《實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》教案(總6頁)

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1、實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 一、教材分析： 新課標(biāo)較原有的教學(xué)大綱更注重對(duì)學(xué)生動(dòng)手能力、探索能力、自己總結(jié)觀察現(xiàn)象的能力的培養(yǎng)，以本節(jié)課為例，以前是驗(yàn)證牛頓第二定律，注重的是知識(shí)的再現(xiàn)，而現(xiàn)在變?yōu)樘骄?，注重的是問題的提出與發(fā)現(xiàn)。本節(jié)課以實(shí)驗(yàn)的形式出現(xiàn)，不僅鍛煉學(xué)生的動(dòng)手能力，更重要的是如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，如何提出問題，以及如何操作，如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，分析并得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果，這些才是現(xiàn)代中學(xué)生最應(yīng)該掌握的方法和技巧。至于學(xué)生自己設(shè)計(jì)的方案不管是否符合要求，不管實(shí)驗(yàn)后能否得出正確的結(jié)論，都要加以鼓勵(lì)，因?yàn)閷W(xué)生在設(shè)計(jì)和實(shí)際操作中的親身體驗(yàn)才是最重要的。 二、三維目標(biāo)： 1．知識(shí)與技能

2、1)理解物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關(guān)，也與質(zhì)量有關(guān)． 2)通過實(shí)驗(yàn)探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系． 3)培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力． 2．過程與方法 1)指導(dǎo)學(xué)生半定量的探究加速度和力、物體質(zhì)量的關(guān)系，知道用控制變量法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)． 2)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，自己根據(jù)自己的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)． 3)對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，看一下實(shí)驗(yàn)結(jié)果能驗(yàn)證什么問題． 3．情感態(tài)度與價(jià)值觀 1．通過探究實(shí)驗(yàn)，培養(yǎng)實(shí)事求是、尊重客觀規(guī)律的科學(xué)態(tài)度． 2．通過實(shí)驗(yàn)探究激發(fā)學(xué)生的求知欲和創(chuàng)新精神． 3．培養(yǎng)與人合作的團(tuán)隊(duì)精神． 三、教學(xué)重點(diǎn)、

3、難點(diǎn)： 1．教學(xué)重點(diǎn) 1)控制變量法的使用． 2)如何提出實(shí)驗(yàn)方案并使實(shí)驗(yàn)方案合理可行． 3)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理． 2．教學(xué)難點(diǎn) 1)如何提出實(shí)驗(yàn)方案并使實(shí)驗(yàn)方案合理可行． 2)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析與處理． 四、教學(xué)方法：探究、講授、討論、練習(xí) 五、教學(xué)用具： 多媒體課件，小軋一端帶滑輪長(zhǎng)木板、帶小鉤或小盤的細(xì)線兩條；鉤碼(規(guī)格：10 g＼20 g，用作牽引小車的力)；砝碼(規(guī)格：50g＼100 g＼200g，用來改變小車的質(zhì)量)；刻度尺、計(jì)算器，鉛筆；文件夾；粗線繩(用來牽引小車)．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、學(xué)生電源、紙帶、氣墊導(dǎo)軌、微機(jī)輔助

4、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)一套． 六、課時(shí)安排：新授課（1課時(shí)） 七、教學(xué)過程： 1．[新課導(dǎo)入] 利用多媒體投影圖4—2—1； 分組定性討論： 組1：物體質(zhì)量一定，力不同，物體加速度有什么不同？ 組2：力大小相同，作用在不同質(zhì)量的物體上，物體加速度有什么不同？ 師：請(qǐng)組1的代表回答一下你們討論的結(jié)果． 組1生：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度應(yīng)該隨著力的增大而增大． 師：請(qǐng)組2的代表回答你們組討論的問題， 組2生：當(dāng)力大小相同時(shí)，物體質(zhì)量越大，運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難以改變，所以質(zhì)量越大，加速度越?。? 師：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變快慢取決于哪些因素?定性關(guān)系如何? 生l：應(yīng)該與物體的質(zhì)量和物體所受的力

