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1、必修一4.2實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關系
一、教材分析
這是一節(jié)學生實驗課，目的是為了讓學生體會物理探究過程中所用的科學方法。書中沒有給出確定的實驗方案，要學生自己設計，但是給出了實驗的基本思路：控制變量法。學生在初中已經(jīng)接觸過控制變量法，難度應該不大。
二、教學目標
.知識與技能
1 .理解物體運動狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關，也與質(zhì)量有關.
2 .通過實驗探究加速度與力和質(zhì)量的定量關系.
3 .培養(yǎng)學生動手操作能力.
過程與方法
1 .指導學生半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關系，知道用控制變量法進行實驗.
2 .學生自己設計實驗，自己根據(jù)自己的實驗設計進
2、行實驗.
3 .對實驗數(shù)據(jù)進行處理，看一下實驗結(jié)果能驗證什么問題，
情感態(tài)度與價值觀
1 .通過探究實驗，培養(yǎng)實事求是、尊重客觀規(guī)律的科學態(tài)度.
2 .通過實驗探究激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)新精神.
（2）培養(yǎng)與人合作的團隊精神.
三、教學重難點
教學重點
1 .控制變量法的使用.
2 .如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行.
3 .實驗數(shù)據(jù)的分析與處理.
教學難點
1 .如何提出實驗方案并使實驗方案合理可行.
2 .實驗數(shù)據(jù)的分析與處理.
四、學情分析
學生對控制變量法應以掌握，關鍵是實驗設計，實驗操作能力不強，應讓其做好充分的課前預習
五、教學方法
探究、講授、
3、討論、練習
六、課前準備
多媒體課件，小車（20輛，每輛車上貼上質(zhì)量為200g,貼上“參照車”與“實驗車”字樣）,一端帶有滑輪的長木板（20個），一次性小塑料口杯及棉線套（20個，質(zhì)量可忽略），50g規(guī)格鉤碼10盒（每盒10個），托盤天平祛碼20盒，刻度尺（米尺），線繩若干，鐵文件夾10個，計算機和大屏幕投影系統(tǒng)一套，計算器。
七、課時安排
1課時
八、教學過程
（一）預習檢查、總結(jié)疑惑
（二）情境導入、展示目標
利用多媒體投影圖4一2一1；
Fg Ft
田4-2-1
分組定性討論
組I: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)
4、量的物體上，物體加速度有什么不同？
師：請組1的代表回答一下你們討論的結(jié)果.
組1生：當物體質(zhì)量一定時，物體的加速度應該隨著力的增大而增大.
師：請組2的代表回答你們組討論的問題，
組2生：當力大小相同時，物體質(zhì)量越大，運動狀態(tài)越難以改變，所以質(zhì)量越大，加速度越小.
師：物體運動狀態(tài)改變快慢取決于哪些因素?定性關系如何？
生1：應該與物體的質(zhì)量和物體所受的力有關系,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：剛才進行多媒體演示時一次是固定力不變，一次是固定質(zhì)量不變，這樣做有什
5、么好處呢？
生：,方便我們的研究.
師：這是研究多個變量之間關系的非常好的方法，我們把它稱作控制變量法.我們以前在什么地方學到過這種方法？
生1：在初中我們在探究物體的密度與質(zhì)量、體積之間的關系時
生2：在研究電流與電壓、電阻的關系時.
師：好，我們這節(jié)課就用這種方法進行探究加速度和力、質(zhì)量之間的關系.
首先來看本屆的學習目標
知識與技能
1 .理解物體運動狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關，也與質(zhì)量有關.
2 .通過實驗探究加速度與力和質(zhì)量的定量關系.
3 .培養(yǎng)學生動手操作能力.
過程與方法
1 .指導學生半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關系，知道用控制變量法進
6、行實驗.
2 .學生自，己設計實驗，自己根據(jù)自己的實驗,設計進行實驗.
