《探究加速度与力、质量的关系》完美版

乐山师范学院物理与电子工程学院制作：李沆2011年7月20日教学设计《探究加速度与力、质量的关系》乐山师范学院物理与电子工程学院李沆一、教材分析本节内容选自“教科版高中物理（必修1）第三章第二节”。让学生通过实验，探究加速度、质量、力三者的关系，强调让学生经历实验探究过程。是学生上高中以来接触到的第二个探究性实验，和前一实验不同，本实验只给出了实验的基本思路，而没有给出确定的实验方案，实验方案和器材的选用要学生自己设计。本节课，以前是验证牛顿第二定律，注重的是知识的再现；现在改为探究性实验,注重问题的提出与研究，体现了新课标注重培养学生探究能力，动手能力，观察和总结的能力的特点。二、学情分析本节课的教学对象是高中一年级的学生，学生已经掌握了力、质量、加速度、惯性等概念，学习了牛顿第一定律，知道力是改变物体运动状态的原因、质量是惯性大小的量度，能分析物体的受力情况；高一学生已具有一定观察实验、分析解决问题的逻辑思维能力，能运用运动学实验探究运动性质，熟悉实验研究的控制变量法和比较法，而且对未知新事物有较强的探究欲望。所以，在教学过程中，通过创设物理情境，以观察生活现象和实验探究为基础，逐步引导学生深刻理解加速度和力、质量的关系，实现知识的意义建构是可行的。三、设计思想通过观察分析生活实例，创设情境，引导学生得出加速度与力、质量的定性关系，进而猜想它们之间的定量关系，并引出科学探究方法——控制变量法进行探究；通过教师引导学生利用已有经验和知识，积极思考、设计出两组实验方案，从而突破难点；通过演示一组实验，能够科学、准确地定量探究出加速度与力、质量的关系，启发学生思考，为学生实验探究打下基础，从而达到突出重点、突破难点的效果。四、教学目标分析1、知识与技能①以实验为基础，得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系，培养学生的主动获取知识能力和设计实验的能力。②提升实验操能力，分析处理实验数据处理的能力2、过程与方法在探究过程中，渗透科学研究方法（控制变量法、实验归纳法、图象法）。3、情感、态度与价值观①体验探索过程中的艰辛与喜悦，养成科学严谨的治学态度。②学会与他人合作、交流，具有团队意识和团队精神。五、教学重点、难点重点：1．掌握控制变量法,2.实验探究，得出实验结论。难点：1、通过引导提出切实可行的实验方案。2、实验的操作过程。六、教法、学法教法：高一学生应该具备的五种能力：即理解、推理、综合分析能力、运用数学知识解决物理问题的能力及实践能力。在整个的教学活动中，以学生为主体、教师主导、师生合作交流的方式组织教学。通过再现生活情景，搭建问题支架来引导学生由生活经验出发，发现问题，运用已学知识设计方案并解决问题的情境教学法和实验探究法相结合，教师在其中起到评估调控的作用。在实验中，教师介绍实验装置，并指导学生自主探究a与m、F之间的关系。学法：学生通过教师指导，合作学习后，能自主地进行探究活动，亲历知识的发生、发展过程。感悟科学探究精神，掌握科学研究方法，逐步分析归纳出加速度与力、质量之间的关系，实现知识的意义建构。七、教学准备多媒体课件，牛顿第二定律演示器，砝码（一盒），细绳，天平小车、打点计时器、纸带、一木端带滑轮的长板、细线、砝码、钩码、刻度尺、天平为器材，小车。八、教学流程图环节一创设情境，引入新课火箭、战斗机起飞过程分析现象得出a与F有关。开始视频播放1、神舟七号火箭升空2、战斗机在航空母舰短距离起飞。激发学生的学习兴趣。环节三回归生活拓展运用分析现象得出a与m有关。视频播放飞机、赛车同时启动提出问题：a与F、m有怎样的关系？