《實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》教學設(shè)計

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1、 《實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》教學設(shè)計 【教學目標】 ? 一、知識與技能 ? 1．理解物體運動狀態(tài)的變化快慢即加速度大小與力相關(guān)，與質(zhì)量也相關(guān)。 ? 2．通過實驗探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系。 ? 3．培養(yǎng)學生動手操作水平。 ? 二、過程與方法 ? 1．指導學生半定量地探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系，知道用控制變量法實行實驗。 ? 2．引導學生自己設(shè)計實驗，并根據(jù)設(shè)計實行實驗。 ? 3．對實驗數(shù)據(jù)實行處理，并能根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果得出結(jié)論。 ? 三、情感、態(tài)度、價值觀 ? 1．通過實驗，培養(yǎng)實事求是、尊重客

2、觀規(guī)律的科學態(tài)度。 ? 2．通過探究激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)新精神。 ? 3．培養(yǎng)與人合作的團隊精神。 ? 【教學重點】 ? 1．控制變量法的使用。 ? 2．如何提出實驗方案，并使實驗方案合理可行。 ? 3．實驗數(shù)據(jù)的分析和處理。 ? 【教學難點】 ? 1．在老師引導下提出切實可行的實驗方案。 ? 2．實驗的操作過程。 ? 【教學用具】 ? 多媒體課件，小車（20輛，每輛車上貼上質(zhì)量為200g，貼上“參照車”與“實驗車”字樣），一端帶有滑輪的長木板（20個），一次性小塑料口杯及棉線套（20個，質(zhì)量可忽略），50

3、g規(guī)格鉤碼10盒（每盒10個），托盤天平砝碼20盒，刻度尺（米尺），線繩若干，鐵文件夾10個，計算機和大屏幕投影系統(tǒng)一套，計算器。 ? 【教學要求】 ? 上課地點為實驗室，共分成10組，五個學生一組，每組男、女生都要有，選出組長一名。每組桌上貼上組號，每個學生發(fā)學案一張，每組同學帶課本，計算器，鉛筆。 ? 【課時安排】 ? 2課時（第1課時探究實驗方案，第2課時實驗操作、分析實驗數(shù)據(jù)、得出結(jié)論） ? 【教學過程】 ? 一、第1課時：設(shè)計實驗方案（教師組織學生討論并回答學案上的問題） ? 問題1：本節(jié)課研究物體運動的加速度大小跟什么相關(guān)，請

4、同學們先猜一猜加速度大小跟什么相關(guān)？ ? 教師注意：學生可能猜出質(zhì)量和力以外的因素，教師引導或告之本節(jié)課只探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系。 ? 問題2：請同學們猜一猜加速度與力、質(zhì)量有什么關(guān)系，列舉出實例。 ? 如果學生說不出實例，教師能夠列舉以下典型的例子：綠燈亮后，摩托車先沖出，然后小轎車，最后載重貨車，說明質(zhì)量大加速度?。环匠淌劫愜嚨陌l(fā)動機功率大，啟動快，加速度大，說明力大加速度大。 ? 播放以上例子的視頻。 ? 問題3：能否從理論上驗證力越大，加速度越大；質(zhì)量越大，加速度越小是合理的？ ? 參考答案：力是改變運動狀態(tài)的原因，力大運動狀態(tài)容易改

5、變，而運動狀態(tài)的改變快慢是用加速度來描述的，所以力大，加速度大；質(zhì)量是慣性大小的量度，質(zhì)量大，慣性大，運動狀態(tài)難改變，即加速度小。 ? 教師注意：學生回答這個問題時，容易用舉實例法，教師注意引導從理論出發(fā)。 ? 問題4：研究一個物理量同時與兩個物理量有什么關(guān)系，理應(yīng)采用什么方法？ ? 學生很容易回答出用控制變量法。 ? 問題5：初中用過這種辦法嗎？舉例說明。（安排此問題的目的是向?qū)W生實行物理學研究方法的教育） ? 參考答案：在討論電流與電壓、電阻兩個量是什么關(guān)系時；在討論壓強與壓力、作用面積兩個量是什么關(guān)系時。 ? 問題6：保持質(zhì)量一定，怎樣研究