3 .對實驗數(shù)據(jù)進行處理，看一下實驗結(jié)果能驗證什么問題，
情感態(tài)度與價值觀
1 .通過探究實驗，培養(yǎng)實事求是、尊重客觀規(guī)律的科學態(tài)度.
2 .通過實驗探究激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)新精神.
3 .培養(yǎng)與人合作的團隊精神.
（三）合作探究、精講點撥
一、加速度與力的關系
師：設計一個實驗，保持物體的質(zhì)量不變，測量物體在各個不同的力的作用下的加速度,分析加速度與力的關系,大家分組討論并且每組設計一個實驗方案，并說明實驗的原理.
分組討論
組1生1：我們是根據(jù)課本上的參考案例設計實驗的（在投影儀上展示實驗裝置如圖
7、4-2
-2）.?4-2-2
組1生2：我們設計實驗的實驗原理如下；因?為兩個小車的初速度都為零，拉力大小不同，但對每個小車來說保持不變，所以小車應該做勻加速直線運動.根據(jù)初速度為零的勻加速直線運動的位移公式又=毗72可知，加速度和位移成正比，只要測量位移就可以得到加速度與受力之間的關系，力的大小可以根據(jù)盤中的祛碼求出來.
師：下面請組2的代表發(fā)言.
組2生1；我們設計的方法和組1的差不多，我們是用了一輛小車，小車后面連接一紙帶,用打點計時器記錄小車的運動情況，根據(jù)所打的點計算小車的加速度，然后再看所受的力和加速度的關系.
組2生2：為了消除摩擦力的影響，我們在木板下面墊了一個小木塊
8、，當小車沒有拉力時讓它在木板上勻速運動.
師：這個同學的想法很好，這樣小車受到的繩子的拉力就等于小車受到的合力，下面請組3的同學代表發(fā)言.
組3生1：前面兩組的同學設計實驗時都是物體的初速度為零，我們可以利用氣墊導軌設計一個更為一般的方法，讓導軌傾斜不同的角度，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光電門，記錄經(jīng)過光電門的速度和兩個光電門的距離，根據(jù)公式x=（va-v力/2a可以求出加速度的大小，從而可以得到加速度和力的關系.
師：好的，在進行實驗之前還應該先設計自己的實驗表格來記錄一下自己的實驗數(shù)據(jù).那么你是怎樣設計表格使你的實驗數(shù)據(jù)得以記錄的呢？
生L水平面長木板與小
9、車，車后用繩控制小車運動，兩車偵量相同.表格設計如下：
參考表格
生用輛車，量速
小車1
小車2
2：
小測加度
次數(shù)
拉車祛碼（S）
位移xl/cm
拉車硅碼（S）
位移x2/cm
1
2
3
4
5
次數(shù)
拉車硅碼（g）
加速度a：
拉車祛碼（e）
加速度船
1
2
3
4
5
師：好，現(xiàn)在大家就根據(jù)自己設計的方案進行實驗，把數(shù)據(jù)填人設計的表格內(nèi).
學生進行實驗
10、，老師巡回指導，幫助實力較弱的小組完成實驗
師：現(xiàn)在請各小組簡要進行一下實驗報告.
組1生1；我們根據(jù)課本上的參考案例進行了實驗,因為已知小車的加速度和位移成正比,通過驗證位移和受力之間的關系，即可得出加速度和受力的關系.
師：實驗數(shù)據(jù)是怎樣進行處理的呢？
組1生2：我用的是位移和對應力的比值.
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）和力的關系.關系圖表如圖4-2-3所示；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.圖4-2-3
組2生：我們通過處理小車后面的紙帶，計算出小車的加速度，通過作圖驗證了小車的加速度
11、和物體所受的合力成正比.組3生：我們用氣墊導軌作出的加速度和所受力的關系圖象，實驗結(jié)論是圖象非常接近一條過原點的直線.
