探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 教學(xué)設(shè)計

1、教學(xué)設(shè)計樂山師范學(xué)院 物理與電子工程學(xué)院 制作：李沆 2011年7月20日探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系樂山師范學(xué)院物理與電子工程學(xué)院 李沆一、 教材分析本節(jié)內(nèi)容選自“教科版高中物理（必修1）第三章 第二節(jié)”。讓學(xué)生通過實驗，探究加速度、質(zhì)量、力三者的關(guān)系，強調(diào)讓學(xué)生經(jīng)歷實驗探究過程。是學(xué)生上高中以來接觸到的第二個探究性實驗，和前一實驗不同，本實驗只給出了實驗的基本思路，而沒有給出確定的實驗方案，實驗方案和器材的選用要學(xué)生自己設(shè)計。本節(jié)課，以前是驗證牛頓第二定律，注重的是知識的再現(xiàn)；現(xiàn)在改為探究性實驗,注重問題的提出與研究，體現(xiàn)了新課標注重培養(yǎng)學(xué)生探究能力，動手能力，觀察和總結(jié)的能力的特點。二、學(xué)

2、情分析本節(jié)課的教學(xué)對象是高中一年級的學(xué)生，學(xué)生已經(jīng)掌握了力、質(zhì)量、加速度、慣性等概念，學(xué)習(xí)了牛頓第一定律，知道力是改變物體運動狀態(tài)的原因、質(zhì)量是慣性大小的量度，能分析物體的受力情況；高一學(xué)生已具有一定觀察實驗、分析解決問題的邏輯思維能力，能運用運動學(xué)實驗探究運動性質(zhì)，熟悉實驗研究的控制變量法和比較法，而且對未知新事物有較強的探究欲望。所以，在教學(xué)過程中，通過創(chuàng)設(shè)物理情境，以觀察生活現(xiàn)象和實驗探究為基礎(chǔ)，逐步引導(dǎo)學(xué)生深刻理解加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系，實現(xiàn)知識的意義建構(gòu)是可行的。三、設(shè)計思想 通過觀察分析生活實例，創(chuàng)設(shè)情境，引導(dǎo)學(xué)生得出加速度與力、質(zhì)量的定性關(guān)系，進而猜想它們之間的定量關(guān)系，并引出科

3、學(xué)探究方法控制變量法進行探究；通過教師引導(dǎo)學(xué)生利用已有經(jīng)驗和知識，積極思考、設(shè)計出兩組實驗方案，從而突破難點；通過演示一組實驗，能夠科學(xué)、準確地定量探究出加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，啟發(fā)學(xué)生思考，為學(xué)生實驗探究打下基礎(chǔ)，從而達到突出重點、突破難點的效果。四、教學(xué)目標分析1、知識與技能以實驗為基礎(chǔ)，得到物體的加速度跟它的質(zhì)量及所受外力的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生的主動獲取知識能力和設(shè)計實驗的能力。提升實驗操能力，分析處理實驗數(shù)據(jù)處理的能力2、過程與方法 在探究過程中，滲透科學(xué)研究方法（控制變量法、實驗歸納法、圖象法）。3、情感、態(tài)度與價值觀體驗探索過程中的艱辛與喜悅，養(yǎng)成科學(xué)嚴謹?shù)闹螌W(xué)態(tài)度。學(xué)會與他人合作、交流

4、，具有團隊意識和團隊精神。五、教學(xué)重點、難點重點：1掌握控制變量法,2. 實驗探究，得出實驗結(jié)論。難點：1、通過引導(dǎo)提出切實可行的實驗方案。 2、實驗的操作過程。六、教法、學(xué)法教法：高一學(xué)生應(yīng)該具備的五種能力：即理解、推理、綜合分析能力、運用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力及實踐能力。在整個的教學(xué)活動中，以學(xué)生為主體、教師主導(dǎo)、師生合作交流的方式組織教學(xué)。通過再現(xiàn)生活情景，搭建問題支架來引導(dǎo)學(xué)生由生活經(jīng)驗出發(fā)，發(fā)現(xiàn)問題，運用已學(xué)知識設(shè)計方案并解決問題的情境教學(xué)法和實驗探究法相結(jié)合，教師在其中起到評估調(diào)控的作用。在實驗中，教師介紹實驗裝置，并指導(dǎo)學(xué)生自主探究a與m、F之間的關(guān)系。學(xué)法：學(xué)生通過教師指導(dǎo)

