實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系教學(xué)設(shè)計課程名稱實驗：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課時1課時學(xué)段學(xué)科高中物理教材版本人教版作者袁建偉學(xué)校哈爾濱十一中一、教學(xué)目標1．知識與技能：1.理解物體運動狀態(tài)的變化快慢，即加速度大小與力有關(guān)，也與質(zhì)量有關(guān)。2.通過實驗探究加速度與力和質(zhì)量的定量關(guān)系。2．過程與方法：1.使學(xué)生掌握在研究三個物理量之間關(guān)系時，用控制變量法實現(xiàn)。2.指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)原理去設(shè)計實驗。3.情感、態(tài)度與價值觀：培養(yǎng)學(xué)生的合作意識，相互學(xué)習、交流、共同提高的學(xué)習態(tài)度。二、教學(xué)重難點重點：探究方案的制定（如何測量加速度與如何提供恒定外力并測量）難點：指導(dǎo)學(xué)生設(shè)計合理的方案，作出圖象，得出結(jié)論。三、學(xué)情分析本節(jié)內(nèi)容是探索規(guī)律的實驗，重點就是讓學(xué)生親身體驗探究過程。在教師的引導(dǎo)下學(xué)生進行設(shè)計研究，體會通過控制變量的物理研究方法與圖像數(shù)據(jù)分析法。四、教學(xué)方法實驗探究五、教學(xué)過程1、引入上節(jié)課我們學(xué)習了牛頓第一定律，請同學(xué)們回想牛頓第一定律闡述了什么內(nèi)容？學(xué)生答：牛頓第一定律談到一切物體總是保持勻速直線運動或靜止的狀態(tài)，除非作用在它上面的力迫使它改變這種狀態(tài)。也就是說力能使物體的速度發(fā)生變化，產(chǎn)生加速度。那么當一個力作用在物體上時，物體的加速度大小又和哪些因素有關(guān)呢？帶著這個問題，我們一起來觀看兩個視頻。多媒體播放視頻一：自制簡易版儀器分離花生殼與花生膜同學(xué)們從該視頻中可以得出什么結(jié)論呢？學(xué)生答：在相同大小的風力作用下，花生膜飛走了，花生果仁留下了。當力的大小一定時，質(zhì)量越大，加速度越小。多媒體播放視頻二：彈力汽車在不同大小的彈力作用下的運動同學(xué)們從這個視頻中又可以得到怎樣的結(jié)論呢？學(xué)生答：兩輛相同的小車從不同的位置拉回起點，使得小車內(nèi)彈簧的拉力大小不同，拉力大的小車先到達終點，說明小車的加速度大。也就是說當物體質(zhì)量一定時，力越大，加速度越大?？偨Y(jié)：從以上兩個視頻中我們可以得到結(jié)論：當力的大小一定時，質(zhì)量越大，加速度越小。當物體質(zhì)量一定時，力越大，加速度越大。從這兩個視頻中我們可以看出物體的加速度與物體的質(zhì)量和它受到的力有關(guān)生活中是否還有其他實例也能說明它們之間的關(guān)系？學(xué)生回答：1.質(zhì)量大的物體加速度小.如：并駕齊驅(qū)的大貨車與小汽車在相同的制動力下，小汽車停下來用的時間少.2.受力大的物體加速度大.如：賽車和普通小汽車質(zhì)量相近，但賽車安裝了強大的發(fā)動機，牽引力大，提速很快.（點評：通過類似的實例使學(xué)生獲得感性認識，為下一步定量研究作好鋪墊.下面我們來定量探究一下這三個量之間的關(guān)系。）看來我們已經(jīng)得到加速度的大小與物體的受力和物體的質(zhì)量之間的定性關(guān)系，但是物理研究不能只滿足與這樣的定性關(guān)系，這節(jié)課我們就一起來探究這三者的定量關(guān)系。（板書：標題）2、正課研究方法若想要研究這三個物理量之間的關(guān)系，我們應(yīng)該使用怎樣的研究方法？學(xué)生答：控制變量法。如何進行控制變量呢？學(xué)生答：當研究三個物理量之間的關(guān)系時，先要保持某個量不變，研究另外兩個量之間的關(guān)系。再保持另一個量不變時，研究其余兩個量之間的關(guān)系。當我們探究加速度大小與力的關(guān)系時，我們控制物體質(zhì)量不變，改變力的大小，測量加速度。當探究加速度大小與質(zhì)量的關(guān)系時，我們控制合外力大小不變，改變物體質(zhì)量，測量加速度。