5、有關(guān)系．力越大，加速度越大；質(zhì)量越大，加速度越?。? 生2：這里指的力應(yīng)該是物體所受的合力，以上圖為例，物體所受的重力和支持力相等，不參與加速度的提供． 師：剛才進(jìn)行多媒體演示時(shí)一次是固定力不變，一次是固定質(zhì)量不變，這樣做有什么好處呢？ 生：方便我們的研究． 師：這是研究多個(gè)變量之間關(guān)系的非常好的方法，我們把它稱作控制變量法．我們以前在什么地方學(xué)到過這種方法？ 生1：在初中我們?cè)谔骄课矬w的密度與質(zhì)量、體積之間的關(guān)系時(shí)． 生2：在研究電流與電壓、電阻的關(guān)系時(shí)． 師：好，我們這節(jié)課就用這種方法進(jìn)行探究加速度和力、質(zhì)量之間的關(guān)系． 2．[新課教學(xué)] (A)加速度與力的關(guān)系

6、師：設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)，保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量物體在各個(gè)不同的力的作用下的加速度，分析加速度與力的關(guān)系．大家分組討論并且每組設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)方案，并說明實(shí)驗(yàn)的原理． 分組討論： 組l生1：我們是根據(jù)課本上的參考案例設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的(在投影儀上展示實(shí)驗(yàn)裝置如圖4—2—2)． 組1生2：我們?cè)O(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)原理如下；因?yàn)閮蓚€(gè)小車的初速度都為零，拉力大小不同，但對(duì)每個(gè)小車來說保持不變，所以小車應(yīng)該做勻加速直線運(yùn)動(dòng)．根據(jù)初速度為零的勻加速直線運(yùn)動(dòng)的位移公式x＝at2可知，加速度和位移成正比，只要測(cè)量位移就可以得到加速度與受力之間的關(guān)系，力的大小可以根據(jù)盤中的砝碼求出來． 師：下面請(qǐng)組2的代表發(fā)言． 組2

7、生1：我們?cè)O(shè)計(jì)的方法和組1的差不多，我們是用了一輛小車，小車后面連接一紙帶，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄小車的運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)所打的點(diǎn)計(jì)算小車的加速度，然后再看所受的力和加速度的關(guān)系． 組2生2：為了消除摩擦力的影響，我們?cè)谀景逑旅鎵|了一個(gè)小木塊，當(dāng)小車沒有拉力時(shí)讓它在木板上勻速運(yùn)動(dòng)． 師：這個(gè)同學(xué)的想法很好，這樣小車受到的繩子的拉力就等于小車受到的合力，下面請(qǐng)組3的同學(xué)代表發(fā)言． 組3生1：前面兩組的同學(xué)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)時(shí)都是物體的初速度為零，我們可以利用氣墊導(dǎo)軌設(shè)計(jì)一個(gè)更為一般的方法，讓導(dǎo)軌傾斜不同的角度，滑塊所受的力就是重力的分力，讓滑塊滑過軌道中間的兩個(gè)光電門，記錄經(jīng)過光電門的速度和兩個(gè)光電門的距離，

8、根據(jù)公式x＝可以求出加速度的大小，從而可以得到加速度和力的關(guān)系． 師：好的，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前還應(yīng)該先設(shè)計(jì)自己的實(shí)驗(yàn)表格來記錄一下自己的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)．那么你是怎樣設(shè)計(jì)表格使你的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得以記錄的呢? 生1：水平面長(zhǎng)木板與小車，車后用繩控制小車運(yùn)動(dòng)，兩車質(zhì)量相同．表格設(shè)計(jì)如下： 小車l 小車2 次數(shù) 拉車砝碼(s) 位移x1/cm 拉車砝碼(s) 位移x2/cm 1 2 3 4 5  生2：用一輛小車，測(cè)量加

9、速度 次數(shù) 拉車砝碼(g) 加速度a1 拉車砝碼(e) 加速度a2 1 2 3 4 5 師：好，現(xiàn)在大家就根據(jù)自己設(shè)計(jì)的方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，把數(shù)據(jù)填人設(shè)計(jì)的表格內(nèi)． 學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，老師巡回指導(dǎo)，幫助實(shí)力較弱的小組完成實(shí)驗(yàn) 師：現(xiàn)在請(qǐng)各小組簡(jiǎn)要進(jìn)行一下實(shí)驗(yàn)報(bào)告． 組1生1：我們根據(jù)課本上的參考案例進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，因?yàn)橐阎≤嚨募铀俣群臀灰瞥烧?，通過驗(yàn)證位移和受力之間的關(guān)系，即可得出加速度和受力的關(guān)系． 師：實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)是怎樣進(jìn)行處理的呢？ 組1

