人教版（2019）高中物理必修第一册4.2实验：探究加速度与力、质量的关系教学设计.docx

4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系教材分析：实验：探究加速度与力、质量的关系是普通高中物理课程标准（2017年版）必修课程必修1模块中“相互作用与运动定律”主题下的内容，课程标准的要求为：通过实验，探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系。普通高中物理课程标准(2017年版)解读对课标的解读为：通过实验，探究物体运动的加速度与物体受力、质量的关系，是指两个关系：一是在物体质量一定的情况下，探究加速度大小与受力大小的关系；二是在物体受力一定的情况下，探究物体运动的加速度大小跟物体质量的关系。这里所说的实验，是指学生实验，是课程标准规定的学生必做实验。加速度与力、质量均有关系，使用控制变量法进行探究。研究加速度与物体受力关系，这里的“力”是物体受到的合力，引导学生分析如何测量合力。利用斜面知识，当斜面倾角取特定值时，重力沿斜面的分力与阻力抵消。小车受到的合力等于细线张力大小。对于砝码质量远小于小车质量时，细线张力约等于砝码盘重力，可待学习牛顿第二定律后再解释。在分析加速度与质量成反比，由于反比关系不好验证，通过数学变形，可验证a和成正比，这是一种常用的实验数据处理方法，学生要掌握。学情分析：经过牛顿第一定律的学习，学生知道当物体受到的合力不为零时，物体运动状态发生改变，物体具有加速度。根据生活经验，学生了解加速度与力、质量二者均有关系。控制变量法是学生熟悉的实验方法，用图像处理实验数据学生在前面的学习使用过多次，这些为本节图像法分析实验数据打下基础。探究加速度与质量关系，用的数据作为横坐标对学生来说是第一次，思维跨度较大，教师要合理设计教学跨度，帮助学生理解、掌握这种数据处理方法。教学目标：1.学生经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程，能够依据要求进行实验设计，学会选择合理的试验方案进行探究实验。2.学生经历用图像处理数据的过程，能从图像中发现物理规律。3.学生经历实验操作和测量的过程，知道平衡摩擦力、减小系统误差等操作方法，体会探究过程的科学性和严谨性，培养与他人合作、学会分享的团队精神。教学重点：经历加速度与力、质量关系的探究过程，体会探究的本质，培养学生提出问题、批判性思维、交流和合作等能力教学难点：分析实验数据得出加速度与力、质量的关系，从图象发现物理规律。教学方法：讲授法、实验探究法、启发式教学教学过程：(一)新课引入师：伽利略终结延续千年的关于运动的错误认识运动需要力的维持.牛顿将其抽象概括为一条物理定律牛顿第一定律.加速度描述物体运动状态变化的快慢，而力是改变物体运动状态的原因，惯性与质量有关.加速度、质量和合力三者间必然存在某种关联.本节通过实验探究三者的关系. (二)讲授新课1.定性探究加速度与力、质量的关系教师投影演示实验示意图，介绍实验装置。演示实验：甲乙教师活动：找两个相同的小车，按图示组装实验器材，木板长度小车，构成两个倾角不同的斜面，将小车从木板顶端同一位置释放。实验现象：乙图中的小车先到达木板底端。师：小车质量相同，木板长度相同。小车从顶端运动到底端，哪个小车的加速度大？你是如何判断的？生1：乙图中的小车加速度大.师：你是如何判断的？生1：乙图中的小车先到达木板底端，时间小.小车的位移相同，根据匀变速x=at2，时间小的，车的加速度大。师：分析过程很严谨！哪辆小车受到的合力大？生2：小车受到的合力为F=mgsin-mgcos，斜面倾角大，F大。师：根据实验，我们可以定性得到，合力越大，物体的加速度越大。演示实验：丙 丁教师活动：木板长度相同，两小车在木板上的初位置相同，同时释放。实验现象：丁图中的小车先到达另一端。师：哪个小车的加速度大？