2021-2022學(xué)年高一物理人教版（2019）必修第一冊(cè)4.2實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系教學(xué)設(shè)計(jì)

1、實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系教學(xué)案例設(shè)計(jì)一、教學(xué)內(nèi)容分析“實(shí)驗(yàn)：探究加速度與質(zhì)量、力之間的關(guān)系”這一節(jié)內(nèi)容在物理教材必修一中安排在“牛頓第二定律”前“牛頓第一定律”后。“牛頓第一定律”是牛頓對(duì)于“力與運(yùn)動(dòng)的關(guān)系”的定性表述，而“牛頓第二定律”是在“牛頓第一定律”的基礎(chǔ)上對(duì)運(yùn)動(dòng)和力的定量研究表述，是牛頓力學(xué)的重點(diǎn)和中心內(nèi)容。教材引導(dǎo)力學(xué)生從牛頓第一定律出發(fā)，安排這節(jié)內(nèi)容的必要性，并從實(shí)驗(yàn)思路設(shè)計(jì)，物理量的測量，實(shí)驗(yàn)過程和數(shù)據(jù)分析幾個(gè)方面引導(dǎo)學(xué)生完成探究。二、學(xué)情分析從學(xué)生的知識(shí)結(jié)構(gòu)上看，通過上一節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)，學(xué)生已經(jīng)知道了物體的加速度與力、質(zhì)量有關(guān)，這為實(shí)驗(yàn)理論的理解打下了基礎(chǔ)。經(jīng)過第一章中

2、“探究小車速度對(duì)時(shí)間變化規(guī)律”這一實(shí)驗(yàn)的學(xué)習(xí)，已經(jīng)知道實(shí)驗(yàn)探究操作的基本步驟，具備了一定的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?。設(shè)計(jì)思想實(shí)驗(yàn)在中學(xué)物理中占有重要的地位。在物理學(xué)中，許多概念的形成，規(guī)律的發(fā)現(xiàn)和理論的建立，都是以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)的。物理離不開實(shí)驗(yàn)。舊的教學(xué)模式，課程的開展方式主要是注入填充式，教師為課堂的主體，整堂課都是教師在講解，學(xué)生聽，學(xué)生參與度很低，而在新的課改中，物理學(xué)科提出了核心素養(yǎng)，物理學(xué)科的核心素養(yǎng)主要由“物理觀念”“科學(xué)思維”“科學(xué)探究”“科學(xué)態(tài)度與責(zé)任”四個(gè)方面構(gòu)成。物理課堂教學(xué)圍繞著核心素養(yǎng)展開，科學(xué)探究是其中必不可少的一部分，所以在實(shí)驗(yàn)課程設(shè)計(jì)上以探究為主要模式。教學(xué)目標(biāo)經(jīng)歷探究加速度與力、

3、質(zhì)量的關(guān)系的設(shè)計(jì)過程，能夠依據(jù)要求進(jìn)行實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，學(xué)會(huì)選擇合理的實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行探究實(shí)驗(yàn)經(jīng)歷用圖像處理數(shù)據(jù)的過程，從圖像中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，培養(yǎng)學(xué)生收集信息、獲取證據(jù)的能力經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)操作和測量的過程，知道如何平衡摩擦力、減小系統(tǒng)誤差等操作方法，體會(huì)教學(xué)重難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1、讓學(xué)生經(jīng)歷加速度與力、質(zhì)量關(guān)系探究過程體會(huì)探究的本質(zhì)，培養(yǎng)學(xué)生提出問題、批判性思維、交流和合作等能力教學(xué)難點(diǎn)：1、從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中分析加速度與力以及加速度與物體質(zhì)量的關(guān)系 2、從圖像中發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律，并通過這種體驗(yàn)提高使用多種方法和手段分析、處理信息的能力教學(xué)過程問題引入師：牛頓第一定律告訴我們，物體如果受力，將會(huì)改變運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，產(chǎn)生加速度。當(dāng)物

