以及平衡后再次实验时还是否需要重新平衡等问题上还有一定的认知难度。这就需要恰当的引导、合理的解释和明确的目标，针对这一特征，在教学中，通过视频引入，教师演示，分层创设问题情景，运用直观的多媒体教学，让学生在合作交流自主探究的过程中探索实验过程，然后再用提供的器材引导学生分析不同的探究思路。人教版必修一第四章第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》效果分析本节课教学，教师充分体现了以学生为主体，教师为主导的教育教学思想和理念，适时引导学生分析实验步骤的形成过程，继而以探究合作的方式对本节涉及的重、难点进行探讨、梳理与评价，学生全程参与问题的研究，思维活跃，激情四溢，顺利把握了重点，攻克了难点。通过当堂检测证明，学生出色的完成了本节的学习任务。我认为本节课有以下五个方面做得比较成功：1．通过视频进行情境引入，容易激发学生的学习兴趣和求知欲；2．探究实验方案的时候，通过提出具有层级性的问题层层推进，有目标地解决了各个难点，符合学生的学习规律；3．自主探究，合作探究进行实验等环节充分调动了学生参与课堂的积极性，把学习的主动权交给学生；4．实验数据的处理、利用图像解决数据；形象直观，培养了学生进行数据处理的能力，同时也锻炼了学生严密的逻辑推理能力；5其他实验方案的设计探究开阔了学生的视野，培养了学生探究新知的思路、解决问题的能力人教版高中物理必修一第四章第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》教材分析牛顿第二定律是在实验基础上建立起来的重要规律，它是动力学的核心规律，也是学习其它动力学规律的基础。在《普通高中物理课程标准》共同必修模块“物理1”中涉及本节的内容有：“通过实验，探究加速度与物体质量、物体受力的关系，理解牛顿第二定律。”本条目要求学生通过实验，探究加速度、质量、力三者的关系，强调让学生经历实验探究过程。本节课的目的就是要让学生知道牛顿第二定律如何得出的通过初中物理的学习，科学探究的思想必然对学生产生很深的影响，但学生还是受其影响较大的还是科学探究的几个要素。在高中阶段，我们应该努力让学生体会探究的实施。牛顿第一定律告诉我们：物体的运动状态及其改变是由它所受的力决定的，运动状态改变的难易程度又与其自身的质量有关。我们知道加速度是描述物体运动状态变化的基本物理量，那么，物体运动的加速度一定是由物体所受的力，以及自身的质量决定的。于是，探究加速度与力、质量的定量关系就是自然而又十分必要的。实验思路，让学生集合自身的生活经验和一些常识，对加速度与力、加速度与质量间的定量关系进行合理的猜想，，数据的处理，因为正反比关系用图像处理比较直观，所以实验用图像的方法处理数据。a-m间的双曲线关系不能准确、直观看出，建议用1/m的数据作为横坐标，能使问题变得简单。这一处理方法将会对学生的思维和心理产生深刻的影响。加速度的测量用打点计时器进行试验和测量是较为可行的，这时要解决的问题就是如何提供恒力和“消除”摩擦力，教师示范，通过教师的说明和示范操作，为学生顺利完成试验打下基础。一、教学目标知识与技能1．探究加速度与力的关系．2．探究加速度与质量的关系．3．掌握利用图象处理数据方法．过程与方法1．明确实验的目的，根据提供的实验器材、结合课本的参考案例确定自己的探究方案，列出实验步骤．2．进行实验并做好实验记录，用数学知识进行数据处理，形成结论．3．就实验结论与同学交流，对结论的可靠性进行评估，最后形成正确的结论．情感、态度与价值观在科学探究中学会并善于与他人合作，积极与他人交流经验，敢于坚持正确的观点，勇于修正错误，培养协作的意识．二、教学重点、难点1.重点：试验数据的获取和处理方法2.难点：探索过程的组织和适当引导.人教版必修一第四章第2节《实验：探究加速度与力、质量的关系》达标检测图11．(多选)用如图1所示的装置探究加速度a与力F、质量M的关系，下列说法中正确的是()图1A．连接沙桶和小车的轻绳应和长木板保持平行B．将电火花计时器接在6V的交流电源上，先接通电源，后放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车质量C．在探究a与质量M的关系时，作出a－eq\f(1,M)图象能更直观地判断二者间的关系D．轻绳对小车的拉力一定等于砝码和沙桶的总重力图22．(多选)如图2所示是某同学根据实验数据画出的图象，下列说法中正确的是()图2A．形成图甲的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大B．形成图乙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小C．形成图丙的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过大D．形成图丁的原因是平衡摩擦力时长木板倾角过小3．用如图3所示的装置研究在作用力F一定时，小车的加速度a与小车质量M的关系，某位同学设计的实验步骤如下：图3图3A．用天平称出小车和小桶及内部所装砂子的质量B．按图示装好实验器材C．把轻绳系在小车上并绕过定滑轮悬挂砂桶D．将电磁打点计时器接在6V电压的蓄电池上，接通电源，放开小车，打点计时器在纸带上打下一系列点，并在纸带上标明小车的质量E．保持小桶及其中砂子的质量不变，增加小车上的砝码个数，并记录每次增加后的M值，重复上述实验F．分析每条纸带，测量并计算出加速度的值G．作a－M关系图象，并由图象确定a与M关系(1)该同学漏掉的重要实验步骤是________，该步骤应排在________步实验之后．(2)在上述步骤中，有错误的是______，应把__________________________________________________改为________．(3)在上述步骤中，处理不恰当的是________，应把________改为________．图44．在“探究加速度与力、质量的关系”实验中，我们得到了如图4所示的两个实验图象a、b，描述加速度与质量关系的图线是________，描述加速度与力的关系的图线是________．图4图55．某探究学习小组的同学们要验证“牛顿运动定律”，他们在实验室组装了一套如图所示的装置，水平轨道上安装两个光电门，小车上固定有力传感器和挡光板，细线一端与力传感器连接，另一端跨过定滑轮挂上砝码盘．实验时，调整轨道的倾角正好能平衡小车所受的摩擦力(图5中未画出)．图5(1)该实验中小车所受的合力________(选填“等于”或“不等于”)力传感器的示数，该实验是否需要满足砝码和砝码盘的总质量远小于小车的质量？________(选填“需要”或“不需要”)(2)实验获得以下测量数据：小车、力传感器和挡光板的总质量M，挡光板的宽度L，光电门1和2的中心距离为S.某次实验过程：力传感器的读数为F，小车通过光电门1和2的挡光时间分别为t1、t2(小车通过光电门2后，砝码盘才落地)，已知重力加速度为g，则该实验要验证的关系式是________________________________________________．人教A版必修四第3章第1节《两角差的余弦公式》课后反思本节教学设计体现了问题教学观，使学生从自主探究知识的形成过程中掌握了知识，培养了能力，体会到了物理实验教学的方法；从与同学、老师合作学