探究加速度及力、質(zhì)量的定量關(guān)系

1、-. z.牛頓第二定律課堂教學(xué)案例前言：牛頓第二定律是在實(shí)驗(yàn)的根底上建立起來的重要規(guī)律，它是動力學(xué)的核心，也是學(xué)習(xí)其他動力學(xué)規(guī)律的根底。在學(xué)習(xí)了這一內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)掌握了力、質(zhì)量、加速度、慣性等概念；知道質(zhì)量是慣性的量度，力是改變物體運(yùn)動狀態(tài)的原因；會分析物體受力和具備一定的實(shí)驗(yàn)操作技能，在自主學(xué)習(xí)、合作探究等方面的能力有了一定的提高，對學(xué)習(xí)物理有了較濃厚的興趣，現(xiàn)代化教學(xué)手段現(xiàn)在已經(jīng)很普遍，要好好利用這一手段，本節(jié)課采用了數(shù)據(jù)采集器通過計(jì)算機(jī)的輔助，直接呈現(xiàn)結(jié)果，采用了啟發(fā)式教育和學(xué)生自主學(xué)習(xí)與探究的方法，并通過分析將前面實(shí)驗(yàn)中的缺乏加以彌補(bǔ)，完成對牛頓第二定律的探究過程，同時(shí)將從實(shí)驗(yàn)上升

2、到物理規(guī)律的過程呈現(xiàn)給學(xué)生，最終得到牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式F=ma教學(xué)案例正文一、教學(xué)目標(biāo)1、知識與技能1、理解牛頓第二定律的內(nèi)容和公式。2、理解1N力的大小的定義3、了解實(shí)驗(yàn)在探究牛頓第二定律實(shí)驗(yàn)中的作用2、過程與方法1、經(jīng)歷從實(shí)驗(yàn)到理論的全過程，理解和體會科學(xué)研究方法。2、學(xué)習(xí)用數(shù)學(xué)公式表達(dá)實(shí)驗(yàn)規(guī)律的方法。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀1、經(jīng)歷探究過程并使學(xué)生獲得成功的喜悅。2、領(lǐng)略科學(xué)探究中的艱辛，培養(yǎng)學(xué)生自信、堅(jiān)決的品質(zhì)。3、了解信息技術(shù)在物理實(shí)驗(yàn)中的運(yùn)用，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)熱情。二、教學(xué)重難點(diǎn)1、重點(diǎn)：對牛頓第二定律的理解、掌握及簡單的應(yīng)用2、對牛頓第二定律瞬時(shí)性和矢量性確實(shí)切理解教學(xué)過程與評

3、析反思三、教學(xué)過程：1、課堂引入：猜測加速度a與那些物理量有關(guān)實(shí)施過程：師:同學(xué)們，大家喜不喜歡運(yùn)動??？ 生：喜歡!師：不錯(cuò)哈，運(yùn)動可以讓身體更安康，大家要保持運(yùn)動。那教師問大家一個(gè)問題，為什么*翔在奧運(yùn)會比賽中，會穿最輕的鞋子，并把身上所有不必要的東西都拿掉？生：因?yàn)檫@樣?xùn)|西較少，能夠跑得快一些！師：很好啊，我們說因?yàn)槟玫魱|西，身體較輕，他起跑才能較快到達(dá)最大速度！你們想啊，如果他背著一個(gè)大書包，能一下子就跑則快嗎？生：大笑不能！師：有這個(gè)小事件，我們可以得出一個(gè)什么樣的結(jié)論??？生：靜想物體速度變化的快慢跟質(zhì)量有關(guān)系。師：很好！那是質(zhì)量大，速度變化就快，還是質(zhì)量小，速度變化就慢呢？生：質(zhì)量越