6、加速度與力的關(guān)系，或保持力一定，怎樣研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系？ ? 學生會回答出用打點計時器測出幾個加速度及所對應(yīng)的力，分析加速度與力關(guān)系或加速度與質(zhì)量關(guān)系，若不提測加速度，可追問如何測出加速度。 ? 以上6個問題難度不大，建議采用單獨讓某個學生回答的方式即可，不必給時間實行小組內(nèi)討論。 ? 問題7：鑒于用紙帶測出加速度是我們已經(jīng)掌握的一種技能，所以本次探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系不想用此方法。請同學們另外設(shè)計出一種切實可行的實驗方法？ ? （1）闡述實驗的理論依據(jù)及對實驗方法的初步設(shè)計。 ? （2）在此理論框架內(nèi)，具體的實驗方案是什么？ ? 組內(nèi)討論

7、6分鐘，每組組長準備發(fā)言。 ? 在學生討論期間，教師巡視參與討論交流，如果時間過半還有一些組提不出方案，教師可提醒該組學生參考課本43頁“做一做”欄目，再討論． ? 參考答案： ? 理論依據(jù)及初步設(shè)計：兩物體均做初速度為零的勻加速直線運動，由x=知，相同時間內(nèi)的位移關(guān)系，就是他們的加速度關(guān)系。 ? 具體實驗方案：課本78頁參考案例。 ? 　　學生在闡述時可能（1）（2）兩個問題混在一起說出，只要合理、清晰即可；另外理論依據(jù)與方案課本上都有，學生看了課本就很容易回答此問題。 ? 　　引申問題：在此理論依據(jù)下，能否再設(shè)計出一種實驗方案，組內(nèi)討論10分鐘后組長

8、發(fā)言。（討論后，剛才只提出課本上方案的組重點發(fā)言，已經(jīng)提出不同于課本上方案的組也可以再提出第3種方案。） ? 　　教師組織同學們對各種方案進行評價，只要合理可行即可。 ? 　　最后教師指出： ? 　　本節(jié)課用課本78頁的方案。 ? 　　問題8：繩拉小車的力是小車受的合力嗎？ ? 　　學生很容易提出還有摩擦力。 ? 　　問題9：我們必須要使繩拉小車的力成為小車受到的合力，否則還要計算滑動摩擦力，使問題復雜化，那么怎樣去掉摩擦力呢？組內(nèi)討論5分鐘后組長發(fā)言。 ? 　　參考答案： ? 　?。?）用重力分力平衡掉摩擦力（教師可投影圖片解釋），為此可以傾斜木板，直到小車放

9、上后恰能靜止或被輕推后勻速。 ? 　?。?）減小摩擦力直到可忽略，可采用氣墊導軌。 ? 　　第2課時：做實驗并記錄、分析數(shù)據(jù)，得出結(jié)論 ? 　　一、實驗前教師做以下交待： ? 　　1．為了節(jié)省時間，教師給學生做一下分工，1-5組探究加速度與力的關(guān)系，參照表一和表二要求（見學案）；6-10組探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，參照表三和表四要求（見學案），要填寫好表格。 ? 　　2．平衡摩擦力時不必將拴有口杯小桶的繩子解下，車后拖的繩子也不用解下，放在車上即可。 ? 　　3．注意鐵夾子的位置。 ? 　　4．注意實驗中同學之間互相配合，如誰扶住板，誰控制鐵夾開啟、閉合，誰負責更換砝

10、碼和保證繩在滑輪內(nèi)并負責保護儀器，誰負責測量記錄等。 ? 　　附： ? 表一（兩車質(zhì)量均為200g+100g） ? 參照車 實驗車 組別 繩上掛的鉤碼/g ? （代表力F1） 位移x1/cm 繩上掛的鉤碼/g（代表力F2） 位移x2/cm 1 20 ? 30 ? 2 20 ? 40 ? 3 20 ? 50 ? 4 20 ? 60 ? 5 20 ? 70 ? ? ? 表二（兩車質(zhì)量均為200g+100g） 組別 1 1．5 ? 2 2．0 ? 3 2．5 ? 4 3．0 ? 5

