探究加速度與物體質(zhì)量物體受力關(guān)系的案例

1、探究加速度與物體質(zhì)量、物體受力關(guān)系的案例江蘇省丹陽市呂叔湘中學(xué)高中物理宋 艷一、教學(xué)設(shè)計思路在教學(xué)過程中，采用“觀看視頻，提出問題”“分析問題，提出假設(shè)”“設(shè)計實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證假設(shè)”-“分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論”的程序設(shè)計課堂教學(xué)。在本節(jié)課中創(chuàng)設(shè)三個問題，并逐個解決。物體加速度和什么因 素有關(guān)？教師引導(dǎo)學(xué)生按照上述程序得出結(jié)果，即牛頓第二定律的雛型。 控制變量法找物體加速度與受力和質(zhì)量的定性關(guān)系呢？繼續(xù)按照上述的過程得出結(jié)果，受力越大加速度越大，質(zhì)量越大加速度越小。物體加速度與受力和質(zhì)量的關(guān)系式？該問題在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)基礎(chǔ)上利用圖象法得出結(jié)果，即加速度與受力成正比與質(zhì)量成反比。學(xué)生解決這三個問題的過程既是科學(xué)的

2、再發(fā)現(xiàn)過程，又是學(xué)生獲得新知識、掌握知識的過程。新課程改革要求改變以往過于注重知識傳授的狀況，而要注重學(xué)生獲得知識的過程，在學(xué)生獲得知識的同時也成為學(xué)習(xí)的主人，并在學(xué)習(xí)的過程中形成正確的價值觀，通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，使學(xué)生初步形成用事實(shí)說話的科學(xué)態(tài)度，為健全學(xué)生人格，幫助學(xué)生具備終身學(xué)習(xí)的能力打下堅實(shí)的基礎(chǔ)。二、教學(xué)目標(biāo)1 知識與技能：（ 1） 學(xué)會用控制變量法探究加速度與力和質(zhì)量之間的關(guān)系.（ 2）應(yīng)用圖像法分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（ 3）從實(shí)驗(yàn)中得出加速度與力成正比，與質(zhì)量成反比2過程與方法：（ 1）體驗(yàn)科學(xué)研究的基本步驟（ 2）知道一種常用的研究方法控制變量法3情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí)，

3、實(shí)事求是的科學(xué)研究作風(fēng) 三、重點(diǎn)與難點(diǎn)1、教學(xué)重點(diǎn)及其教學(xué)策略：重點(diǎn)：用控制變量法探究加速度與力和質(zhì)量之間的關(guān)系教學(xué)策略：通過教師的引導(dǎo)，學(xué)生的互相討論，得出實(shí)驗(yàn)的步驟和數(shù)據(jù)處 理的方法。2、教學(xué)難點(diǎn)：處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并畫出相關(guān)的圖像四、教學(xué)資源1 .教材分析：本節(jié)是學(xué)生上高中以來接觸到的第二個探究性實(shí)驗(yàn)，這一實(shí)驗(yàn)與“探究小車速度隨時間變化的規(guī)律” 一樣，都是有確定結(jié)論的?！疤骄啃≤囁俣入S時間變化的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)使學(xué)生已經(jīng)具有一定的處理此類實(shí)驗(yàn)問題的能 力，但也給本實(shí)驗(yàn)又搭了一個臺階，書中沒有給出確定的實(shí)驗(yàn)方案，要學(xué)生 自己設(shè)計，給出了實(shí)驗(yàn)的基本思路。作為提示，書中還提醒注意兩方面的問 題：怎樣測量（

4、或比較）物體的速度；怎樣提供和測量物體所受恒力。作為 進(jìn)一步的提示，還給出了一個“參考案例”，這個案例是采用通用器材設(shè)計的 實(shí)驗(yàn)，具有普遍意義和具體指導(dǎo)作用。本節(jié)教材除了探究結(jié)論，還涉及到一種重要的科學(xué)研究的方法一一控制 變量法。實(shí)驗(yàn)過程及數(shù)據(jù)處理上還有三個技巧：理論坐標(biāo)系建立技巧。“a與m成正比”實(shí)際上就是“ a與成正比”；實(shí)際坐標(biāo)系建立技巧。不是ma-F圖象而是 迄-反圖象；不是a-2而是土-也圖象；平衡摩擦力；利 x1 F1mx2 m1用圖象處理數(shù)據(jù)，用曲線擬合測量點(diǎn)，找出規(guī)律也是本節(jié)的方法重點(diǎn)。2 .學(xué)生情況分析：對控制變量法的知識，學(xué)生有一定的基礎(chǔ)，并能夠應(yīng)用圖 象判斷正反比例，為本

