4.2探究加速度與力質量的關系教學設計-高一上學期物理教科版

2．探究加速度與力、質量的關系★課標要求通過實驗，探究加速度與物體受力、物體質量的關系，體會探究過程中的科學方法（包括控制變量法，測量過程中的近似方法以及對實驗結果的分析與數據處理等），認識實驗對物理學發(fā)展的推動作用?！锝滩姆治霰竟?jié)通過實驗，探究加速度與物體受力、物體質量的定性關系。本節(jié)包含三個小節(jié)：第一小節(jié)，體驗影響物體加速度的因素。通過觀察思考生活實例，知道物體的加速度與所受外力及其質量有關，但要進一步明確它們之間的關系，首先是定性猜想，其次定量研究。第二小節(jié)，探究加速度與物體受力和質量之間的關系。利用控制變量法探究三者之間的關系。為了用鉤碼和托盤總重力代替繩子拉力充當小車的合外力，采取了平衡摩擦力和小車質量遠大于鉤碼質量的手段，簡化了操作，方便了測量。第三小節(jié)，得出結論。處理數據時，因為aM圖像是曲線，不便于擬合，所以轉換坐標，作出了a1M圖像，擬合出一條過原點的直線，很容易得出a與M★教學目標1．物理觀念。通過討論設計不同實驗方案，得出物體的加速度（a）與物體的質量（M）及其受力（F）之間的關系，知道平衡摩擦力的方法和判斷摩擦力是否得到平衡的方法，初步了解“將不易測量的物理量轉化為可測量的物理量”的實驗方法，初步認識數據處理時變換坐標軸的技巧，能根據圖像得出加速度與力、質量的關系。2．科學思維?？茖W猜想加速度a與作用力F、物體質量M的定量關系，體會在物理研究中如何使用控制變量法；理解測量過程中的近似方法，包括平衡摩擦力及用鉤碼重力代替繩子拉力的條件；強調運用化曲為直的思想，分別作出aF圖像和a1M圖像，3．科學探究。通過使用打點計時器和光電門兩種不同實驗裝置，求得加速度，進而尋求加速度與力和質量之間的定量關系。體驗實驗探究過程：眀確實驗目的、分析實驗思路、制訂實驗方案，能夠通過實驗數據作出的aF圖像和a1M圖像，對實驗誤差進行4．科學態(tài)度與責任。體會“控制變量法”對研究問題的意義，體會實驗在探究物理規(guī)律中的作用。培養(yǎng)學生實事求是、尊重客觀規(guī)律的科學態(tài)度；激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)新精神，在實驗過程中很好地保持交流與合作，培養(yǎng)與人合作的團隊精神?！镎n時建議2課時。第1課時，猜想關系，討論設計實驗方案。第2課時，交流評估各自實驗方案，學生分組實驗（打點計數器）、教師演示（光電門實驗），處理數據，得出結論?！锝虒W過程1．情景引入。觀察思考：PPT展示生活實例，討論猜想影響物體加速度的因素。2．提出問題。問題1：從運動性質來看，兩種運動有什么不同？（加速度不同）問題2：物體運動的加速度跟什么因素有關？（跟物體的質量和受力有關）問題3：物體的加速度與物體質量、受力之間有什么定性關系？探究1：探究加速度與質量、受力之間的定性關系。問：用什么方法探究三個物理量之間的關系？（引導學生回憶初中時期歐姆定律中的實驗方法，進一步認識科學研究中常用的、重要的方法——控制變量法）問：前面看到的現(xiàn)象反映了加速度跟受力、質量之間的什么定性關系？結論：物體質量一定時，受力越大，加速度越大；物體受力一定時，質量越大，加速度越小。探究2：物體的加速度與質量、受力之間有什么定量比例關系？3．討論交流設計實驗方案。師：本節(jié)課我們探究的內容是加速度與力、質量的關系，那么實驗中肯定要測量計算加速度、質量、合外力這三個物理量。師：對于物體運動的加速度的測量和計算，同學們有什么好的思路或建議？生：可以跟前面測量勻變速直線運動加速度一樣，用打點計時器。師：不錯，這是一個非常好的建議。本節(jié)探究實驗我們就是采用打點計時器來測量和計算小車的加速度。師：對于質量的測量，我想大家應該知道用什么儀器吧？生：用天平！師：很好，就是用天平?，F(xiàn)在，我們已經解決了兩個物理量的測量計算。