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1、实验探究：探究加速度与力、质量的关系教学设计【课程地位】牛顿第二定律利用加速度将物体的运动和受力紧密联系，承上加深学生对牛顿第一定律的理解，启下让学生认识到牛顿第二定律在现实生活中应用的重要性，是物理学的核心内容，是高中物理教学的重难点。作为司南版第6章第2节牛顿第二定律的第1课时，实验探究：探究加速度与力、质量的关系的教学目的不全是为了让学生知道实验结论及定律的内容和意义，重点在于要让学生知道结论是如何得出的；在得出结论时用了什么样的科学方法和手段。【设计思路】加速度与力、质量关系的教学，以往教材安排为“验证实验”，而新教材改为“探究实验”。这一变化，体现新大纲所要求的注重培养学生实验能力以
2、及综合分析问题、解决问题的能力。因此，本设计采取“自主探究，启发导学”的教法，让学生在动手实验中学习知识，在实验中充分体现合作探究的学习方式。鉴于实验器材和学生的具体情况，本节课采用打点计时器打纸带，求加速度的方法探究加速度与力、质量的关系。并分别作出表示加速度与力、加速度与质量的关系图象。根据图象得出加速度与力、质量的关系式。在实验探究过程中，贯彻新课标的三维教学目标。【教学目标】1、知识与技能；(1)了解并在实验中应用控制变量法；(2)从实验中得出加速度与力成正比，与质量成反比2、过程与方法；(1) 体验科学探究的基本步骤，能使用控制变量法，认识到数学工具在物理研究中的作用；(2) 能用“
3、化曲为直”的思想处理物理量之间的反比关系；3、情感、态度与价值观；(1) 培养团队协作精神，能相互交流、讨论，勇于改进实验方法。(2) 体验探究过程的艰辛和严谨，培养学生尊重事实，实事求是的科学研究作风。【教学重难点】1、 教学重点及其教学策略：重点：用控制变量法探究加速度与力和质量之间的关系教学策略：通过教师的引导，学生的互相讨论，得出实验的步骤和数据处理的方法。2、 教学难点及其教学策略：难点：利用Excel处理（或方格纸）实验数据并画出相关的图像教学策略：通过教师的讲解和演示，让学生体验用计算机处理（图像）实验数据的方法。【学情分析】学科知识分析：前面已经学习过加速度是描述速度变化快慢的
4、物理量，而从前一节牛顿第一定律中知道力是改变物体运动状态的原因，学生对加速度与力、质量的关系的理解只是简单的定性关系。学生能力分析：学生已接触过“控制变量法”，并初步了解了探究性实验的研究方法，在本实验中，老师只要作一些必要的指导，学生应能完成实验操作。但关于纸带的数据分析是学生学习中的一个难点，是历次考试中的易错点，有必要在实验数据时加以回顾。【教学准备】1、学生实验器材：光滑的水平板（一端带有定滑轮）；砝码，勾码，细绳，小车各10套，十台装有office软件的计算机（或方格纸10张，刻度尺10把）。2、演示器材：弹簧秤（或天平），其余与学生器材相同3、视频录像：摩托车、赛车与战斗机的“巅峰
5、对决”，以及自制ppt课件1份4、多媒体教学设备一套：可供实物投影、放像、课件播放等。【教学流程】教师学生观察发现问题思维提出问题情景提问引导猜想与假设设计实验进行实验分析论证评估活动获知反思实验探究双向交流得出结论反馈纠偏讨论发言课后思考过渡承上启下【教学过程】教学环节教师活动学生活动点评创设情景引入新课（4min）播放视频录像：摩托车、赛车与战斗机的“巅峰对决”问：在启动阶段，摩托车、赛车与战斗机有什么特点？问：“启动的快慢”在物理学上用什么物理量来描述呢？问：也就说，启动时三者的加速度是不同的。为什么会这样呢？问：我们先来看看“摩托车、赛车与战斗机”间有什么不同？引导：从这里，我们可以发
6、现a、M、F之间有存在某种联系。但物理学并不满足于这样的模糊描述，物体的加速度与它受的力、它的质量有什么定量的关系？这就是我们这一节课的研究课题板书：探究加速度与力、质量的关系答：摩托车跑在前面，飞机最后，启动的快慢不同答：“启动的快慢”说明速度变化的快慢，可以用加速度描述思考片刻生1：质量M不同生2：发动机功率不同，产生的牵引力F不同 让学生观看录像，创设情景：一来激发学生兴趣和学习动机；二来可以引导学生进行猜想影响加速度的因素，确定需要研究的物理量，将问题量化实验探究收集数据（24min）一、实验方案（3min）问：加速度的大小与物体受力的大小，物体的质量有关，如何研究这三个变量之间的关系
