第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系 教学设计

课题人教版高中物理·必修·第一册第四章第2节实验：探究加速度与力、质量的关系课型新授课☑复习课□试卷讲评课□其他课□授课班级授课时间教学内容分析课标要求：高中物理新课程标准是现代高中物理教学的规范，在实施该标准的过程中，应不断探索新的教学理念,充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，改革教学模式，进行启发式教学，培养学生的物理学科核心素养、满足学生终生发展需求，注重课程的时代性，关注科技进步和社会发展需求。为了更好地激发学生学习的兴趣，将实施多样化教学，将物理知识与生活紧密联系，从生活走进物理，再由物理解释生活现象的方式进行教学，引导学生的自主创新和探究。教材分析：牛顿运动定律是动力学的核心内容，其中牛顿第二定律又是牛顿物理学的核心，所以让学生探究加速度与力、质量的关系，可以让他们更好的理解和构建牛顿第二定律物理思想，知道牛顿第二定律的建立具有实验基础，同时使他们体验到物理科学规律的研究方法，为下一节牛顿第二定律的进一步学习奠定基础；学情分析知识储备：学生在初中研究过电流I、电阻R、和电压U之间的关系，对于控制变量有了一定的认识，本节探究加速度与力、质量的关系仍采用这种方法，学生容易接受。在教学中，指导学生自己设计实验方案，用表格记录数据，计算机进行数据处理，在过程中穿插师生、生生之间的交流、讨论，最后让学生分组展示自己的实验，学生互评，教师点评。能力基础：这个阶段的学生处于高一阶段，他们已经有了初步的观察思考能力、实验探究能力、分析解决问题能力和归纳总结能力，但总容易忽略一些细节内容。思维能力：初步的观察思考能力、实验探究能力、分析解决问题能力和归纳总结能力核心素养物理观念：能能够判断物体加速度影响的因素。科学思维：过实验和练习归纳出应用力的平衡条件解决实际问题的基本步骤和基本方法，进一步掌握正交分解法。科学探究：通过从物理现象和实验中进行探究，归纳出简单的科学规律。科学态度与责任：意识到物理规律在现实生活中的重要作用，增强对物理学习的兴趣。教学准备实验准备活动设计教学内容教师活动学生活动评价任务活动一：展示学习目标理解加速度的大小与力和物体的质量有关。探究加速度与力和质量的关系。活动二：讲授新课在物理学中，寻找两个变量之间的关系，可以是理论推导，也可以是通过实验。本节课我们通过实验的方法来寻找加速度与所受外力及物体自身质量的关系。教师引言：通过前面的学习，我们知道只要物体的速度改变，就说物体的运动状态发生了改变，下面请同学们思考一下，有那些因素影响物体运动状态的改变呢？新课导入学生活动：思考并回答。教师活动：总结学生的回答，得出力和质量是影响物体运动状态改变的两个因素。教师活动：物体运动状态发生变化，对应物体具有加速度，得出加速度与力和质量有关的结论。学生活动：思考并产生疑问物体运动的加速度跟外力到底有什么关系？加速度与物体本身的质量到底有什么关系？教师活动：在物理学中，寻找两个变量之间的关系，可以是理论推导，也可以是通过实验。本节课我们通过实验的方法来寻找加速度与所受外力及物体自身质量的关系。（二）新课教学1、实验研究方法教师活动：让学生思考初中阶段是如何来研究电流I、电阻R、和电压U之间的关系的？学生活动：先保持一个量不变，研究另外两个量的关系，最后再综合，得出三个量之间的关系。教师活动：既然加速度与力和质量都有关，我们就可以按照这种方法来研究a与F、a与M之间的关系。2、实验过程设计（1）加速度与力的关系教师活动：请同学们猜想一下，物体的加速度与它所受的力有什么关系？试想赛车与普通小汽车质量相近，哪一个速度增加的快呢？学生活动：讨论后回答赛车速度增加的快，因为赛车安装了强大的发动机，它的牵引力大，得出加速度可能与力成正比，即a∝F。