那么，還有最后一個，就是如何測量小車所受的合外力，這是今天這節(jié)課的一個重點，也是一個難點。師：在思考如何測量物體所受的合外力前，我們先思考如何才能提供一個恒定的合外力。大家可以根據老師給你們的實驗儀器來思考回答這個問題。生：把附有滑輪的長木板平放在水平實驗桌上，將細繩一端與小車相連，一端繞過滑輪，下面掛上鉤碼。小車在鉤碼的牽引力作用下運動，通過增減鉤碼數改變小車的受力，通過往小車上增減砝碼改變小車的質量。師：這位同學回答得非常好，非常全面。通過增減鉤碼數改變小車的受力，那我們如何來測量小車所受的合外力呢？是不是鉤碼的重力就是小車所受的合外力呢？生：小車受四個力，重力、支持力、摩擦力、繩子的拉力。重力和支持力相互抵消，小車的合外力就等于繩子的拉力減去摩擦力，所以小車所受的合外力不是鉤碼的重力。師：那看起來比較麻煩，還要再去計算摩擦力，計算摩擦力時又需要知道μ和壓力N，這樣要得到合外力的實驗數據太麻煩了。能不能有好一點的解決方法呢？（提示學生）這里主要是摩擦力惹的麻煩，有沒有辦法把摩擦力的影響給消除了呢？生：不可能吧？物體在現(xiàn)實中不可能不受摩擦力！師：我們雖然不能消除摩擦力，但我們可以消除摩擦力的作用效果。通過前面的學習中我們已經了解到，一對平衡力的作用效果是可以相互抵消的，那么，我們能不能用一個與摩擦力平衡的力來抵消摩擦力的作用效果，使摩擦力等于沒有呢？師：其實答案老師早就給你們了，大家還記得這樣一道題嗎？如圖所示，一個木塊正在傾角為θ為的三角斜面上勻速下滑，試求斜面的動摩擦因數。解：因為木塊勻速運動，所以合外力為0，木塊受重力G、支持力N、摩擦力f，這三個力的合力為0。如何利用這個關系呢？我們可以將重力分解，分解后則有，，所以動摩擦因數為tanθ。問：如果此時給木塊加上一個沿斜面向下的力F，那么，木塊現(xiàn)在受到的合外力是多少？生：加了一個力以后剛才的那三個力都沒有變，它們的合力還是0，再加上一個力F，所以木塊現(xiàn)在所受的合力就是F。4．平衡摩擦力。我們將長木板傾斜一定角度θ，θ理論上應該等于，此時物體在斜面上受到的合外力為0。做實驗時肯定無法這么準確，我們只要把木板傾斜到物體在斜面上大致能夠勻速下滑（可以根據紙帶上的點來判斷）即可，此時就說明物體所受的合外力為0，摩擦力被重力的沿斜面向下的分力給抵消了。由于此時小車的重力G、支持力N、摩擦力f相互抵消，那么小車在實驗中受到的合外力就是繩子的拉力了。師：那么，如何來測量繩子的拉力呢？生：看鉤碼的重力就行了，鉤碼的重力不就是繩子的拉力嗎？師：是嗎？那請同學們先回答我一個問題：什么情況下繩子的拉力等于鉤碼的重力？或當繩子拉力等于鉤碼重力時，鉤碼做的是什么運動？生：當繩子拉力等于鉤碼重力時，鉤碼做勻速直線運動或靜止。師：實驗時鉤碼做的是勻速直線運動嗎？生：不是！鉤碼與小車一樣做勻加速直線運動，繩子的拉力應該是小于鉤碼的重力。師：那怎么辦呢？理論計算發(fā)現(xiàn)當鉤碼質量比小車質量小得多時，繩子的拉力近似等于鉤碼的重力，即小車受到的合外力近似等于鉤碼的重力（這個結論在我們學完本章之后自己就可以證明）。5．參考方案一：用打點計時器探究（學生實驗）；參考方案二：利用氣墊導軌探究（教師演示）。6．進行實驗。（學生動手操作，教師調控）（1）研究加速度跟力的關系。（2）研究加速度跟質量的關系。7．分析與論證。請2~3個實驗小組的代表上臺將實驗數據處理結果以及結論利用展示儀展現(xiàn)在屏幕上，并對數據處理的過程進行簡單陳述。數據處理方法可能有：A．計算列表法：優(yōu)點是操作簡單，數據間的數學關系一目了然。B．圖表法處理：作出aF圖像（直線）和aM圖像（曲線）。C．圖表法處理：作出aF圖像（直線）和a–1M圖像教師點評，提出幾點建議：（1）實驗數據處理最好運用圖表、圖線及擬合線性方程。（2）應靈活運用數學工具處理非線性關系的數據。如變aM圖像為a–1M圖像，即“變曲為直”，并（3）可運用信息技術幫助我們處理數據。8．總結評估。提問：通過這堂課，你除了初