4、大，速度變化的越慢師：答復(fù)正確，同學(xué)們，你們小時(shí)候有沒有玩過石頭??？你們有沒有跟同伴玩過把石頭往上扔，看誰仍得高呢？ 生：有！師：那你們有沒有發(fā)現(xiàn)一個(gè)事情，當(dāng)你們長大后，還去玩石頭，長大后玩石頭仍的高度比小時(shí)候仍的高度哪一個(gè)比擬高啊？ 生：當(dāng)然是長大后??！師：為什么？ 生：長大后力氣比擬大?。煟毫υ酱?，就能仍得越高啊，也就是說：對石頭的合外力越大，物體剛開場到達(dá)的速度就越大，運(yùn)動狀態(tài)改變越快！大家答復(fù)得很好，則，由上面兩個(gè)例子，我們可以初步猜測，物體運(yùn)動狀態(tài)變化快慢(即加速度a)跟哪些亮有關(guān)呢？他們之間的關(guān)系式什么樣的呢？生：跟物體的質(zhì)量還有所受合外力有關(guān)！質(zhì)量越大，物體運(yùn)動狀態(tài)越難改變，所

5、受合外力越大，物體運(yùn)動狀態(tài)改變越快。過程評析：課堂引入猜測的過程中，緊貼生活事件，充分利用物理來源于生活的優(yōu)越性，讓學(xué)生更容易理解，更容易承受新知識，引用有趣的事件來促進(jìn)課堂的學(xué)習(xí)氣氛，為接下來的新課教學(xué)做好前提氣氛準(zhǔn)備，就是本次引入有趣生活實(shí)例的意圖！2、新課實(shí)驗(yàn)探究a與F、m的定量關(guān)系1、思考實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施過程：師：我們既然知道運(yùn)動狀態(tài)的改變，即加速度a與合外力F和物體的質(zhì)量m有關(guān)系，已經(jīng)有了一個(gè)定性的認(rèn)識，則，他們之間的定量關(guān)系式怎么樣的呢？我們能不能用一些實(shí)驗(yàn)來確定他們之間的關(guān)系呢？生：靜思！師：現(xiàn)在大家用分鐘的時(shí)間，全班分成組，每組成員互相討論，看能否用用實(shí)驗(yàn)來確定他們之間的關(guān)系及表達(dá)

6、式！等一會兒看看哪一組的方案最好！師：在思考方案的時(shí)候，要盡量想到使用那些器材、如何進(jìn)展操作、如何采集數(shù)據(jù)，并把方案寫在紙上！各組人員積極討論，探究熱情高漲，教師巡看學(xué)生方案，并給學(xué)生一定的指導(dǎo)與鼓勵(lì)2確定實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施過程：師：哪一組想出來了呢？來跟大家分享分享啊！勇敢地到講臺來答復(fù)，時(shí)機(jī)把握在自己手上！其中，第二組和第四組學(xué)生沒有設(shè)計(jì)出方案,第一組和第三組設(shè)計(jì)的方案差不多生：第三組學(xué)生站到講臺上我們組的實(shí)驗(yàn)方案是這樣的，主要分為兩步進(jìn)展研究：a：保持研究對象的質(zhì)量M一定時(shí)，研究加速度a與合外力F的關(guān)系b：保持研究對象受到的合外力F一定時(shí)，研究加速度a與質(zhì)量M的關(guān)系最后，綜合兩次研究結(jié)果，進(jìn)展

7、計(jì)算推理，便可以找出加速度a與質(zhì)量M、合外力F三者之間的關(guān)系師：根本思路是正確的，則你們組的實(shí)驗(yàn)方案實(shí)施過程是怎么樣的？生：第三組具體可以通過第二章中，用鉤碼來拉小車在長木板上運(yùn)動，并通過小車的運(yùn)動紙帶來測出小車的加速度a這個(gè)實(shí)驗(yàn)來探究。師：說得很好啊！那你順便把你組的方案需要的設(shè)備、以及方案的實(shí)施過程說給大家聽聽，大家要注意，在他說的時(shí)候 ，你們要注意他說的是否正確，并把錯(cuò)誤的地方給他糾正改善過來！生：第三組實(shí)驗(yàn)需要的設(shè)備有：小車、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、長木板、細(xì)繩、小桶、鉤碼、刻度尺。實(shí)驗(yàn)過程是：先用天平測出小桶與鉤碼的質(zhì)量，讓小桶拉小車運(yùn)動，從運(yùn)動的紙帶中計(jì)算出小車的運(yùn)動加速度，再改變