5、節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)做好了鋪墊。學(xué)生在日常生活中大致有 這樣的認(rèn)識力大速度變化快，質(zhì)量大速度變化慢。3 .教學(xué)策略：通過視頻觀看和學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生 充分參與探究的過程。讓學(xué)生結(jié)合圖象分析，親自找出牛頓第二定律的雛形。五、教學(xué)準(zhǔn)備1 .學(xué)生每四人一組，學(xué)生實(shí)驗(yàn)桌上配備：打點(diǎn)計時器、長木板、小車、紙帶、 復(fù)寫紙、刻度尺、細(xì)線、鉤碼、祛碼、導(dǎo)線若干2 .教師用具：實(shí)物投影儀、自制課件六、教學(xué)過程教師活動學(xué)生活動點(diǎn)評引入新課提問：1、物體運(yùn)動狀態(tài)由什么物理量描述？速度改變快慢用什 么物理量來描述？（觀看視頻賽車）2、剛才的視頻中說明了賽車 和普通轎車相比加速度是怎 樣的？又是怎么保障的

6、？3、加速度與力和質(zhì)里的關(guān)系， 到底是正比和反比關(guān)系還是 一次函數(shù)或二次函數(shù)關(guān)系 呢？（猜測）本節(jié)課我們就通過實(shí)驗(yàn)來探 究這一關(guān)系?；卮穑?、物體運(yùn)動狀態(tài)由速度來描述。速度 改變快慢用加速度來描述；2、賽車加速快加速度大，怎么有這么 好的性能，大馬力的發(fā)動機(jī)有強(qiáng)大 的牽引力，輕巧的車身宿較小的質(zhì) 量。3、加速度與物體質(zhì)量及物體受力后 關(guān)，關(guān)系是：物體受力越大，物體 加速度越大；物體質(zhì)量越大，物體 加速度越小.使學(xué)生對物體 運(yùn)動狀態(tài)的改變 有一個感性認(rèn)識， 由此創(chuàng)設(shè)情景，引 出課題。新課教學(xué)（設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案）1、根據(jù)加速度與物體質(zhì)量及 物體受力的關(guān)系，我們很容易 猜想它們之間可能是正比或 反比的關(guān)

7、系，卜面我們就要通 過實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行驗(yàn)證我們的猜想。2、那么我們應(yīng)該通過實(shí)驗(yàn)來 測定那些物理量呢？3、我們知道質(zhì)量可以用天平 進(jìn)行測量，那么加速度怎么來 測定呢？分組討論、選代表回答：1、加速度，質(zhì)量和力三個量。2、用打點(diǎn)計時器進(jìn)行測定加速度。3、與加速度啟關(guān)的公式啟：引導(dǎo)學(xué)生進(jìn) 行猜想影響加速 度的因素，確定需 要研究的物理量， 將問題量化。根據(jù)已經(jīng)學(xué) 過的知識來確定 實(shí)驗(yàn)原理，可以使 學(xué)生體會如何將 所學(xué)的知識指導(dǎo)4、請大家回想前面學(xué)過的與 加速度有關(guān)的各種公式，看看 能不能發(fā)現(xiàn)測定加速度辦法。我們可以發(fā)現(xiàn)前面三個 公式都要涉及到速度，而要測 量速度也比較困難，后面兩個 公式只要測定位移和時間

8、就 可以了，位移可以用直尺測 量，時間可以用秒表或打點(diǎn)計 時器測量，我們先看公式，請 -12 .一 問x = at這個公式在什么2時候成立呢？當(dāng)滿足什么條 件時，加速度和位移成正比關(guān) 系？Vt -Voa 二t,1 ,： x = v0t ：；at222ax = vt - v0,2lx = at4、xat221 , 2-一at是初速度為季的勻加速運(yùn)2動的位移公式。當(dāng)運(yùn)動時間相同時，兩個 物體的位移和加速度成正比。實(shí)踐，加深對知識 的理解。,12.、由x = at ,在時間2相同的情況下a2x tT，a1xi=a?x2也可以利用打點(diǎn)計時器所打出的紙帶和公討s = at2計算加速度a。5、請大家設(shè)計一

