42《實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》教案(新人教版必修1)_

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1、 4.2 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 從容說課 新課標(biāo)和教學(xué)大綱一個(gè)很大不同就是新課標(biāo)注重的是對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、探索能力、自己總結(jié)觀察現(xiàn)象的能力加強(qiáng)了，以這一節(jié)課為例，以前是驗(yàn)證牛頓第二定律，注重的是知識(shí)的再現(xiàn)；而現(xiàn)在變?yōu)樘骄考铀俣扰c力、質(zhì)量之間的關(guān)系，注重的是問題的提出與發(fā)現(xiàn).本節(jié)課以實(shí)驗(yàn)的形式出現(xiàn)，不僅鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，更重要的是如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，如何提出問題，這些才是現(xiàn)代中學(xué)生最應(yīng)該掌握的方法和技巧.實(shí)驗(yàn)過程中要引導(dǎo)學(xué)生自己獨(dú)立完成實(shí)驗(yàn)，獨(dú)立進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理，最后討論實(shí)驗(yàn)結(jié)果，看在哪些方面做得好，哪些方面存在問題.應(yīng)該放手讓學(xué)生自主設(shè)

2、計(jì)實(shí)驗(yàn)，即使實(shí)驗(yàn)方案不符合要求，也要加以鼓勵(lì)，因?yàn)閷W(xué)生在設(shè)計(jì)和實(shí)際操作過程中的體驗(yàn)是很重要的.這節(jié)課的教學(xué)可以打破以前傳統(tǒng)的一節(jié)課進(jìn)行45分鐘的方法，把兩節(jié)課連在一起放在實(shí)驗(yàn)室里進(jìn)行.用大約一節(jié)課的時(shí)間進(jìn)行分析設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，找出可行的實(shí)驗(yàn)方案，在剩余的時(shí)間進(jìn)行實(shí)際的操作.操作過程中要時(shí)刻注意學(xué)生可能出現(xiàn)的問題，加以糾正，并指導(dǎo)學(xué)生用計(jì)算機(jī)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理. 三維目標(biāo) 知識(shí)與技能 1.理解物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關(guān)，也與質(zhì)量有關(guān). 2.通過實(shí)驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系. 3.培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力. 過程與方法 1.指導(dǎo)學(xué)生半

3、定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關(guān)系.知道用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn). 2.學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自己根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn). 3.對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，看一下實(shí)驗(yàn)結(jié)果能驗(yàn)證什么問題. 情感態(tài)度與價(jià)值觀 1.通過探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)事求是、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度. 2.通過實(shí)驗(yàn)探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神. 3.培養(yǎng)與人合作的團(tuán)隊(duì)精神. 教學(xué)重點(diǎn) 1.控制變量法的使用. 2.如何提出實(shí)驗(yàn)方案并使實(shí)驗(yàn)方案合理可行. 3.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理. 教學(xué)難點(diǎn) 1.如何提出實(shí)驗(yàn)方案并使實(shí)驗(yàn)方案合理可行. 2.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與

4、處理. 教具準(zhǔn)備 多媒體課件，小車，一端帶滑輪長(zhǎng)木板、帶小鉤或小盤的細(xì)線兩條；鉤碼（規(guī)格：10 g、20 g，用作牽引小車的力）；砝碼（規(guī)格：50 g、100 g、200 g，用來改變小車的質(zhì)量）；刻度尺；文件夾；粗線繩（用來牽引小車）.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、紙帶、氣墊導(dǎo)軌、微機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套. 課時(shí)安排 2課時(shí) 教學(xué)過程 ［新課導(dǎo)入］ 利用多媒體投影圖4－2－1： 圖4－2－1 分組定性討論 組1：物體質(zhì)量一定，力不同，物體加速度有什么不同？ 組2：力大小相同，作用在不同質(zhì)量的物體上，物體加速度有什么不同？ 師：請(qǐng)組1的代