环节二合作探究得出结论提出问题：a与F、m有怎样的定量关系？视频播放赛车加速过程分析现象得出F越大，a越大。学生讨论、解释现象图片牛顿动画图片提出问题预习牛顿第二定律结束师生合作设计实验方案实验探究得出结论研究方法引导控制变量法、实验比较法学生分析实验数据讨论得出结论解释常见生活现象视频播放1、大小车同时启动2、大小车同速制动分析现象得出m越大，a越小。究回答九、教学程序教学程序教师活动学生活动设计意图环节一创设情境引入新课（大约3—5分钟）【播放视频】神舟七号火箭升空、战斗机在航空母舰上起飞。问题1将火箭送入太空为什么要用巨大的推力？问题2战斗机在航空母舰上为什么能短距离起飞？【教师总结】火箭、战斗机在巨大推力下速度迅速增大，运动状态发生变化，即速度发生了变化，有加速度产生。问题这说明加速度大小与什么因素有关？【播放视频】F1赛车和飞机同时启动。问题F1赛车比飞机启动快，这说明加速度大小还与什么因素有关？【过渡】那么加速度【观看视频】【学生回答】得到很大的速度。【学生回答】靠强大的推力。【学生回答】与物体所受的作用力有关。【学生回答】与物体的质量有关。播放直观、震撼的视频材料，激发学生学习兴趣，使学生认识生活与物理的联系。引导学生将加速度与物体的受力、物体的质量联系起来。与物体受力、质量到底有什么关系，今天我们就来探究一下。环节二合作探究得出结论（大约25分钟）1．创设情境，定性研究【播放视频】同一辆车加大油门的运动过程。【教师提问】加大油门后，速度变化明显变快？这说明什么？【播放视频】大小车同时启动，同速制动。【教师提问】小车启动快，制动快，这又说明什么？【教师归纳】作用力越大，加速度越大。质量越小，加速度越大；【学生观看】【学生回答】牵引力越大，加速度越大。【学生观看】【学生回答】说明物体质量越大，加速度越小。联系生活，通过分析实例，启发学生思考影响加速度大小的因素，引导学生概括出加速度与物体的受力、质量之间的定性关系。2.教师引导，设计实验【过渡】我们已经定性地研究了a与F和m的关系，那么，它们之间有怎样的定量关系呢？我们一起来探究一下。【教师提示】加速度大小同时与作用力和质量有关，如果作引导学生思考探究加速度与力、质量的定量关系的方法——控制变量法；培养学生运用已有知识解决新问题的能力，提高学生的科学素养。用力和质量同时变化，就不知道是哪个因素影响了加速度。这时就要控制其中一个变量不变，改变另一个变量来进行研究，即“控制变量法”。问题在探究a与F和m的关系时，我们该怎样利用控制变量法呢？【学生回答】保持作用力不变，改变物体的质量；保持质量不变，改变作用力的大小，再分别比较加速度的大小。【过渡】既然是定量的探究，我们就要找出在质量或作用力改变时，加速度是怎样变化的。问题1a、F、m中，F怎样测量与提供，m又该怎么测量？加速度又该怎么求呢？问题2还有没有其他方法测加速度呢？大家想想能不能用运动学的知识【学生回答】外力可以挂上重物，用弹簧测力计测量，质量可以用天平测量，加速度可用打点计时器或是频闪照片。【学生回答】Vt=V0+atS=vot+12at2Vt2－V02=2as【学生回答】通过引导学生回顾旧知，合作探讨运用控制变量法研究加速度与受力和质量的实验设计，这不仅简洁直观，有利于突破教学的难点，更有利于拓展学生的思维，让学生掌握和运用科学的探究方法，促进学生创造性地解决实际问题的能力发展。来解决这个问题。【教师引导】位移S可测，如果我使初速度为零，并控制运动时间相同，此时的加速度该怎样得到呢？【教师提示】只要比较两个初速度为零的物体在相同时间的位移，就知道它们的加速度的关系，所以可以用这样的实验方法来探究加速度与力和质量之间的定量关系。