4、體質(zhì)量一定而受力不相同時(shí)，加速度會(huì)有什么不同？大小相同的力作用在不同質(zhì)量的物體上，加速度又會(huì)有什么不同？【設(shè)計(jì)意圖】通過問題的設(shè)計(jì)引導(dǎo)，讓學(xué)生回顧牛頓第一定律，回答加速度與力和質(zhì)量的定性關(guān)系，知道實(shí)驗(yàn)的必要性，利用實(shí)驗(yàn)把各物理量用精確的數(shù)量關(guān)系表達(dá)出來2、需要測量的物理量師：該實(shí)驗(yàn)需要測量的物理量有哪些？請(qǐng)大家分小組討論。（學(xué)生簡單討論知道需要測量的物理量有加速度a、力F、質(zhì)量m。）師：本實(shí)驗(yàn)的三個(gè)物理量，質(zhì)量m可以用天平測量，加速度a、力F，這兩個(gè)物理量分別怎么測量？請(qǐng)大家討論?！驹O(shè)計(jì)意圖】這是個(gè)開放性問題留給學(xué)生思考討論，學(xué)生提出的不同實(shí)驗(yàn)方案可能會(huì)引發(fā)不同的實(shí)驗(yàn)裝置，但引發(fā)學(xué)生思考并且設(shè)

5、計(jì)是很重要的。師：怎么樣測量或者比較物體的加速度？教科書中給出來三種不同的方案（引導(dǎo)學(xué)生自主閱讀）：方法一：小車做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，則測量小車加速度最直接的方法就是用刻度尺測量小車移動(dòng)的位移x，并用秒表測量時(shí)間t，然后由a=2xt2，計(jì)算加速度方法二：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶連在小車上，根據(jù)紙帶上打出來的點(diǎn)來測量加速度方法三：在這個(gè)實(shí)驗(yàn)中也可以不測量加速度的具體數(shù)值。這是因?yàn)槲覀兲骄康氖羌铀俣群推渌锢砹恐g的比例關(guān)系，因此測量不同情況下物體加速度的比值即可。讓兩個(gè)物體做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)物體運(yùn)動(dòng)時(shí)間t相等，那么，由a=2xt2可知，它們的位移之比就等于加速度之比，即x1x2=a1

6、a2，這樣，測量加速度就轉(zhuǎn)化為測量位移了。師：怎么樣提供并且測量施加給小車的恒力F？恒力F是指小車受到的某個(gè)力嗎？現(xiàn)實(shí)中，僅受一個(gè)力作用的物體幾乎不存在。每個(gè)力都會(huì)使體產(chǎn)生加速度，而物體最終對(duì)外呈現(xiàn)出的加速度，是每個(gè)力產(chǎn)生的加速度的矢量和，所以，這個(gè)我們要找的恒力，是物體所受的合力。如何為運(yùn)動(dòng)的物體提供一個(gè)恒定的合力，以及如何測量合力的大小是大家要考慮的問題，也是這個(gè)實(shí)驗(yàn)最關(guān)鍵的。大家可以進(jìn)行小組討論，給出實(shí)驗(yàn)方案。以下教學(xué)片段采用補(bǔ)償阻力法探究加速度與力、質(zhì)量之間的關(guān)系如圖所示，把木板一側(cè)墊高，用重力的分力來抵消阻力。調(diào)節(jié)木板的傾斜程度，使小車在不受牽引力時(shí)能拖動(dòng)紙帶沿木板勻速運(yùn)動(dòng)。將槽碼、