教师活动：指导学生阅读教材，明确实验的基本思路和数据处理方法：a)实验的基本思路：保持物体的质量不变，测量不同力的作用下加速度，分析加速度与力的关系；b)数据处理方法：设计表格，建立坐标系，描点，作图，使多数点在同一条直线上。设计表格如下：123456F/Na/(m/s2)（2）加速度与质量的关系教师活动：请同学们猜想一下，物体的加速度与它的质量有什么关系？试想大卡车和小汽车在相同的制动力作用下，哪一个先停下来呢？学生活动：讨论后回答小汽车先停下来，定性得出加速度可能与质量成反比，即a∝1/m。教师活动：指导学生阅读教材，明确实验的基本思路和数据处理方法：a)实验的基本思路：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加速度，分析加速度与质量的关系；b)数据处理方法：设计表格，建立坐标系，描点，作图，使多数点在同一条直线上。设计表格如下：123456(1/m)/kg-1a/(m/s2)3、实验方案设计教师活动：请同学们分析，如果要完成此实验需要测量的物理量有哪些？学生活动：加速度a,物体所受力F,物体质量m。教师活动：请同学们思考如何借助所学知识实现对加速度a的测量？可以进行讨论。学生活动：讨论并提出见解。1）让物体做初速度为0的匀加速直线运动，用刻度尺测量位移并用秒表测量时间，然后由a=2x/t2可以计算出a。2）在运动物体上安装一条打点计时器的纸带，根据纸带上打出来的点就可以计算出a。教师活动：这些方法都可以定量测量出加速度具体数值，我们也可以不测加速度具体数值，因为我们探究的是加速度与其他量之间的比例关系，因此，测量不同情况下物体加速度的比值即可。学生活动：思考并分析：由于a=2x/t2，如果测出两个初速度为0的匀加速运动在相同的时间内发生的位移x1、x2，位移之比即为加速度之比，即a1/a2=x1/x2。把对加速度的测量转化为对位移的测量。教师活动：请同学们讨论两个问题：1）在质量不变的条件下来探究加速度与力的关系，如何来控制力的变化？2）在力不变的条件下来探究加速度与质量的关系，如何来控制物体质量的变化？学生活动：讨论并发言。教师活动：进行总结，并要求学生通过思考、讨论来设计实验方案。学生活动：设计实验方案。教师活动：对学生设计的不同方案进行点评，并做适当补充，然后从中挑选出几个切实可行的实验方案。教师活动：数据处理可以采用表格，建立坐标系，描点，绘图的方法，也可以采用将表格中的数据输入到计算机Excel表格中，进行拟合，参考教材32页用计算机绘制v~t图像的方法。教师活动：让学生进行分组实验。学生活动：挑选合适的实验器材，组装并进行实验。4、实验结果展示学生活动：展示本小组的实验，介绍所采用的实验方案、采用的数据处理方法、经过分析得到的结论。学生进行互评。教师活动：对各小组学生的实验进行点评，对表现突出的小组，给予表扬。并对学生拟合的图线中，直线不过坐标原点，进行讨论分析。（三）课堂训练在做“验证牛顿第二定律”的实验时，计算出各纸带的加速度后，将测得的加速度与力的有关数据记录在表1中，将测得的加速度与质量的有关数据记录在表2中。表1F/N1．002．003．004．00a/(m/s2)1．984．065．958．12表2(1/m)/kg-10．500．670．801．00a/(m/s2)2．042．663．233．98（1）根据表中所列数据，分别画出a-F图象和a-(1/m)图象。（2）从图象可以判定：当m一定时，a与F的关系为——————；当F一定时，a与1/m的关系为——————。（3）由a-F图象可知，m=——————。（4）由a-(1/m)图象可知，F=——————。（四）课堂小结本节课我们应用实验探究了加速度与物体所受的力、物体质量的关系，采用了控制其中一个物理量不变的情况下来研究另外两个量之间的关系的方法，让同学们体验了科学探究的过程。然而物理学的规律不是通过有限的几个实验“归纳”出来的，它们之所以正确，归根结底是因为由它们得出的许许多多结论都与事实一致。（五）板书设计实验：探究加速度与力、质量的关系一、研究方法：先保持一个量不变，研究另外两个量的关系，最后