在物体受到的合力不变时，加速度与质量有何关系？生：丁图中的小车加速度大，合力不变，质量越大，加速度越小。师：通过这些实验我们可以得出，加速度与力、质量均有关系。我们需要使用控制变量法。在研究加速度与力的关系，需要保持小车质量不变；研究加速度与质量的关系，小车受到的合力要保持不变。2.定性探究加速度与力、质量的关系猜想与假设：m保持不变，a与F成正比；合力F保持不变，a与m成反比。师：如何测量小车的质量？如何改变小车的质量？生：用天平测量小车的质量，通过在小车内增加钩码改变小车质量.师：如何测量小车的加速度？生：将纸带与小车连接，通过打点计时器打下的墨点，利用逐差法计算小车的加速度。师：通过钩码跨过定滑轮可以牵引小车运动，使小车做匀加速运动。钩码的重力等于小车受到的合力吗？生：不等于。师：小车受到哪些力的作用？生：竖直向下的重力，轨道对小车的弹力，细绳的牵引力，摩擦力。师：细绳的牵引力等于钩码重力吗？生：等于。（不等于）（学生意见不一致）。师：细绳不可伸长，任何一段时间小车和钩码的位移均相同，同一时刻二者速率相等。小车做匀加速直线运动？钩码做什么运动？生：钩码做匀加速直线运动。师：细绳中的张力等于钩码重力吗？二者关系如何？生：细绳张力T小于钩码的重力G.师：尽管二者不相等，但是当钩码质量m0远小于小车质量m时，可以近似认为Tm0g，详细原因我们在学完牛顿第二定律后再分析。师：小车受到的合力等于细绳张力T吗？生：不等于，小车受到阻力作用，合力F=T-f。师：如何能测量出小车受到的合力呢？生1：可以把阻力测出来。f=mg，只要知道动摩擦因数，阻力可以计算出来。生2：这样太麻烦了。生3：车轮和轨道之间为滚动摩擦，不遵循滑动摩擦定律，不能用mg计算。师：同学们分析得很正确，车轮和轨道间的摩擦力很复杂，无法计算出来。即使能计算出来，也需要测量动摩擦因数。我们换个思路，阻力不知道，能否把阻力抵消掉。请大家看我们以前处理的一个问题。（PPT投影图片）思考：木块沿下面匀速下滑的条件是什么？重力沿斜面的分力与阻力有何关系？ 生：mgsin=mgcos，即=tan。师：能用类似方法将小车受到的阻力抵消吗？如何操作？生：将轨道一端抬高，调整倾角，使得没有力拉时，小车能沿轨道匀速下滑。实验方案：实验方案：将轨道一端调高，轻推以下小车，若小车做匀速运动，则重力沿轨道面的分力与阻力抵消。调节时，细绳不能连接小车。钩码质量m远小于小车质量M时，可以近似认为T=mg。数据记录表格：(1)研究a与F关系数据记录表格实验各计数点坐标/cmT/sa/(m·s-2)F/N012345612345(2)研究a与M关系数据记录表格实验各计数点坐标/cmT/sa/(m·s-2)m/kg012345612345师：如何处理数据说明质量不变，a与F成正比？生：作出a-F图像，如果图像是一条过原点的直线，说明a与F成正比。师：如何处理实验数据，证明合力F不变，a与m成反比？如图，能说明a与成反比吗？生：不能。其他关系式也有可能。师：合力F不变，a与质量m成反比，也可以表述成a，以为横轴，以a为纵轴，若图像是一条过原点的直线，间接证明a与m成反比。板书设计：4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系实验方案：(1)平衡摩擦力(2)钩码质量远小于小车质量，Tm0g实验步骤：数据处理教学反思：对于阻力的测量，学生提出多种方案，要让学生阐述自己的方案，师生分析方案的可行性、操作的简便性等。对于处理实验数据，无法直接验证a与m成反比，可以间接验证a与成正比，这种数据处理方法学生第一次遇到，思维跨度大，教学不能仅满足学生知道这个案例处理方法，应掌握背后的思想方法，将问题转化为处理过的问题，这种思维方法在以后的教学中还要用到，真正提高学生解决问题的能力。该实验是高中物理具有较大难度的实验，数据处理复杂，为保证实验的顺利进行，课后要求学生对实验进行复习，整理实验要点和操作步骤。7