7、呢？m不变，研究a与F的关系F不变，研究a与m的关系板书：一、方案控制变量法二、物理量的测定方法（5min）问：显然，我们在实验中必须测定诸如a、F、M这些物理量，大家来讨论一下，这些物理量怎么测呢？演示：用天平测出小车、砝码和勾码的质量问：怎样提供和测量物体所受的恒力？问：大家觉得两种方法哪种更合适？为什么？问：怎样测小车的加速度？M：天平F：钩码的重力为对小车的拉力a: 打点计时器、纸带、s=aT2板书：二、物理量测定三、设计实验步骤（8min）实验探究收集数据问：根据以上分析，充分利用桌面上的实验器材，请大家设计一个用打点计时器探究加速度与力和质量的关系的实验原理图。问：这个实验装置中，
8、水平方向是不是只受到钩码的拉力作用？还有没有其他力？问：那么如何减小滑动摩擦力，使我们所测得的钩码重力尽可能接近于物体所受的合力？引导：显然，根据我们现有的器材，我们应该使用第三种方法来消除摩擦力的影响，我们把这种方法称为“平衡摩擦力”。引导：请大家按照这个思路设计实验步骤和实验数据记录表。板书：三、实验步骤实验探究收集数据方法：垫高斜面的一端现象：空车匀速下滑结论: 重力的分力与摩擦力抵消依据：打出的纸带各点均匀分布平衡摩擦力实验探究收集数据四、实验探究（8min）指导学生安装实验装置，进行实验。说明：为节省时间，所以我们共同完成这个实验1、3、5、7、9组完成实验一，2、4、6、8、10组
9、完成实验二，每个组测量4组数据。答：用控制变量法研究a、F、m三者之间的关系，先保持物体的质量m不变，研究加速度a与受力F的关系，再保持受力F不变，研究加速度a与物体的质量m的关系，最后把研究的结果综合起来，即可得物体的加速度a与物体所受外力F，物体的质量m三个量之间的关系。生3：质量可以用天平来直接测量生4：也可以用弹簧秤来测得其重力，由G=mg即可求出相应的质量记录相关数据：空车质量M=200g，砝码质量m1=50g,勾码质量m2=10g生5：用弹簧称拉物体，使物体匀速前进生6：用钩码通过细线拉小车，钩码（盘）的重力为对小车的拉力。生7：第2种，因为第1种操作很难保证物体能匀速前进，也就很
10、难保证拉力F不变答：用打点计时器，利用纸带上打出来的点的相关数据，由公式s=aT2计算出加速度学生小组内讨论学生8：还受到摩擦力的作用，对实验有影响。讨论减小滑动摩擦力的方法学生9：使用光滑的木板；学生10：使用气垫导轨；学生11：将木板一端垫高，让物体从木板上匀速滑下，此时重力沿斜面的分力就等于物体所受的摩擦力；学生讨论，回答：1、研究加速度跟力的关系实验步骤：（学生设计）（1）摆放好实验装置，调整倒小车能在斜面上匀速下滑。用弹簧秤测出沙桶重力F计入表格，将车拉到打点计时器附近。（2）打开打点计时器电源，释放小车，得到纸带，并在纸带上计下沙桶的重量。（3）改变沙的质量，重复以上的步骤4次。（
11、4）分别在纸带上定下7个清晰的点，用尺量出相邻点之间的距离填入表格。次数拉力加速度S1S2S3S4S5S612、研究加速度跟质量的关系：实验步骤：（学生设计）（1）保持沙桶质量不变。用天平测出小车质量m计入表格，将车拉到打点计时器附近。（2）打开打点计时器电源，释放小车，得到纸带，并在纸带上计下车的质量。（3）在车上放砝码改变车的质量，重复23的步骤4次。（4）分别在纸带上定下7个清晰的点，用尺量出相邻点之间的距离计入表格。次数小车质量加速度S1S2S3S4S5S61各小组协作完成实验，并记录好相关数据根据已经学过的知识来确定实验原理，可以使学生体会如何将所学的知识指导实践，加深对知识的理解桌
12、面上的实验仪器能给学生一个很好的暗示实验方案的设计和改进逐层深入，适当的提问极好的激发了学生的积极思考突出“平衡摩擦力”这一步骤的解析，能让学生更好的接受，突破本实验的一个难点实验步骤学生容易得出，而实验数据记录表格的设计则反映出了学生的智慧，这里教师需要适当的引导培养学生的动手能力和成员间的协调与合作能力数学推理探索结论（15min）一、善用Excel，轻松计算加速度（5min）讲解：为了提高效率，我们采用计算机处理数据，下面介绍用Excel软件处理实验数据的方法。（投影演示）打开电脑中的Excel软件，将实验中测得的数据输入电脑。在Excel中的“加速度”一列中第一个空格输入：“=(G2+