5、表回答一下你們討論的結(jié)果. 組1生：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度應(yīng)該隨著力的增大而增大. 師：請(qǐng)組2的代表回答你們組討論的問題. 組2生：當(dāng)力大小相同時(shí)，物體質(zhì)量越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難以改變，所以質(zhì)量越大，加速度越小. 師：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變快慢取決于哪些因素？定性關(guān)系如何？ 生1：應(yīng)該與物體的質(zhì)量和物體所受的力有關(guān)系.力越大，加速度越大；質(zhì)量越大，加速度越小. 生2：這里指的力應(yīng)該是物體所受的合力，以上圖為例，物體所受的重力和支持力相等，不參與加速度的提供. 師：剛才進(jìn)行多媒體演示時(shí)一次是固定力不變，一次是固定質(zhì)量不變，這樣做有什么好處呢？ 生：方便我們的研究. 師：這是研究多

6、個(gè)變量之間關(guān)系的非常好的方法，我們把它稱作控制變量法.我們以前在什么地方學(xué)到過這種方法？ 生1：在初中我們?cè)谔骄课矬w的密度與質(zhì)量、體積之間的關(guān)系時(shí). 生2：在研究電流與電壓、電阻的關(guān)系時(shí). 師：好，我們這節(jié)課就用這種方法進(jìn)行探究加速度和力、質(zhì)量之間的關(guān)系. ［新課教學(xué)］ 一、加速度與力的關(guān)系 師：設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量物體在各個(gè)不同的力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系.大家分組討論并且每組設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，并說明實(shí)驗(yàn)的原理. 分組討論 組1生1：我們是根據(jù)課本上的參考案例設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的（在投影儀上展示實(shí)驗(yàn)裝置如圖4－2－2）. 圖4－2－2 組1生2：

7、我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理如下：因?yàn)閮蓚€(gè)小車的初速度都為零，拉力大小不同，但對(duì)每個(gè)小車來說保持不變，所以小車應(yīng)該做勻加速直線運(yùn)動(dòng).根據(jù)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式x=at2可知，加速度和位移成正比，只要測(cè)量位移就可以得到加速度與受力之間的關(guān)系，力的大小可以根據(jù)盤中的砝碼求出來. 師：下面請(qǐng)組2的代表發(fā)言. 組2生1：我們?cè)O(shè)計(jì)的方法和組1的差不多，我們是用了一輛小車，小車后面連接一紙帶，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)所打的點(diǎn)計(jì)算小車的加速度，然后再看所受的力和加速度的關(guān)系. 組2生2：為了消除摩擦力的影響，我們?cè)谀景逑旅鎵|了一個(gè)小木塊，當(dāng)小車沒有拉力時(shí)讓它在木板上勻速運(yùn)動(dòng). 師

8、：這個(gè)同學(xué)的想法很好，這樣小車受到的繩子的拉力就等于小車受到的合力，下面請(qǐng)組3的同學(xué)代表發(fā)言. 組3生1：前面兩組的同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)都是物體的初速度為零，我們可以利用氣墊導(dǎo)軌設(shè)計(jì)一個(gè)更為一般的方法，讓導(dǎo)軌傾斜不同的角度，滑塊所受的力就是重力的分力，讓滑塊滑過軌道中間的兩個(gè)光電門，記錄經(jīng)過光電門的速度和兩個(gè)光電門的距離，根據(jù)公式x=可以求出加速度的大小，從而可以得到加速度和力的關(guān)系. 師：好的，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前還應(yīng)該先設(shè)計(jì)自己的實(shí)驗(yàn)表格來記錄一下自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù).那么你是怎樣設(shè)計(jì)表格使你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得以記錄的呢？ 生1：水平面長(zhǎng)木板與小車，車后用繩控制小車運(yùn)動(dòng)，兩車質(zhì)量相同.表格設(shè)計(jì)如下： 參考