師：大家做得都非常好,那么你們在實驗中遇到的困難是什么呢?能不能想出辦法來克服?
組1生：當拉小車的祛碼的質(zhì)量較大時，繩子容易打滑，從而影響了位移的測量.我們用松香涂抹在繩子上，效果不錯.
組2生：我們在做實驗時發(fā)現(xiàn)了這樣一個問題，即當祛碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量差不多時,a-F圖象不能再是一條直線，，而是發(fā)生了彎曲.
師：這組同學的問題非常好，實際上祛碼和盤的重力并不嚴格等于小車受到的拉力，簡單證明如下：設硅碼及盤的質(zhì)量為m,小車的質(zhì)量為M,則分別對它們進行受力分析，對小
12、車,受拉力和摩擦力，對祛碼和盤，受重力和拉力，那么它們之間的關系是什么呢?如果相等，根據(jù)物體受合力為零則物體做勻速運動，而實際上祛碼及盤實際的運動應該是做加速運動，所以說重力和拉力并不相等，而是應該重力大于拉力，而我們在實驗中認為二者相等，所以實驗的誤差有一部分來源于此.控制的方法就是盡可能地使祛碼和盤的質(zhì)量遠小于小車及硅碼的質(zhì)量，具體的分析方法我們將在下一節(jié)學到.
組3生：雖然用氣墊導軌做實驗結(jié)果比較精確，但實驗數(shù)據(jù)處理比較復雜.
師：我們可以用計算機進行數(shù)據(jù)處理，使數(shù)據(jù)處理變得簡單化，大家在課下討論一下看如何用數(shù)據(jù)處理軟件處理實驗中得到的數(shù)據(jù).
師：以上我們是通過控制物體的質(zhì)量不變來
13、探究物體的加速度與物體所受力之間的關系,下面同學們繼續(xù)做實驗，通過控制物體所受的力不變來探究物體的加速度和質(zhì)量的關系.
二、加速度與質(zhì)量的關系
一學生進行實驗，老師巡回指導，幫助實力較弱的小組實現(xiàn)實驗
由于和以上的實驗方法非常類似，所以可以直接讓學生得出結(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，和物體的質(zhì)量成反比.
師：這時候我們應該怎樣通過圖象來驗證問題呢？
生：我們?nèi)绻鱝-M圖象則圖象是曲線，我們可以作a-1/M圖象來解決這個問題，物體的加速度和質(zhì)量成反比，所以a—1/M圖象應該是一條過原點的直線.
三、由實驗結(jié)果得出的結(jié)論
師：通過大家的實驗
14、，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)量之間的關系.
［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)論是不是一個定理性的結(jié)論呢?僅靠少量的實驗是不行的，應該通過更為精確的實驗和更多次的實驗進行證明，不過我們大家在現(xiàn)有水平下能夠得出這個結(jié)論是非常了不起的，這是我們下節(jié)課要學的牛頓第二定律的內(nèi)容.
（四）反思總結(jié)、當堂檢測
在水平路面上，一個大人
15、推一輛重車，一個小孩推一輛輕車，各自做勻加速運動（阻力不計）.甲、乙兩同學在一起議論，甲同學說：大人推力大，小孩推力小，因此重車的加速度大.乙同學說，重車質(zhì)量大，輕車質(zhì)量小，因此輕車,的加速度大.你認為他們的說法是否正確?請簡述理由.
答：甲、乙兩同學的結(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，因而解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)我們學習了：
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)量的關系；設計實驗的方法.
3 .物體的質(zhì)量一定時，合外力越大，物體的加速度也越大；合外力一定時，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 .實驗數(shù)據(jù)的處理方法.
九、板書設計
表格數(shù)據(jù)分析
十、教學反思
學生實驗控制比較難，可能出現(xiàn)各種情況，課前教師應做好充分準備
物理《實驗探究加速度與力質(zhì)量的關系》教案人教版必修1關注高中學習資料庫