10、生2：我用的是位移和對(duì)應(yīng)力的比值． 組1生3：通過我們的討論，我們發(fā)現(xiàn)用作圖的方法能更好地表示位移(即加速度)和力的關(guān)系．關(guān)系圖表如圖4—2—3所示；可得在研究物體質(zhì)量不變的情況下，物體的加速度與物體所受的外力成正比． 組2生：我們通過處理小車后面的紙帶，計(jì)算出小車的加速度，通過作圖驗(yàn)證了小車的加速度和物體所受的合力成正比．組3生：我們用氣墊導(dǎo)軌作出的加速度和所受力的關(guān)系圖象，實(shí)驗(yàn)結(jié)論是圖象非常接近一條過原點(diǎn)的直線． 師：大家做得都非常好，那么你們?cè)趯?shí)驗(yàn)中遇到的困難是什么呢?能不能想出辦法來克服？ 組1生：當(dāng)拉小車的砝碼的質(zhì)量較大時(shí)，繩子容易打滑，從而影響了位移的測(cè)量．我們用松香涂

11、抹在繩子上，效果不錯(cuò)． 組2生：我們?cè)谧鰧?shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)了這樣一個(gè)問題，即當(dāng)砝碼的質(zhì)量和小車的質(zhì)量差不多時(shí)，a—F圖象不能再是一條直線，而是發(fā)生了彎曲． 師：這組同學(xué)的問題非常好，實(shí)際上砝碼和盤的重力并不嚴(yán)格等于小車受到的拉力，簡(jiǎn)單證明如下：設(shè)砝碼及盤的質(zhì)量為m，小車的質(zhì)量為M，則分別對(duì)它們進(jìn)行受力分析，對(duì)小車，受拉力和摩擦力，對(duì)砝碼和盤，受重力和拉力，那么它們之間的關(guān)系是什么呢？如果相等，根據(jù)物體受合力為零則物體做勻速運(yùn)動(dòng)，而實(shí)際上砝碼及盤實(shí)際的運(yùn)動(dòng)應(yīng)該是做加速運(yùn)動(dòng)，所以說重力和拉力并不相等，而是應(yīng)該重力大于拉力，而我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中認(rèn)為二者相等，所以實(shí)驗(yàn)的誤差有一部分來源于此．控制的方法就是盡可能

12、地使砝碼和盤的質(zhì)量遠(yuǎn)小于小車及砝碼的質(zhì)量，具體的分析方法我們將在下一節(jié)學(xué)到． 組3生：雖然用氣墊導(dǎo)軌做實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較精確，但實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理比較復(fù)雜． 師：我們可以用計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，使數(shù)據(jù)處理變得簡(jiǎn)單化，大家在課下討論一下看如何用數(shù)據(jù)處理軟件處理實(shí)驗(yàn)中得到的數(shù)據(jù)． 師：以上我們是通過控制物體的質(zhì)量不變來探究物體的加速度與物體所受力之間的關(guān)系，下面同學(xué)們繼續(xù)做實(shí)驗(yàn)，通過控制物體所受的力不變來探究物體的加速度和質(zhì)量的關(guān)系． (B)加速度與質(zhì)量的關(guān)系 學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，老師巡回指導(dǎo)，幫助實(shí)力較弱的小組實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn) 由于和以上的實(shí)驗(yàn)方法非常類似，所以可以直接讓學(xué)生得出結(jié)論． 師：大家得出的結(jié)論是