9、個用、探究 加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系的 實(shí)驗(yàn)原理圖。(參考課本示例)(設(shè)計實(shí)驗(yàn)步驟)1、我們現(xiàn)在要研究加速度與 力和質(zhì)量三者的關(guān)系，如何進(jìn) 行研究比較好？為什么？2、這種方法在科學(xué)研究中稱 為控制變量法，所以我們可以 先保持小車質(zhì)量不變研究加 速度跟力的關(guān)系，再保持力不 變研究加速度跟小車質(zhì)量的 關(guān)系，請大家按照這個思路設(shè) 計實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄 表。Z Z Z Z Z Z Z Z Z z z z z學(xué)生討論，回答：分別研究比較好，同時改變的話， 無法確定加速度的改變是由哪個量變 化引起的。1、研究加速度跟力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)步驟：(1)擺放好實(shí)驗(yàn)裝置。用彈簧秤測出 沙桶重力F計入表格，將車?yán)酱螯c(diǎn)計

10、 時器附近。(2)打開打點(diǎn)計時器電源，釋放小車， 得到紙帶，并在紙帶上計下沙桶的重 量。(3)改變沙的質(zhì)量，重復(fù)以上的步驟在老師的指導(dǎo) 下，學(xué)生通過討 論，確定實(shí)驗(yàn)的研 究方法控制變量法。讓學(xué)生自己設(shè) 計實(shí)驗(yàn)步驟，并互 相交流，從中確定 最佳實(shí)驗(yàn)方案，制 作記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) 的表格，和數(shù)據(jù)處 理的方法。培養(yǎng)他 們的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰Γ瑸橐院筮M(jìn)行實(shí)驗(yàn)探 究打下基礎(chǔ)。3、保持沙桶質(zhì)量不變，可以 認(rèn)為小車受到的合力不變， 這 樣就可以探究加速度與質(zhì)量 的關(guān)系。次。(4)設(shè)計表格，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。力(N)加速度 (m/s ?)2、研究加速度跟質(zhì)量的關(guān)系：實(shí)驗(yàn)步驟：(1)保持沙桶質(zhì)量不變。用天平測出 小車質(zhì)量m計入表格

11、，將車?yán)酱螯c(diǎn)計 時器附近。(2)打開打點(diǎn)計時器電源，釋放小車， 得到紙帶，并在紙帶上計下車的質(zhì)量。(3)在車上放祛碼改變車的質(zhì)量，重 復(fù)23的步驟4次。(4)設(shè)計表格，記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。質(zhì)量(kg)加速度 (m/s ?)(數(shù)據(jù)處理)1、為了更直觀地分析判斷加 速度a與物體受力F間的數(shù)量 關(guān)系，你認(rèn)為采用什么分析方 法較好？(圖象法，作a-F圖 象)2、根據(jù)實(shí)驗(yàn)得出的各組加速 度a與對應(yīng)力F數(shù)值在坐標(biāo)中 描點(diǎn)，如果這些點(diǎn)在一條過原 點(diǎn)的直線上，說明a與F存在 什么關(guān)系？(正比)3、你是如何猜想物體的加速 度a與其質(zhì)量m之間的關(guān)系 的？(在相同力的作用下， 質(zhì) 量m越大，加速度a越小， 可能是“ a

12、與m成反比”，但 也可能是“ a與m2成反比”， 甚至更復(fù)雜的關(guān)系)4、為什么檢驗(yàn)“a與m成反 比”？(從猜測可能存在的最 簡單的情況入手)5、對a與m關(guān)系的探究，有學(xué)生討論回答最好有方程或圖線，用圖象來尋找 關(guān)系比較直觀和簡單。分別畫出“a-F”“a 1/m”的圖線,確定a與F、a與m的關(guān)系。請同學(xué)們思考討論圖中的圖線沒有通 過原點(diǎn)的可能原因。.一，,1 ,一個技巧，找的是 a與一的 m關(guān)系，這樣做的優(yōu)勢是什么？(如果畫a-m圖象，得出曲 線，由于實(shí)驗(yàn)誤差，擬合曲線 時，我們不能保證圖象一定是八1一一雙曲線，故回成 a -圖象更 m能直觀地判斷a與m成反比)6、實(shí)際探究a與F、m的關(guān)系時，常作 上一 FL圖象與X2F2Xi m2 圖象，為什么？ ( aX2 mi的數(shù)值測量不太方便，由x = 1at2 知 a = 22x ,即2t2曳=%,若aw,則有土a? X2X20c ;若a ,則有土F2mX28 m2 )相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄m1表格中加速A欄就是位移。力(N)位移 (m)質(zhì)量(kg)位移 (m)小結(jié)并布置作業(yè)。體會實(shí)驗(yàn)思想和思考出現(xiàn)的問題。七、教學(xué)反思本課題設(shè)計思路旨在讓學(xué)生體驗(yàn)