11、 3．5 ? ? 表三（兩車繩上掛的鉤碼均為40g） ? 參照車 實驗車 組別 車和車上砝碼總質(zhì)量/g（代表質(zhì)量m1） 位移x1/cm 車和車上砝碼總質(zhì)量/g（代表質(zhì)量m2） 位移x2/cm 1 300 ? 200 ? 2 300 ? 400 ? 3 300 ? 500 ? 4 300 ? 600 ? 5 300 ? 700 ? ? 表四（兩車繩上掛的鉤碼均為40g） 組別 1 2/3=0．67 ? 2 4/3=1．33 ? 3 5/3=1．67 ? 4 6/3=2．00 ? 5

12、 7/3=2．33 ? ? 　?。ㄒ陨蠈嶒炦^程36 min） ? 　　二、分析實驗數(shù)據(jù)并得出結(jié)論 ? 　　讓學生分析表二和表四，并得出結(jié)論。 ? 　　參考答案：在兩車質(zhì)量一樣的情況下，實驗車受的力是參照車的多少倍，加速度就是參照車的多少倍，說明加速度與力成正比；在兩車受力一樣的情況下，實驗車總質(zhì)量是參照車的幾倍，加速度就是參照車的幾分之一，說明加速度與質(zhì)量成反比。 ? 　　【課堂小結(jié)】 ? 　　1．高中第一次接觸控制變量法。 ? 　　2．愛因斯坦有一句名言：“提出一個問題往往比解決一個問題更重要”，因此猜想出加速度與質(zhì)量、力的關(guān)系比實驗驗證重要，提出實驗方案比實驗

13、操作重要，通過本節(jié)課，大家要好好體會。 ? 　　3．體會合作的含義，現(xiàn)代科研是需要團隊精神的。 ? 　　【作業(yè)】 ? 　　1．思考題：除了摩擦力以外，你覺得引起誤差的主要原因還有什么？為克服這一問題，請設(shè)計出改進的實驗方案。 ? 　　2．思考題：用氣墊導軌做實驗可以基本消除摩擦力影響，如果結(jié)合光電計時器也可以測量加速度大小，大家參考課本32頁第4題設(shè)計一個探究加速度與力、質(zhì)量關(guān)系的實驗，條件是沒有滑輪系統(tǒng)。 ? 　　教學設(shè)計說明： ? 　　1．鐵文件夾的方案有系統(tǒng)誤差，為什么教學中仍然采用？ ? 　?。?）筆者認為越是樸素、簡單的器材，越能反映出實驗的本質(zhì)，越能體現(xiàn)

14、物理的研究之美，另外器材的簡單必然導致學生主體地位的體現(xiàn)，即從操作，到測量記錄，再到計算分析都是學生動手完成，學生在行動中充分體會實驗的原理和技巧，提高了能力。 ? 　?。?）當然，為了解決鐵夾子閉合后相對繩子還要運動的問題，筆者在上課前也嘗試了一些改進措施，但發(fā)現(xiàn)都不如鐵文件夾方案效果好，如利用數(shù)碼相機拍照的方案，相機的反應(yīng)時間太長，車都要碰上定滑輪了，畫面還沒有被定格。再如筆者設(shè)計出車后拖紙帶，紙帶穿過打點計時器的限位孔，利用手同時迅速按一下兩個振片使振針在兩個紙帶上留下一個點跡，從而得到兩輛車運動的位移，但是操作中發(fā)現(xiàn)紙帶總被限位孔磨破從而被卡住。 ? 　?。?）沒有按照《教參》