5、，合作學(xué)習(xí)后，能自主地進行探究活動，親歷知識的發(fā)生、發(fā)展過程。感悟科學(xué)探究精神，掌握科學(xué)研究方法 ，逐步分析歸納出加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系，實現(xiàn)知識的意義建構(gòu)。七、教學(xué)準備多媒體課件，牛頓第二定律演示器，砝碼（一盒），細繩，天平小車、打點計時器、紙帶、一木端帶滑輪的長板、細線、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平為器材，小車。 開 始八、教學(xué)流程圖視頻播放1、神舟七號火箭升空2、戰(zhàn)斗機在航空母艦短距離起飛。激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。環(huán)節(jié)三回歸生活拓展運用分析現(xiàn)象得出a與m有關(guān)。視頻播放飛機、賽車同時啟動提出問題：a與F、m有怎樣的關(guān)系？分析現(xiàn)象得出F越大，a越大。視頻播放賽車加速過程分析現(xiàn)象得出m越大，a越小

6、。究回答1、大小車同時啟動2、大小車同速制動視頻播放提出問題：a與F、m有怎樣的定量關(guān)系？研究方法引導(dǎo)控制變量法、實驗比較法師生合作設(shè)計實驗方案實驗探究 得出結(jié)論學(xué)生分析實驗數(shù)據(jù)討論得出結(jié)論解釋常見生活現(xiàn)象動畫圖片提出問題學(xué)生討論、解釋現(xiàn)象圖片牛頓預(yù)習(xí)牛頓第二定律結(jié) 束火箭、戰(zhàn)斗機起飛過程分析現(xiàn)象得出a與F有關(guān)。環(huán)節(jié)一創(chuàng)設(shè)情境，引入新課環(huán)節(jié)二合作探究得出結(jié)論 九、教學(xué)程序教學(xué)程序教師活動學(xué)生活動設(shè)計意圖環(huán)節(jié)一創(chuàng)設(shè)情境引入新課（大約35分鐘）【播放視頻】神舟七號火箭升空、戰(zhàn)斗機在航空母艦上起飛。問題1 將火箭送入太空為什么要用巨大的推力？問題2戰(zhàn)斗機在航空母艦上為什么能短距離起飛？【教師總結(jié)】火

7、箭、戰(zhàn)斗機在巨大推力下速度迅速增大，運動狀態(tài)發(fā)生變化，即速度發(fā)生了變化，有加速度產(chǎn)生。問題 這說明加速度大小與什么因素有關(guān)？【播放視頻】F1賽車和飛機同時啟動。問題 F1賽車比飛機啟動快，這說明加速度大小還與什么因素有關(guān)？【過渡】那么加速度與物體受力、質(zhì)量到底有什么關(guān)系，今天我們就來探究一下?！居^看視頻】【學(xué)生回答】得到很大的速度。【學(xué)生回答】靠強大的推力?！緦W(xué)生回答】與物體所受的作用力有關(guān)?！緦W(xué)生回答】與物體的質(zhì)量有關(guān)。播放直觀、震撼的視頻材料，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生認識生活與物理的聯(lián)系。引導(dǎo)學(xué)生將加速度與物體的受力、物體的質(zhì)量聯(lián)系起來。環(huán)節(jié)二合作探究得出結(jié)論 （大約25分鐘）1創(chuàng)設(shè)情境，

8、定性研究【播放視頻】同一輛車加大油門的運動過程?！窘處熖釂枴考哟笥烷T后，速度變化明顯變快？這說明什么？【播放視頻】大小車同時啟動，同速制動?！窘處熖釂枴啃≤噯涌欤苿涌?，這又說明什么？【教師歸納】作用力越大，加速度越大。質(zhì)量越小，加速度越大；【學(xué)生觀看】【學(xué)生回答】牽引力越大，加速度越大?！緦W(xué)生觀看】【學(xué)生回答】說明物體質(zhì)量越大，加速度越小。聯(lián)系生活，通過分析實例，啟發(fā)學(xué)生思考影響加速度大小的因素，引導(dǎo)學(xué)生概括出加速度與物體的受力、質(zhì)量之間的定性關(guān)系。2.教師引導(dǎo)，設(shè)計實驗【過渡】我們已經(jīng)定性地研究了a與F和m的關(guān)系，那么，它們之間有怎樣的定量關(guān)系呢？我們一起來探究一下?！窘處熖崾尽考铀俣却?/p>

9、小同時與作用力和質(zhì)量有關(guān)，如果作用力和質(zhì)量同時變化，就不知道是哪個因素影響了加速度。這時就要控制其中一個變量不變，改變另一個變量來進行研究，即“控制變量法”。問題 在探究a與F和m的關(guān)系時，我們該怎樣利用控制變量法呢？【學(xué)生回答】保持作用力不變，改變物體的質(zhì)量；保持質(zhì)量不變，改變作用力的大小，再分別比較加速度的大小。引導(dǎo)學(xué)生思考探究加速度與力、質(zhì)量的定量關(guān)系的方法控制變量法；培養(yǎng)學(xué)生運用已有知識解決新問題的能力，提高學(xué)生的科學(xué)素養(yǎng)。【過渡】既然是定量的探究，我們就要找出在質(zhì)量或作用力改變時，加速度是怎樣變化的。問題1 a、F、m中，F(xiàn)怎樣測量與提供，m又該怎么測量？加速度又該怎么求呢？問題2