【教师提示】（1）为保证测量的正确性，重物的质量必须远小于运动小车的质量。（2）摩擦力不能忽略，如何“消除”摩擦呢？S=12at2；位移之比就是加速度之比。【学生思考】调整轨道或者长板的倾斜度，先让小车能匀速滑动，从而抵消阻力和摩擦的影响。3.变量控制分组探究【教师指导】实验原理图以及实验装置、测量方法等。【A组实验1】测量大小两小车的质量，先用两个相同质量的小车，分别加不同个数的砝码施加作用力，小车最初静止与导轨零刻度，使两小车向前教师指导实验，通过学生控制变量和实验数据处理，得出实验结论，不仅突出了教学重点，而且有利于促进学生分析、归运动一段距离后制动，测量两小车的位移，填入表中，改变砝码质量，多次实验。小车1小车2mFS【学生归纳】当质量一定时，加速度大小与作用力成正比，即a∝F。【A组实验2】保持提供作用力的砝码质量相同，在其中一个小车上加砝码，进行实验，并记录数据，填入下表。小车1小车2mFS【学生回答】小车2与小车1所加砝码后质量之比等于它们的位移之反比；说明作用力一定时，加速纳、利用数学知识解决物理问题的能力，发展学生的严谨的逻辑思维能力，更重要的是学生经历知识的探究过程，体验探究的乐趣；同时，引导学生运用图像法来处理实验数据，让学生体会到，图像法处理实验数据的直观性和技巧性，启发学生思考，培养学生的发散思维。在此过程中，感悟科学精神，在主动实现知识的意义建构中，达到情感态度价值观的升华。【教师提示】以a为纵轴，F为横轴，描绘出函数图象【教师提示】尝试以质量的倒数1/m为横坐标，画出图像度大小与质量成反比。即【B组实验1】测量小车的质量，分别加不同个数的砝码施加作用力，小车最初静止与导轨零刻度，利用打点计时器测量加速度。填入表中，改变砝码质量，多次实验。实验序号加速度a/m·s－2小车受力F/N125说明当质量一定时，加速度大小与作用力成正比，即a∝F。【B组实验2】保持提供作用力的砝码质量相同，在其中一个小车上加砝码，进行实验，并记录数据，填入下表。实验序号加速度a/m·s－2小车质量m/Kg125说明作用力一定时，加速度大小与质量成反比。即4.归纳总结得出结论【教师总结】物体的加速度与物体所受的作用力成正比，与物体的质量成反比【学生交流】两组同学相互交流，综合实验结果，得出实验结论将实验结论归纳、总结成表达式，使实验结论清晰、明了，让学生能更深刻地理解三者之间的关系。环节三回归生活拓展运用（大约5分钟）问题你能解释战斗机在作战前为什么要卸载副油箱吗？为什么大货车不能超载？【课后任务】预习牛顿第二定律【学生活动】观察、讨论。学生运用所学知识，加深对知识的理解，并且善于运用所学知识，解释生活现象，激发学习兴趣；同时为学习牛顿第二定律，做好铺垫。十、板书设计不论何时，都要尽可能让思考与反省预见到突发的激情，这于审慎者可轻而易举做到。心烦意乱之时，首先要做的就是意识到这一点。先控制住自己的情绪，下决心不再使之加剧。有了这种高明的防范，就能很快终止怒气。要懂得制怒之法，且止息于当止之时：奔跑时停下来最难；狂怒时保持头脑清醒也一样难。过分激动，不论程度高低，都会影响理智。一旦对发怒有了这种警醒，就不会使你因怒气而失控，也不会使你损害良好的辨别力。谨慎地驾驭情绪，就能很好地控制它。你将是马背上第一个理智的人。智者最没有耐性，因为学识减少了他们的耐心。知识渊博的人很难被取悦。俄庀泰特斯告诉我们，生活最重要的准则在于懂得如何忍受一切。他认为这是智慧的一半真谛。容忍愚蠢需要极大的耐心。有时最令我们痛苦的人正是我们最依赖的人，这帮助我们战胜自我。耐心能带来无可估量的内心平静；而内心平静是世间的福祉。不懂得如何容忍他人的人如果还能忍受他自己的话，就应当独处。