7、小車、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝好。通過改變槽碼的個(gè)數(shù)可以成倍地改變小車所受的拉力，與此相對(duì)應(yīng)，處理紙帶上打出的點(diǎn)來測量加速度。保持小車所受的拉力不變，通過增減小車中的重物改變小車的質(zhì)量。處理紙帶上打出的點(diǎn)來測量加速度。3、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)在現(xiàn)有的條件下，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)是可行性比較高的實(shí)驗(yàn)方案。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，教師鼓勵(lì)學(xué)生互相合作，積極分享。教師在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)囊龑?dǎo)和指導(dǎo)。指導(dǎo)提示內(nèi)容如下：阻力補(bǔ)償或者叫平衡摩擦力：將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器一端適當(dāng)墊高，小車在此時(shí)不能懸掛重物，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶與小車相連，輕推小車，讓小車在木板上運(yùn)動(dòng)。觀察打出的紙帶，不斷調(diào)整木板的傾斜程度，直到打出的紙帶點(diǎn)擊分布均勻，即

8、小車在木板上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，此時(shí)小車在木板上受力平衡，表示平衡摩擦力已經(jīng)完成。不需要重新平衡摩擦力，無論改變槽碼的質(zhì)量或者小車的質(zhì)量，都不需要重新平衡摩擦力。實(shí)驗(yàn)滿足條件：只有當(dāng)小車質(zhì)量遠(yuǎn)大于槽碼質(zhì)量時(shí)，槽碼的重力才可視為小車受到的拉力。每次小車運(yùn)動(dòng)前，小車盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并應(yīng)先接通電源，再釋放小車，且應(yīng)在小車到達(dá)滑輪前按住小車。設(shè)計(jì)記錄表格，正確記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。作圖時(shí)坐標(biāo)的標(biāo)度要選擇合理。4、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理（1）表格設(shè)計(jì)探究加速度與力的關(guān)系，把測得的同一小車在不同拉力F作用下的加速度a填寫在表格中F/Na/（m/s2）探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，把測得的不同質(zhì)量的小車在相同拉力F作用下的加速度a

9、填寫在表格中m/kga/（m/s2）圖像【設(shè)計(jì)意圖】為了更加直觀地分析加速度a與力F、質(zhì)量m的關(guān)系，需要建立直角坐標(biāo)系，從坐標(biāo)系中得到實(shí)驗(yàn)結(jié)果，讓學(xué)生學(xué)會(huì)用圖像處理數(shù)據(jù)5、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析m一定時(shí)，a與F成正比；F一定時(shí)，a與m 成反比 教學(xué)設(shè)計(jì)反思自評(píng) 本教學(xué)案例，主題為學(xué)生的探究性實(shí)驗(yàn)。第一部分主要是以問題引導(dǎo)的方式，讓學(xué)生從實(shí)驗(yàn)標(biāo)題中明確實(shí)驗(yàn)中需要測量的物理量，有目的性地選用實(shí)驗(yàn)中需要的大部分器材。第二部分是在明確需要測量的物理量和實(shí)驗(yàn)器材后的具體操作，體現(xiàn)了“科學(xué)探究”這一核心素養(yǎng)。在操作過程中學(xué)會(huì)主動(dòng)與他人合作，善于他人，在發(fā)現(xiàn)問題提出問題過程中，能基于證據(jù)和邏輯表現(xiàn)自己的見解，在完成實(shí)驗(yàn)探究后，使用不同方法和手段分析處理信息，在交流過程中，能準(zhǔn)確表述、評(píng)估和反思探究過程。雖然在課程設(shè)計(jì)時(shí)，注重對(duì)學(xué)生物理學(xué)科核心素養(yǎng)的培養(yǎng)，但仍舊有許多不足之處，大部分問題都是由教師提出，由于課時(shí)限制，學(xué)生并未有太多時(shí)間仔細(xì)思考并發(fā)現(xiàn)提出問題。在今后的教學(xué)中，無論是物理知識(shí)的教學(xué)，還是物理問題的解決都有引導(dǎo)學(xué)生發(fā)現(xiàn)和提出問題，根據(jù)解決問題的需要，收集和選擇有用的信息；基于證據(jù)和邏輯對(duì)問題作出合理解釋，培養(yǎng)學(xué)生具有準(zhǔn)確表述問題解