13、H2+I2-(D2+E2+F2)/(9*0.04)”后回车，则在C2格中就出现了加速度的值。然后将鼠标选中C2格并移到右下脚当光标变为实心的十字架时按下鼠标左键向下拖动，即可算出其他的加速度值。问：从这些加速度的数值上还是无法确定加速度与力的关系，因为单有数值还不直观，根据这些数据如何才能比较直观的确定加速度与相关物理量的关系？二、巧借Excel，数据变图像（5min）讲解：现在利用计算机可以很方便的作出加速度与拉力之间的关系图，下面介绍用Excel软件作图的方法。（投影演示）1、在Excel中选中需要作图的数据区域，单击“插入”菜单中的“图表”。 数学推理探索结论2、在跳出的对话框中选中“X
14、Y散点图”，单击“下一步”进入“步骤二”，再单击“下一步”进入“步骤三”。3、在“步骤三”中完成对图表标题，坐标轴的标题等的设置，单击“完成”就生成了实验数据的分布图。4、选中图中的数据点，在右键菜单中选择“添加趋势线”，在对话框中的“类型”项选中“线性”，在“选项”项中勾选“显示公式”和“显示R平方值”两项，单击“确定”按钮。5、图中的散点之间就被画上了直线，在图线旁边有直线的方程，R2值越接近1说明数据点与图线的吻合程度越好，方程所描述的关系就越能反映实际情况。数学推理探索结论三、化曲为直，分析更直观（5min）讲解：图像中出现了类似于双曲线的曲线，给我们暗示了a-M之间可能存在反比关系，
15、但这样的判断并不够准确。因为只有直线最直观，所以此时，我们必需想法把曲线转换成直线，也就是做出a-1/M图像，再进行分析学生跟着教师的操作，输入数据并计算出加速度的值。学生讨论回答最好有方程或图线，用图象来寻找关系比较直观和简单。学生跟着教师的演示进行操作，作出a-F，a-M图线。学生总结：a-F很接近直线，得出aF； a-M很接近双曲线的一支，可能得出a1/M；学生独立操作，画出“a-1/M”的图线，进一步确定a与M的关系。学生总结：a-1/M很接近直线，得出a1/M；利用计算机处理实验数据要求学生有一定的计算机操作能力，如果学生以前对计算机接触较少，可以在课前进行相关的培训。利用计算机处理
16、数据，可以极大的提高数据处理的效率，而且可以方便地作出图线，并模拟出方程，确定各个量之间的关系。培养学生利用计算机处理数据的能力，也有利于学生今后独立进行探究实验。课堂小结巩固重点（2min）问：我们根据实验数据作出的图象可以看出加速度与力、质量的存在什么关系呢？学生12：在物体的质量一定时，物体的加速度a的大小与物体所受外力F的大小成正比，即a F；物体受力一定时，物体的加速度a的大小与物体的质量m成反比，即 a1/m，这就是我们下一节课要学习的牛顿第二定律。根据实验情况，学生自己总结出结论，为下节课作好铺垫课后思考承前启后思考1、有没有发现实验中钩码的质量和砝码的质量有什么特点？为什么要有
17、这个要求？（投影演示）思考2、如果实验结果出现以下图像，原因可能是什么？（投影演示）思考3、2009年12月武广高铁正式开始运营，这是我国综合应用日德技术自主生产的第一条时速在350km/h以上的高铁。在一次试运营中，该列车持续的牵引力为1.6105N，受到的阻力是列车重力的0.1倍，列车的质量为1.0105kg,试根据以上分析，求出列车在启动时的加速度多大？（投影演示）给学生提出进一步探索的问题，使学生在学完本节以后，承上有“余音萦绕”之感，启下有“翘首相望”之盼。 “思考1、思考2” 是关于误差的分析，是对本课实验的回眸和拓展，也是本设计的亮点。“思考3”源于课本例题，但融入了最新时讯，材
18、料新颖，题设简单，是对下一节教学内容的预期。【设计反思】1、“探究”贯穿整个课堂，适当的提问、积极的思考、实验方案的设计和改进、实验数据的记录和处理，实验结果的讨论和总结，既体现了师生间的良好互动，更展示和培养了学生的科学探究能力，提高了课堂教学的有效性。2、尽管操作难度较大，数据处理较为复杂，本设计仍重视课本所给教学案例的实验方法，作出a-1/M和a-F两个图象，根据图像特征分析相关结论。3、利用计算机处理数据，并方便地作出图线，极大的提高了数据处理的效率，使本设计在实际教学中进行操作成为可能；这是对实验的一个创新，但同时也对学校的教学条件提出了更高的要求。4、课堂教学循序渐进，教学过程以问题为载体，通过设问由浅入深，符合学生的认知规律。5、3道思考题的设计体现了物理教学的承接性和人文性，是本设计的一个创新点。用心 爱心 专心