研究對象為了使問題更加明確，我們以小車為研究對象，研究這輛小車在平直軌道上的運動。小車的前端掛有細線，細線繞過滑輪掛有重物，為小車提供一個恒定的拉力。研究方案讓學(xué)生閱讀課本，根據(jù)課本內(nèi)容或參考老師給出的教具，針對本節(jié)課探究的內(nèi)容設(shè)計一個合理的實驗方案，思考在該方案中各個物理量的測量方法，并畫出實驗草圖。制定實驗方案時的兩個問題：1.怎樣測量（或比較）物體的加速度。2.如何提供恒定的合外力方案一：用打點計時器探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系學(xué)生簡述實驗思路：運用控制變量法探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系。當探究加速度與力的關(guān)系時，控制小車質(zhì)量不變，改變鉤碼的數(shù)量，運用打點計時器測量加速度，將測得的加速度與對應(yīng)的拉力數(shù)據(jù)進行分析。探究加速度與質(zhì)量關(guān)系時，控制鉤碼數(shù)量不變，改變小車質(zhì)量，同樣利用打點計時器測得加速度，并分析數(shù)據(jù)。這個實驗方案很好的利用了打點計時器來測量加速度，那么該實驗中的外力如何測量？學(xué)生回答：鉤碼的重力。鉤碼的重力是小車所受合外力嗎？我們一起對在平直軌道上運動的小車進行受力分析。我們通過受力分析可以發(fā)現(xiàn)小車在軌道上運動所受的合外力是繩對小車的拉力減去摩擦力，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(fù)雜化，那么怎樣抵消摩擦力的影響呢？學(xué)生回答：抬高斜面，使重力沿斜面的分力可以平衡摩擦力。若小車可以在不受拉力的情況下，在該斜面上勻速運動，則可以判斷已平衡摩擦力。方案二：用秒表探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系讓物體做初速度為零的勻加速直線運動，用刻度尺測量物體運動的位移，用秒表測量出運動的時間，由x=at2公式算出。方案三：用雙軌道探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系以上兩中方法的共同特點是直接測出了加速度的大小，方案一中用打點計時器測加速度數(shù)據(jù)處理過程較為復(fù)雜，方案二中用秒表測量運動時間誤差較大。我們要探究的是加速度與其他量之間的比例關(guān)系，如果不直接測出加速度，我們能否找出加速度和這兩個量之間的定量關(guān)系呢？學(xué)生回答：如果測出兩個初速度為零的勻加速直線運動在相同時間內(nèi)發(fā)生的位移x1、x2，由于。由于t相同，則加速度與位移成正比。為了使兩輛小車能夠同時出發(fā)，同時停止運動，我準備了以下實驗方案：實驗器材：附有滑輪與刻度尺的軌道兩個、相同的小車2個、細線2條、鉤碼多個（用于提供牽引小車的力和改變小車的質(zhì)量）、一根1-2米（由于課本上的實驗方案：由夾子難以夾緊細繩而不發(fā)生滑動，本實驗在其基礎(chǔ)上進行改裝，將繩子尾部用同一根細線系好，當細線被拉直時，兩輛小車同時停止運動）演示實驗1探究加速度與力的關(guān)系：兩輛小車放有相同的配重，軌道1上的小車所連細線末端掛上兩個鉤碼，軌道2上的小車所連細線末端掛上一個鉤碼，兩輛小車從同一位置釋放，當繩子被拉直時，讓學(xué)生根據(jù)小車所停留的位置讀出其位移大小。根據(jù)實驗現(xiàn)象可以得到位移與力成正比，則根據(jù)實驗原理可證明當小車質(zhì)量一定時，加速度與力成正比。演示實驗2探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系：在兩輛小車所連的細線末端掛上相同數(shù)量的鉤碼，小車1不放配重，質(zhì)量為200g，小車2放4個配重，質(zhì)量為400g。兩輛小車從同一位置釋放，當繩子被拉直時，讓學(xué)生根據(jù)小車所停留的位置讀出其位移大小。根據(jù)實驗現(xiàn)象可以得到位移與小車質(zhì)量成反比，則根據(jù)實驗原理可證明當力的大小一定時，加速度與力成正比。實驗小結(jié)在這節(jié)課的實驗中，我們得到結(jié)論，物體的加速度與力成正比，與質(zhì)量成反比。