15、上的方法對鐵文件夾進行固定改進，因為采用手按住夾子的方法效果也不錯，只是由于學校只有一種50g規(guī)格的鉤碼，所以用一次性塑料口杯做成小桶來裝鉤碼和天平的砝碼，算是一點改進。至于做幾次實驗，每一次的車質(zhì)量與力大小完全參照《教參》上的案例。 ? 　　2．為什么學生提出用鐵文件夾的方案后，還要求設(shè)計新的實驗方案？ ? 　?。?）因為課本上有此方案，學生肯定都作了預習，所以提出鐵文件夾的方案“設(shè)計”的成分大打折扣，讓學生討論有走形式，假探究之嫌。 ? 　?。?）重新設(shè)計出不同的實驗方案，有助于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)。 ? 　　3．課本上沒有平衡摩擦力這一環(huán)節(jié)，為什么要加上這一環(huán)節(jié)？ ? 　　

16、（1）提高準確性。 ? 　?。?）剛剛學完力的分解，可以復習檢驗這部分知識，同時體會分解力的實際應(yīng)用。 ? 　?。?）為牛頓第二定律中F為F合做鋪墊。 ? 　　教學過程中關(guān)鍵環(huán)節(jié)完成情況簡介： ? 　　1．學生在回答第6個問題時，說出力大，加速度就大后，說出力與加速度成正比的結(jié)論，同樣依據(jù)質(zhì)量大，加速度就小得出加速度與質(zhì)量成反比的結(jié)論，老師及時作了糾正。 ? 　　2．在設(shè)計實驗的環(huán)節(jié)上： ? 　?。?）學生說出讓兩輛車同時啟動，同時靜止，這樣運動時間就一樣，根據(jù)x=，位移關(guān)系，就是加速度關(guān)系．老師馬上意識到學生看了課本的實驗案例，指出若表達成同時啟動，同時靜止，則全程的

17、加速度是變化的，公式x=并不適用，在此時只能直接給出課本的案例，同時問學生鐵文件夾閉合后車是馬上停止嗎？引導學生得出應(yīng)該表述成兩輛車同時啟動，運動相同時間，位移關(guān)系，就是加速度關(guān)系，同時也看出了實驗中的一個缺陷，閉合鐵文件夾后線繩相對夾子還要運動，測出的位移并不準。 ? 　　（2）在學生自己設(shè)計方案時，為了降低難度，老師搭設(shè)了一個臺階，提醒：理論依據(jù)仍為x=，可以更換夾子，克服夾不住的毛病。第一組設(shè)計出為繩子加限位孔，孔上加裝可以同時滴顏色水的滴管裝置，可以在繩上留下記號。又提醒若沒有鐵夾子，也沒有拖著的線繩怎么辦？第十組設(shè)計出用數(shù)碼相機頻閃照相的方法，但提出讓兩車位移同，第六組同學作了補

18、充，頻閃照相，研究兩次曝光之間小車的位移，老師又引導只研究從靜止到第一次曝光時刻的位移即可，因為要用x=的理論依據(jù)。 ? 　　此時學生的興奮性較高，如果再給一段時間，學生肯定還可以提出新的實驗方案，但為了教學進度，老師只能說課下再作交流。 ? 　　3．平衡摩擦力的環(huán)節(jié)進展順利，在老師引導下學生答出正確答案。 ? 　　4．分析處理數(shù)據(jù) ? 　?。?）某組同學的數(shù)據(jù)如下： ? 表一（兩車質(zhì)量均為200g+100g） ? 參照車 實驗車 組別 繩上掛的鉤碼/g（代表力F1） 位移x1/cm 繩上掛的鉤碼/g（代表力F2） 位移x2/cm 1 20 35 3

19、0 50 2 20 23 40 43 3 20 20 50 46 4 20 19 60 50 5 20 17．5 70 59 ? ? 表二（兩車質(zhì)量均為200g+100g） 組別 1 1．5 1．43 2 2．0 1．87 3 2．5 2．3 4 3．0 2．63 5 3．5 3．37 ? 表三（兩車繩上掛的鉤碼均為40g） ? 參照車 實驗車 組別 車和車上砝碼總質(zhì)量/g（代表質(zhì)量m1） 位移x1/cm 車和車上砝碼總質(zhì)量/g（代表質(zhì)量m2） 位移x2/cm 1 300 33．5