8、鉤碼的質(zhì)量，改變合外力的大小，再從新打出來的小車的運(yùn)動紙帶算出小車的加速度，重復(fù)幾次實(shí)驗(yàn)并畫出a-F圖像：對于質(zhì)量M和a的關(guān)系，可以保持小桶和鉤碼質(zhì)量不變，通過改變小車的重量來測出幾個(gè)不同質(zhì)量的加速度，并畫出a-M圖像！師：說得特別好?。〈蠹矣米顭崃业恼坡曀徒o第三組?，F(xiàn)在大家想一下，對剛剛第二組的方案，大家有沒有一些建議，認(rèn)為這個(gè)方案在哪些地方需要改善的有沒有？生：第一組，設(shè)備中還要多一個(gè)墊木。師：為什么呢？生：因?yàn)樾≤囘\(yùn)動過程中還有受到摩擦力！要用墊木把長木板墊起，可以用重力的分力來平衡掉摩擦力！師：答復(fù)得很不錯(cuò)，大家掌聲送給這位同學(xué)。還有沒有需要改善的?。可旱谒慕M學(xué)生有，我在預(yù)習(xí)的過程中

9、，得出要畫a-1/M圖像比擬好。師：為什么呢？你的理由是什么生：解析：物體運(yùn)動的加速度a與物體的質(zhì)量m是成反比的關(guān)系，因此a-m圖象是一條雙曲線，而圖象是一條直線，作出a-m圖象，不易判斷加速度跟質(zhì)量的反比關(guān)系；而作出圖象則容易判斷加速度跟質(zhì)量的反比關(guān)系.師：答復(fù)的非常好啊，看來今天大家都預(yù)習(xí)得很充分。還有一個(gè)大家需要注意的，那就是鉤碼質(zhì)量必須遠(yuǎn)小于小車質(zhì)量，至于為什么，以后再討論。由上面我們綜合起來，就用第二組的實(shí)驗(yàn)方案來探究a與F、M的關(guān)系式。過程評析：充分利用啟發(fā)式教育，以學(xué)生為主體，教師為引導(dǎo)，讓學(xué)生經(jīng)過自己的思考得出結(jié)論與方案，充分開掘?qū)W生的主觀能動性與團(tuán)體合作能力！這樣能大大提高學(xué)

10、生的學(xué)習(xí)興趣與探究熱情，從而加大學(xué)生對本節(jié)課學(xué)習(xí)程度的掌握！3進(jìn)展實(shí)驗(yàn)與結(jié)論的得出實(shí)施過程：由于時(shí)間原因，不可能讓很多學(xué)生都來做實(shí)驗(yàn)，本節(jié)課主要是教師演示，學(xué)生分析，至于學(xué)生動手實(shí)驗(yàn)的，安排在下課后，有興趣的可以上來做實(shí)驗(yàn)教師把實(shí)驗(yàn)儀器擺放好在講臺上。如下列圖所示：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器紙帶a、先測量小車加速度a與合外力F的關(guān)系，控制小車質(zhì)量不變，通過改變鉤碼質(zhì)量來改變合外力F的大小，打出四條不同合外力F的紙帶，并把四條紙帶分給各小組去計(jì)算加速度的a大小在第二章中有交給學(xué)生用紙帶求出勻變速直線運(yùn)動加速度的方法，同學(xué)們算出來后把答案給教師，教師在黑板上繪制如下表格，并由表格繪制出a-F圖像。a-F表格次數(shù)工

11、程1234F/N1.984.065.958.12a/ms-21.002.003.004.00繪制a-F圖像：b：控制小車所受合外力F不變鉤碼的重量不變，通過改變小車的重量M來改變小車的加速度，分別打出四條不同小車質(zhì)量M的紙帶，分給各小組下去計(jì)算小車的加速度。然后教師在黑板上畫出a-1/M表格，并繪制出a-1/M圖像a-1/M表格次數(shù)工程1234a/ms-22.042.663.233.98/kg-10.500.670.801.00繪制a-1/M圖像師：由上面實(shí)驗(yàn)和表格的內(nèi)容，我們可以得出什么結(jié)論呢？物體的加速度a和合外力F的關(guān)系是什么關(guān)系呢？生：正比例關(guān)系。 師：對，因?yàn)閍-F圖像是一條傾斜的直