9、表格 小車1 小車2 次數(shù) 拉車砝碼（g） 位移x1/cm 拉車砝碼（g） 位移x2/cm 1 2 3 4 5 生2：用一輛小車，測(cè)量加速度 次數(shù) 拉車砝碼（g） 加速度a1 拉車砝碼（g） 加速度a2 1 2 3 4 5 師：好，現(xiàn)在大家就根據(jù)自己設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把數(shù)據(jù)填入設(shè)計(jì)的表格內(nèi). 學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，老師巡回指導(dǎo)，幫助實(shí)力較弱的小組完成實(shí)驗(yàn) 師：現(xiàn)在請(qǐng)各小組簡(jiǎn)要進(jìn)行一下實(shí)驗(yàn)

10、報(bào)告. 組1生1：我們根據(jù)課本上的參考案例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橐阎≤嚨募铀俣群臀灰瞥烧龋ㄟ^驗(yàn)證位移和受力之間的關(guān)系，即可得出加速度和受力的關(guān)系. 師：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是怎樣進(jìn)行處理的呢？ 組1生2：我用的是位移和對(duì)應(yīng)力的比值. 組1生3：通過我們的討論，我們發(fā)現(xiàn)用作圖的方法能更好地表示位移（即加速度）和力的關(guān)系.關(guān)系圖表如圖4－2－3所示： 圖4－2－3 可得在研究物體質(zhì)量不變的情況下，物體的加速度與物體所受的外力成正比. 組2生：我們通過處理小車后面的紙帶，計(jì)算出小車的加速度，通過作圖驗(yàn)證了小車的加速度和物體所受的合力成正比. 組3生：我們用氣墊導(dǎo)軌作出的加速度和所受力的關(guān)系圖

11、象，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是圖象非常接近一條過原點(diǎn)的直線. 師：大家做得都非常好，那么你們?cè)趯?shí)驗(yàn)中遇到的困難是什么呢？能不能想出辦法來克服？ 組1生：當(dāng)拉小車的砝碼的質(zhì)量較大時(shí)，繩子容易打滑，從而影響了位移的測(cè)量.我們用松香涂抹在繩子上，效果不錯(cuò). 組2生：我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)問題，即當(dāng)砝碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量差不多時(shí)，a－F圖象不能再是一條直線，而是發(fā)生了彎曲. 師：這組同學(xué)的問題非常好，實(shí)際上砝碼和盤的重力并不嚴(yán)格等于小車受到的拉力，簡(jiǎn)單證明如下：設(shè)砝碼及盤的質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，則分別對(duì)它們進(jìn)行受力分析，對(duì)小車，受拉力和摩擦力，對(duì)砝碼和盤，受重力和拉力，那么它們之間的關(guān)系是什么呢？如

12、果相等，根據(jù)物體受合力為零則物體做勻速運(yùn)動(dòng)，而實(shí)際上砝碼及盤實(shí)際的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是做加速運(yùn)動(dòng)，所以說重力和拉力并不相等，而是應(yīng)該重力大于拉力，而我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中認(rèn)為二者相等，所以實(shí)驗(yàn)的誤差有一部分來源于此.控制的方法就是盡可能地使砝碼和盤的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及砝碼的質(zhì)量，具體的分析方法我們將在下一節(jié)學(xué)到. 組3生：雖然用氣墊導(dǎo)軌做實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較精確，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理比較復(fù)雜. 師：我們可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使數(shù)據(jù)處理變得簡(jiǎn)單化，大家在課下討論一下看如何用數(shù)據(jù)處理軟件處理實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù). 師：以上我們是通過控制物體的質(zhì)量不變來探究物體的加速度與物體所受力之間的關(guān)系，下面同學(xué)們繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，通過控制物體所

13、受的力不變來探究物體的加速度和質(zhì)量的關(guān)系. 二、加速度與質(zhì)量的關(guān)系 學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，老師巡回指導(dǎo)，幫助實(shí)力較弱的小組實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn) 由于和以上的實(shí)驗(yàn)方法非常類似，所以可以直接讓學(xué)生得出結(jié)論. 師：大家得出的結(jié)論是什么？ 生：物體加速度在物體受力不變時(shí)，和物體的質(zhì)量成反比. 師：這時(shí)候我們應(yīng)該怎樣通過圖象來驗(yàn)證問題呢？ 生：我們?nèi)绻鱝－M圖象則圖象是曲線，我們可以作a－1／M圖象來解決這個(gè)問題，物體的加速度和質(zhì)量成反比，所以a－1／M圖象應(yīng)該是一條過原點(diǎn)的直線. 三、由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的結(jié)論 師：通過大家的實(shí)驗(yàn)，排除誤差的影響，大家討論總結(jié)一下加速度和物體所受的力以及物體質(zhì)量之間的關(guān)系.