13、什么？ 生：物體加速度在物體受力不變時(shí)，和物體的質(zhì)量成反比． 師：這時(shí)候我們應(yīng)該怎樣通過圖象來驗(yàn)證問題呢？ 生：我們?nèi)绻鱝—M圖象則圖象是曲線，我們可以作a— 圖象來解決這個(gè)問題，物體的加速度和質(zhì)量成反比，所以a— 圖象應(yīng)該是一條過原點(diǎn)的直線． (C)由實(shí)驗(yàn)結(jié)果得出的結(jié)論 師：通過大家的實(shí)驗(yàn)，排除誤差的影響，大家討論總結(jié)一下加速度和物體所受的力以及物體質(zhì)量之間的關(guān)系． 分組討論： 生1：我們可以得出這樣的結(jié)論：物體的加速度和物體所受的力成正比，和物體的質(zhì)量成反比． 生2：應(yīng)該是和物體所受的合力成正比． 生3：我想力是矢量，加速度也是矢量，加速度的方向應(yīng)該和物體所受力的方向

14、相同． 師：(總結(jié))大家的發(fā)言非常好，那么我們得出的結(jié)論是不是一個(gè)定理性的結(jié)論呢?僅靠少量的實(shí)驗(yàn)是不行的，應(yīng)該通過更為精確的實(shí)驗(yàn)和更多次的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行證明，不過我們大家在現(xiàn)有水平下能夠得出這個(gè)結(jié)論是非常了不起的，這是我們下節(jié)課要學(xué)的牛頓第二定律的內(nèi)容． 八、課堂訓(xùn)練： 1．在水平路面上，一個(gè)大人推一輛重車，一個(gè)小孩推一輛輕車，各自做勻加速運(yùn)動(dòng)(阻力不計(jì))．甲、乙兩同學(xué)在一起議論，甲同學(xué)說：大人推力大，小孩推力小，因此重車的加速度大．乙同學(xué)說，重車質(zhì)量大，輕車質(zhì)量小，因此輕車的加速度大．你認(rèn)為他們的說法是否正確？請(qǐng)簡(jiǎn)述理由． 答：甲、乙兩同學(xué)的結(jié)論和理由都不全面和充分，物體的加速度決定于物體

15、所受的合外力和物體的質(zhì)量．大人的推力雖然大，但車的質(zhì)量也大，因此重車的加速度也不一定就大．小車的質(zhì)量小，但是小孩的推力也小，因而輕車的加速度也不一定大．判斷誰的加速度大，必須看各自的質(zhì)量和合外力． 2．在做“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，計(jì)算出各紙帶的加速度后，將測(cè)得的反映加速度a和力F關(guān)系的有關(guān)資料記錄在表1中．將測(cè)得的反映加速度a和質(zhì)量M關(guān)系的資料列在表2中． 表1 a/(ms-2) 1.98 4.06 5.95 8.12 F/N 1.00 2.00 3.00 4.00 表2 a/(ms-2) 2.04 2.66 3.23 3.98 0.

16、50 0.67 0.80 1.00 (1)根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)，分別畫出a—F圖象和a—圖象． (2)從圖象可以判定：當(dāng)M一定時(shí)，a與F的關(guān)系為______；當(dāng)F一定時(shí),a與M的關(guān)系為______． (3)由a—F圖象可知，M＝_______． (4)由a—圖象可知，F(xiàn)＝_______． 答案：(1)a—F圖象和a—圖象分別如圖4—2—4甲、乙所示； (2)正比關(guān)系 反比關(guān)系； (3)0.50 kg； (4)4.02 N． 圖4—2—4 九、課堂小結(jié)： 本節(jié)我們學(xué)習(xí)了： 1．力是物體產(chǎn)生加速度的原因． 2．高中第一次接觸控制變量法．用控制變量法探究物體的加速度與合外力、質(zhì)量的關(guān)系；設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的方法． 3．物體的質(zhì)量一定時(shí)，合外力越大，物體的加速度也越大；合外力一定時(shí)，物體的質(zhì)量越大，其加速度越小，且合外力的方向與加速度的方向始終一致． 4．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理方法． 十、作業(yè)： 1．完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告． 2．設(shè)計(jì)一種方案，測(cè)量自行車啟動(dòng)時(shí)的平均加速度 十一、板書設(shè)計(jì): 與加速度有關(guān)的因素 1．物體受的合外力 2．物體的質(zhì)量 實(shí)驗(yàn)方法 控制變量法 實(shí)驗(yàn)過程與結(jié)論 物體的質(zhì)量一定時(shí)，合外力越大，物體的加速度也越大 合外力一定時(shí)，物體的質(zhì)量越大，其加速度越小