高中物理人教版必修一4.2探究加速度与力、质量的关系教学设计_1.pdf

高中物理人教版 必修一 4.2 探究加速度与力、质量的关系教学设计 第 2 页 教学设计：探究加速度与力、质量的关系 江苏省如皋中学 程建 【设计思想】本节课是高中物理必修 1 第四章“牛顿运动定律”第二节的第一课时，第二课时将在第一课时的基础上安排学生实验。牛顿第二定律是动力学的核心规律，是本章重点和中心内容，本节课则从实验角度为后面研究牛顿第二定律做知识铺垫。教学设计采用了“基于问题解决的物理课堂教学模式”。笔者考虑高中阶段教学的实际要求，认为教学设计主要围绕教学的知识、能力目标展开，在参考了有影响的问题解决教学模式后，构建了适合高中物理课堂教学的模式，如图 1所示。图 1 基于问题解决的课堂教学的模式 笔者提出该模式的思想：教师要更新教育观念，实现教师角色和行为的转变，以问题为主线，坚持学生的主体地位,充分发挥教师的主导作用，使学生在创设的问题情境中，产生学习的需要，主动探究、亲身体验，并通过合作与交流，完成对知识的意义建构，培养思维能力，提升探究能力。【教学重点】1如何提供并测量研究对象所受的力。2如何测量研究对象的加速度。【教学难点】指导学生通过自主学习和小组合作学习，设计实验方案，并讨论可行性。【三维目标】知识与技能 1理解物体的加速度大小与力和质量有关。2设计实验探究加速度与力和质量的定量关系。3让学生了解 DISLab 的构成及实验的过程。过程与方法 1让学生猜想并会用控制变量法研究加速度与力和质量的定量关系。2指导学生通过自主学习和小组合作学习，设计实验方案。3通过演示实验验证学生的猜想，激发学生学习的兴趣。4让学生初步体验科学探究的方法。情感态度与价值观 1通过问题解决教学培养学生的问题意识和问题能力。第 3 页 2通过合作学习培养学生的合作与交流能力。【实验器材】DISLab（数字化信息系统实验室）力学轨道及附件（其中挡光片宽度 0.020m，载重片（45g/片）4 片、小车和挡光片（总质量 125g）等）、计算机及软件、光电门传感器 2 个、钩码（10g/个）5 个【教学过程】流程 内容 说明 选择问题 活动一：回顾知识，提出问题 问题 1：关于力和运动的关系，下列几种说法中正确的是（C）A必须有力作用在物体上，物体才运动 B没有力的作用，物体就要逐渐停下来 C必须有力的作用，物体的速度才能改变 D要保持速度不变，必须有力的作用 问题 2：关于物体的惯性，下述说法中正确的是（C）A运动速度大的物体不能很快地停下来，是因为物体速度越大，惯性也越大 B静止的火车起动时，速度变化慢，是因为静止的物体惯性大的缘故 C乒乓球可以快速抽杀，是因为乒乓球惯性小 D在宇宙飞船中的物体不存在惯性 问题 3：物体运动状态改变的快慢用什么物理量来描述？学生：加速度 问题 4：物体运动状态改变快慢与物体的哪些因素有关？学生：物体的加速度大小与物体的受力和物体的质量有关。问题 5：物体质量一定，作用力越大加速度越大吗？举日常生活中的例子说明你的观点。问题 6：物体受力一定，质量大的物体加速度小吗？举日常生活中的例子说明你的观点。学生：当物体的质量一定时，作用力大，物体的加速度大。当物体的受力一定时，质量大的物体加速度小。通过问题 1、2巩固上节课内容的同时，让学生感受到物体运动的改变与力和质量有关，然后让学生根据日常生活的例子，得到加速度与力和质量的定性关系。第 4 页 表征问题 活动二：大胆猜想，设计实验 猜想：加速度的大小与合外力、物体的质量应该有怎样的定性关系？学生：（1）加速度随合外力的增大而增大，即加速度可能与合外力成正比；（2）加速度随物体质量的增大而减小，即加速度可能与合外力成反比。问题 7：用什么方法研究加速度与力、质量的关系？学生：控制变量法。m 一定，a、F 的关系；F 一定，a、m 或 a、1/m 的关系。问题 8：有什么方法可以直观地验证你的猜想？学生：图象法。学生表 征 问 题后 首 先 猜想 的 应 该是 最 简 单的 关 系 正 比 关系。解决问题（提出假设）设计实验：实验目的：探究加速度与力、质量的关系 实验的大体思路：1实验准备：（1）研究对象是什么？如何测量研究对象的质量？对应的实验器材？（2）如何提供并测量研究对象所受的力？对应的实验器材？（3）如何测量研究对象的加速度？对应的实验器材？2.实验步骤：（1）m一定，探究 a、F的关系。（2）F一定，探究a、m或a、1/m的关系。3.实验的注意事项：4.实验数据的记录与处理：活动三：小组交流，逻辑论证 类别 其他小组的实验设计思路 可行性 分析 m 的测量 天平测量 F 的测量 1.重物的重力（小车和砝码的质量重物的质量）教学时采取学生先独立探究，然后小组讨论。学生小组内合作学习与小组间实验设计思路的交流时间约 25分钟。有些小组提出的实验思路有一定的创新性，培养和激发学生的创新思维也正是基 第 5 页 a 的测量 1.打点计时器（逐差法）2.光电门传感器（可以测时间，从而得到挡光板通过光电门的瞬时速度）3.比较法（初速度为零的匀加速直线运动，加速度比等于位移比，再用控制变量法探究规律。）于问题解决的课堂教学的功能之一。表格中的思路是部分小组合作学习的成果。解决问题（检验假设）活动四：教师演示，验证猜想 演示实验：教师介绍实验原理及实验仪器。引导学生得出 a 的测量方法：1212)(ttdtda。实验过程：1小车质量一定时，探究加速度与拉力的关系 2重物拉力一定时，探究加速度与质量的关系 实验图像：图 2 为Fa 图像，图 3 为ma1图像。学生通 过 演 示实 验 了 解了 DIS 实验的 构 成 及原理，同时实 验 结 果验 证 了 自己的猜想，能 激 发 他们 学 习 物理的兴趣。图 2 第 6 页 学生根据实验结果得出结论：mFa 交流评价 活动五：总结方法，自我评价 问题 9：根据本节课的过程以及伽利略的科学方法，你能总结出科学探究的一般过程吗？学生：观察现象提出问题讨论问题提出假设逻辑论证实验检验解决问题 问题 10：科学探究过程需要我们以一种什么态度面对？学生：实事求是、百折不挠的科学态度 小组评价：根据学生的课堂表现，评选优秀学习小组。学生在 问 题 解决 过 程 中经 历 了 成功与失误、体 验 与 反思。课后思考 问题 11：在演示实验中，用钩码的重力mg代替了小车所受的拉力，事实上钩码的重力mg与小车所受的拉力相等吗？在什么情况下，可以用钩码的重力mg近似代替了小车所受的拉力？问题 12：在实验中为何要将轨道倾斜一个角度？倾角过大或过小在所作图象中有什么反映？【教后反思】该课题是新课程的新增内容，旨在通过实验让学生体会控制变量法是研究物理规律的重要方法，经历一次完整的探究过程，激发的求知欲和创新精神。本节课，笔者采用基于问题解决的物理课堂教学模式进行课堂教学，注意了探究性与有效性、主体性与主动性、预设性与生成性，很好地完成了教学目标，培养了学生的合作意识与问题能力，培养了学生相互学习、交流、共同提高的学习态度。图 3