14、 【分組討論】 生1：我們可以得出這樣的結(jié)論：物體的加速度和物體所受的力成正比，和物體的質(zhì)量成反比. 生2：應(yīng)該是和物體所受的合力成正比. 生3：我想力是矢量，加速度也是矢量，加速度的方向應(yīng)該和物體所受力的方向相同. 師：（總結(jié)）大家的發(fā)言非常好，那么我們得出的結(jié)論是不是一個(gè)定理性的結(jié)論呢？?jī)H靠少量的實(shí)驗(yàn)是不行的，應(yīng)該通過更為精確的實(shí)驗(yàn)和更多次的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證明，不過我們大家在現(xiàn)有水平下能夠得出這個(gè)結(jié)論是非常了不起的，這是我們下節(jié)課要學(xué)的牛頓第二定律的內(nèi)容. 【課堂訓(xùn)練】 在水平路面上，一個(gè)大人推一輛重車，一個(gè)小孩推一輛輕車，各自做勻加速運(yùn)動(dòng)（阻力不計(jì)）.甲、乙兩同學(xué)在一起議論，

15、甲同學(xué)說：大人推力大，小孩推力小，因此重車的加速度大.乙同學(xué)說，重車質(zhì)量大，輕車質(zhì)量小，因此輕車的加速度大.你認(rèn)為他們的說法是否正確？請(qǐng)簡(jiǎn)述理由. 答：甲、乙兩同學(xué)的結(jié)論和理由都不全面和充分，物體的加速度決定于物體所受的合外力和物體的質(zhì)量.大人的推力雖然大，但車的質(zhì)量也大，因此重車的加速度也不一定就大.小車的質(zhì)量小，但是小孩的推力也小，因而輕車的加速度也不一定大.判斷誰的加速度大，必須看各自的質(zhì)量和合外力. ［小結(jié)］ 本節(jié)我們學(xué)習(xí)了： 1.力是物體產(chǎn)生加速度的原因. 2.用控制變量法探究物體的加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法. 3.物體的質(zhì)量一定時(shí)，合外力越大，物體的加速

16、度也越大；合外力一定時(shí)，物體的質(zhì)量越大，其加速度越小，且合外力的方向與加速度的方向始終一致. 4.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法. ［布置作業(yè)］ 1.完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告. 2.設(shè)計(jì)一種方案，測(cè)量自行車啟動(dòng)時(shí)的平均加速度. ［課外訓(xùn)練］ 1.甲、乙兩同學(xué)在“探究加速度與合外力F的關(guān)系”時(shí)，分別得到如圖4－2－4所示的圖象，這說明了什么？ 圖4－2－4 2.關(guān)于本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)操作，下列說法中符合實(shí)際的是 A.通過同時(shí)改變小車的質(zhì)量m及受到的拉力F的研究，能歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 B.通過保持小車質(zhì)量不變，只改變小車的拉力的研究，就可以歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 C.通

17、過保持小車受力不變，只改變小車質(zhì)量的研究，就可以得出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 D.先不改變小車質(zhì)量，研究加速度與力的關(guān)系；再不改變小車受力，研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，最后歸納出加速度、力、質(zhì)量三者之間的關(guān)系 3.在做實(shí)驗(yàn)時(shí)，首先要細(xì)心地調(diào)整裝置，以使小車做勻速運(yùn)動(dòng)，然后才進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，這樣做的目的何在？ 參考答案 1.答：甲、乙兩物體質(zhì)量不同，且m甲