20、 200 51．5 2 300 43 400 35 3 300 58 500 43 4 300 56 600 31 5 300 40 700 21 ? 表四（兩車繩上掛的鉤碼均為40g） 組別 1 2/3=0．67 1．54 2 4/3=1．33 0．81 3 5/3=1．67 0．74 4 6/3=2．00 0．55 5 7/3=2．33 0．525 ? 　　（2）教師后來用此組數(shù)據(jù)作出的圖象如下： ? ? ? ? 　　教學后記： ? 　　第二天的物理課上，又給出多半節(jié)課的時

21、間繼續(xù)實驗設(shè)計和回答兩道思考題，在x=的理論框架內(nèi)，學生又提出幾種切實可行的方案，如用邊緣涂有顏色的尺子突然按在繩子上留下記號；用攝像機錄像再研究定格的畫面等，有同學甚至提出用刀同時切斷繩子的方法，雖不太適合采用，但也反映出同學思維的創(chuàng)造性。 ? 　　在回答思考題1時學生提出兩種改進方案較好，一是在鐵夾子的上口涂顏色，應(yīng)該說還是屬于較傳統(tǒng)的設(shè)計，二是在閉合夾子的瞬間松開手，讓夾子被繩子帶走，其他學生做一些保護措施，這種方法非常有創(chuàng)造性，應(yīng)該是一種不拘泥于常規(guī)的方法，反映出學生潛在的創(chuàng)造能力是非常巨大的。另外，有同學提出造成實驗誤差的主要原因還有一個是兩車摩擦力情況不一樣，即在兩車質(zhì)量與受力

22、情況一樣時，兩車加速的步調(diào)并不相同，但學生提不出改進措施，我認為除了更換小車直到兩車同步調(diào)的方法外也沒有其他辦法。 ? 　　在回答思考題2時，在老師引導下，學生順利地提出傾斜導軌獲得重力的分力充當動力的方法，改變導軌傾角，讓導軌上端點的高度加倍，則傾角的正弦加倍，則動力加倍，再看加速度變化的情況，則可研究出a與F的關(guān)系；但在如何探究a與m的關(guān)系時遇到了困難，不好保持力不變，因為保持導軌傾角不變，在滑塊上添加砝碼，改變了滑塊的質(zhì)量也改變了重力分力的大小，討論的結(jié)果只能是滑塊質(zhì)量加倍后，讓導軌上端點的高度減半，則傾角的正弦減半，則動力可以保持不變。 ? 　　教學反思： ? 　　1．關(guān)于

23、時間分配問題 ? 　　首先實驗設(shè)計環(huán)節(jié)最能體現(xiàn)學生的創(chuàng)造能力，應(yīng)該多花一些時間，學生在課堂上能提出切實可行的實驗方案，而且思維相當活躍，在思維高潮時刻嘎然而止，學生有點意猶未盡的感覺。其次實驗設(shè)計也不應(yīng)該僅僅是設(shè)計出方案，還應(yīng)該設(shè)計出操作步驟，如總共做幾次實驗，每一次的車質(zhì)量與力分別多大，采集數(shù)據(jù)的表格如何設(shè)計，應(yīng)該怎樣處理數(shù)據(jù)等。 ? 　　2．關(guān)于實驗設(shè)計環(huán)節(jié) ? 　?。?）限制了實驗的理論依據(jù)和提醒更換鐵夾子克服夾不住的毛病應(yīng)該對學生能成功設(shè)計出實驗方案起到了關(guān)鍵作用，這就說明科學探究中教師的引導是必不可少的。 ? 　?。?）在上課之前，我內(nèi)心認為學生不能設(shè)計出實驗方案，即使老師作了引導，因此學生的表現(xiàn)令我吃驚，所以說學生的創(chuàng)造能力是潛在存在的，老師一定要給學生機會，一定要引導他們表現(xiàn)出這種能力，久而久之學生的素質(zhì)才會真正提高。