10、還有沒有其他方法測加速度呢？大家想想能不能用運動學(xué)的知識來解決這個問題?！窘處熞龑?dǎo)】位移S可測，如果我使初速度為零，并控制運動時間相同，此時的加速度該怎樣得到呢？【教師提示】只要比較兩個初速度為零的物體在相同時間的位移，就知道它們的加速度的關(guān)系，所以可以用這樣的實驗方法來探究加速度與力和質(zhì)量之間的定量關(guān)系?！窘處熖崾尽浚?）為保證測量的正確性，重物的質(zhì)量必須遠小于運動小車的質(zhì)量。（2）空氣阻力以及滑動摩擦力不能忽略，如何“消除”阻力和摩擦呢？【學(xué)生回答】外力可以掛上重物，用彈簧測力計測量，質(zhì)量可以用天平測量，加速度可用打點計時器或是頻閃照片?！緦W(xué)生回答】Vt = V0 + a t S = vo

11、 t +a t2Vt2V02 = 2as【學(xué)生回答】S = a t2；位移之比就是加速度之比?！緦W(xué)生思考】調(diào)整軌道或者長板的傾斜度，先讓小車能勻速滑動，從而抵消阻力和摩擦的影響。通過引導(dǎo)學(xué)生回顧舊知，合作探討運用控制變量法研究加速度與受力和質(zhì)量的實驗設(shè)計，這不僅簡潔直觀，有利于突破教學(xué)的難點，更有利于拓展學(xué)生的思維，讓學(xué)生掌握和運用科學(xué)的探究方法，促進學(xué)生創(chuàng)造性地解決實際問題的能力發(fā)展。3.變量控制 分組探究【教師指導(dǎo)】實驗原理圖以及實驗裝置、測量方法等。【教師提示】以a為縱軸，F(xiàn)為橫軸，描繪出函數(shù)圖象【教師提示】嘗試以質(zhì)量的倒數(shù)1/m為橫坐標，畫出圖像【A組實驗1】測量大小兩小車的質(zhì)量，先用

12、兩個相同質(zhì)量的小車，分別加不同個數(shù)的砝碼施加作用力，小車最初靜止與導(dǎo)軌零刻度，使兩小車向前運動一段距離后制動，測量兩小車的位移，填入表中，改變砝碼質(zhì)量，多次實驗。小車1小車2mFS【學(xué)生歸納】當質(zhì)量一定時，加速度大小與作用力成正比，即aF?！続組實驗2】保持提供作用力的砝碼質(zhì)量相同，在其中一個小車上加砝碼，進行實驗，并記錄數(shù)據(jù)，填入下表。小車1小車2mFS【學(xué)生回答】小車2與小車1所加砝碼后質(zhì)量之比等于它們的位移之反比；說明作用力一定時，加速度大小與質(zhì)量成反比。即【B組實驗1】測量小車的質(zhì)量，分別加不同個數(shù)的砝碼施加作用力，小車最初靜止與導(dǎo)軌零刻度，利用打點計時器測量加速度。填入表中，改變砝碼

13、質(zhì)量，多次實驗。實驗序號加速度a/ms2 小車受力F/N 125說明當質(zhì)量一定時，加速度大小與作用力成正比，即aF?！綛組實驗2】保持提供作用力的砝碼質(zhì)量相同，在其中一個小車上加砝碼，進行實驗，并記錄數(shù)據(jù)，填入下表。實驗序號加速度a/ms2 小車質(zhì)量m/Kg 125說明作用力一定時，加速度大小與質(zhì)量成反比。即教師指導(dǎo)實驗，通過學(xué)生控制變量和實驗數(shù)據(jù)處理，得出實驗結(jié)論，不僅突出了教學(xué)重點，而且有利于促進學(xué)生分析、歸納、利用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力，發(fā)展學(xué)生的嚴謹?shù)倪壿嬎季S能力，更重要的是學(xué)生經(jīng)歷知識的探究過程，體驗探究的樂趣；同時，引導(dǎo)學(xué)生運用圖像法來處理實驗數(shù)據(jù)，讓學(xué)生體會到，圖像法處理實驗數(shù)據(jù)的直觀性和技巧性，啟發(fā)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生的發(fā)散思維。在此過程中，感悟科學(xué)精神，在主動實現(xiàn)知識的意義建構(gòu)中，達到情感態(tài)度價值觀的升華。4. 歸納總結(jié)得出結(jié)論【教師總結(jié)】物體的加速度與物體所受的作用力成正比，與物體的質(zhì)量成反比【學(xué)生交流】