12、線，因此他們成正比例關(guān)系。則加速度a與物體的質(zhì)量M成什么關(guān)系呢/生;成反比例關(guān)系，因?yàn)閍跟1/M成正比例，所以a跟M成反比例。過程評析：為了節(jié)約時(shí)間，直接把紙帶分給各組學(xué)生計(jì)算，教師在黑板上描圖，這樣可以更高效率地使實(shí)驗(yàn)加快進(jìn)度，學(xué)生在這個(gè)過程中也鍛煉到計(jì)算加速度的能力與實(shí)驗(yàn)分析能力，在觀察教師實(shí)驗(yàn)的過程中，都睜大眼睛，細(xì)心觀察，激情飽滿！4牛頓第二定律的數(shù)值表達(dá)式：實(shí)施過程：師：綜合上述實(shí)驗(yàn)中得到的兩個(gè)關(guān)系以及通過數(shù)學(xué)推演等方法，得到下述結(jié)論：物體的加速度跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，且加速度的方向跟引起這個(gè)加速度的力的方向一樣。用公式表示為：或者 即：其中，大家需要注意的有一下這些方

13、面： a) 如果每個(gè)物理量都采用國際單位，則，；即：b) 力的單位牛頓的定義：使質(zhì)量為1千克的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的力叫做1牛頓。師:現(xiàn)在大家思考下面四個(gè)問題，看看是否正確。 a) 只有物體受到力的作用，物體才具有加速度。 b) 力恒定不變，加速度也恒定不變。 c) 力隨著時(shí)間改變，加速度也隨著時(shí)間改變。d) 力停頓作用，加速度也隨即消失。生：全班人員沉思了幾分鐘正確師：為什么呢？生：因?yàn)樾≤囋跊]有受到力的時(shí)候，都是靜止或勻速直線運(yùn)動，當(dāng)受到力的時(shí)候就有加速度，力改變時(shí)，加速度大小也跟著改變。師：很好啊，由此可見，物理加速度的方向跟合外力一樣，當(dāng)合外力改變時(shí)，物體的加速度也跟著改變，我們

14、說這個(gè)就是加速度的瞬時(shí)性與矢量性。四、小結(jié)一、實(shí)驗(yàn)探究a與F和M的關(guān)系1、探究方法：控制變量法2、實(shí)驗(yàn)結(jié)論：物體質(zhì)量M不變，a正比于F 物體受合外力F不變，a正比于1/M二、牛頓第二定律1、表述：物體的加速度跟所受合外力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比，且加速度的方向跟引起這個(gè)加速度的力的方向一樣。2、公式：F=ma3、性質(zhì)：瞬時(shí)性與矢量性4、力的單位牛頓的定義：使質(zhì)量為1千克的物體產(chǎn)生1m/s2的加速度的力叫做1牛頓。五、作業(yè)課本53頁練習(xí)二教學(xué)評析與反思：本節(jié)課先通過學(xué)生生活中的畫面，然后通過實(shí)例大膽猜測或作出假設(shè)，再通過實(shí)驗(yàn)來搜集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，利用圖象對數(shù)據(jù)分析，最后得出結(jié)論，.讓學(xué)生深刻體會了探究實(shí)驗(yàn)的模式，培養(yǎng)了學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，樂于探究自然界的奧秘，本節(jié)課也讓學(xué)生親自設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，培養(yǎng)了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?、動手能?。牛頓第二定律的數(shù)學(xué)表達(dá)式簡單完美，要記住并不難，但要全面深入理解該定律中各物理量的意義和相互聯(lián)系，對學(xué)生來說是比擬困難的，所以本節(jié)課更有必要通過實(shí)驗(yàn)來讓學(xué)生明白這道公式的由來