第二节实验：探究加速度与力和质量的关系教学设计_中学教育-中学学案.pdf

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1、学习必备 欢迎下载 第四章 第三节 牛顿第二定律 （一）教材分析 牛顿第二定律是在实验基础上建立起来的重要规律，它是动力学的核心规律，也是学习其它动力学规律的基础。在普通高中物理课程标准共同必修模块“物理 1”中涉及本节的内容有：“在实验基础上得出牛顿第二定律，会应用牛顿第二定律解决力学和运动学习题，体会牛顿第二定律的桥梁作用。”（二）教学目标 知识与技能：1、掌握牛顿第二定律的文字内容和数学公式 2、理解公式中各物理量的意义及相互关系 3、知道在国际单位制中力的单位牛顿是怎样定义的 4、会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算过程与方法：过程与方法：1、以实验为基础，归纳得到物体的加速度跟它的质

2、量及所受外力的关系，进而总结出牛顿第二定律 2、能从实际运动中抽象出模型并用第二定律加以解决 情感态度与价值观：1、渗透物理学研究方法的教育 2、认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法（三）教学重点难点 教学重点：（1）牛顿第二定律（2）牛顿第二定律的应用 教学难点：牛顿第二定律的应用 教学难点的突破措施：在教材处理上把牛顿第二定律分为两个学时。第一学时主要的任务是：探究加速度与力、质量的关系；第二学时主要的任务是：建立牛顿第二定律并进行初步的应用。本节课是第一学时，主要采用以下的教学策略：1自主学习与合作探究 建立好牛顿第二定律的表达式后，可以选取代表性的习题，在此基础上，让学生

3、总结应用第二牛顿运动定律的步骤 2现代教学手段与启发式 在课堂中采用多媒体课件作为辅助手段，创设物理情景，启发引导学生，帮助学生建立形象直观的认识，调动学生学习的积极性，有效地提高学习效率。（四）教具 教学设备：多媒体教室、课件。学生分组实验器材（探究包）：气垫导轨、气源、两个光电门和与之配套的数字计时器，滑块、滑片、细线、小桶、天平、砝码、细沙、弹簧秤、小车、木块、钩码、一端带有滑轮的长木板、打点器、纸带、秒表、毫米刻度尺、垫木、橡皮筋等。学习必备 欢迎下载 （五）教学过程 导入情境 视频展示：刘翔在雅典奥运会夺金的情景。教师：在决赛时，刘翔将自己身上一切戴的东西像手表、项链等都摘了下来，穿

4、最轻的跑鞋。这样做的科学道理在哪里？预测学生讨论后得出的结论可能是：_。质量越小，运动状态越容易改变，也就是说在相同的情况下，物体获得的加速度就越大。说明通过视频展示创设物理情景，激发学生的学习兴趣，同时渗透德育教育。进行新课 一、提出猜想 教师：那么、物体的加速度与哪些因素有关呢？请同学们从生活经验出发提出自己的看法，并举例说明。（同时教师利用课件提供一些图片，对学生进行启发。）附图片内容如下：为何体操，跳水运动员的身材都比较苗条、瘦小？从防止发生交通事故的角度考虑，说一说反超载的道理？F1方程式赛车的质量只有一般小轿车质量的三分之一，这样做有什么好处？神舟五号飞船返回仓返回时为何要打开降落

5、伞？预测学生有代表性的回答可能有以下几方面：（教师在学生分析的过程中板书归纳。）1与物体受到的外力的关系：与物体受到的外力有关；例如：骑自行车刹车：用力刹车时，用的力越大、车越容易停下来，即：阻力越大，自行车减速的加速度越大。与物体受到的外力无关；例如：用大小不一样的力推大石头，推不动，运动状态不变，加速度为零。应该是与物体受到的合外力有关；分析如下：用大小不一样的力推大石头，推不动，是因为大石头同时受到摩擦力的作用，受到合外力为零，因此、加速度也为零。2与物体质量的关系：与物体的质量有关；例如：人分别用相同的力推自行车和摩托车时，自行车比较容易加速启动，而摩托车则较难。也就是说在相同的情况下

6、，质量较小的自行车获得的加速度就较大。3与物体运动的速度的关系：与物体的速度有关；例如：速度大的物体较不容易停止运动，而速度小的物体较容易天下来。与物体的速度无关；例如：做匀速直线运动的物体不论速度大小，加速度都为零。与物体的速度无关；分析如下：加速度是描述速度变化快慢的物理量，从公式可知，加速度与速度的大小无关。引导学生总结得出猜想：物体的加速度只与它所受合外力和物体本身的质量有关。说明学生在生活中对“影响物体加速度大小的因素”有所认识，但这些认识往往是片面的、不准确的。因此要让学生充分地表达已有的认识，在这过程中教师利用课件提供一些图片，对学生进行启发，引导他们不断修正自己的观点，从而形成

7、对科学的认识。动力学的核心规律也是学习其它动力学规律的基础在普通高中物理课程标准共同必修模块物理中涉及本节的内容有在实验基础上得出牛顿第二定律会应用牛顿第二定律解决力学和运动学习题体会牛顿第二定律的桥梁作用二教学目标力的单位牛顿是怎样定义的会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算过程与方法过程与方法以实验基础归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系进而总结出牛顿第二定律能从实际运动中抽象出模型并用第二定律加以解决点难点教学重点牛顿第二定律牛顿第二定律的应用教学难点牛顿第二定律的应用教学难点的突破措施在教材处理上把牛顿第二定律分两个学时第一学时主要的任务是探究加速度与力质量的关系第二学时主要的

8、任务是建立牛顿第二定学习必备 欢迎下载 引导学生结合前面学习的知识（牛顿第一定律等），讨论猜想的科学依据所在，从而确定：物体的加速度只与它所受合外力和物体本身的质量有关。说明：让学生从理论的角度加以分析有利于培养学生理论联系实际的能力，有利于培养学生的逻辑思维能力。引导学生深入探究：与和的定量关系。二、探究a与F、m的定量关系 1确定研究方法 教师：我们应该采用什么样的物理方法来研究与、的定量关系呢？预测学生的分析可能如下：分两步进行研究：保持研究对象的质量一定时，研究加速度和合外力的关系；保持研究对象受到的合外力一定时，研究加速度和质量的关系。然后综合两次的研究结果，进行推理和归纳，便可找出

9、与、三者之间存在的关系。教师在确定研究方法后，简单地介绍“控制变量法”。说明初中阶段学生曾多次应用过控制变量法。如果学生回答有误，教师启发学生回忆：研究电流与电压和电阻这三者关系所采用的方法。2设计实验方案 教师进一步引导学生设计实验方案。让学生以小组为单位设计探究方案：包括使用哪些实验器材，如何进行操作，如何采集数据等？（要求学生把设计的方案简要地写在纸上）。教师巡视给予必要的指导。选择较有代表性方案的小组派代表上台简要叙述本组设计的方案（用实物投影仪把学生写在纸上的方案投影出来），让全班同学进行交流。大家在互相启发、补充的过程中形成较为完善的方案。预测学生设计的实验方案可能是：方案一：用小

10、车、电火花打点计时器、纸带、长木板、细线、小桶、钩码、天平、砝码、刻度尺、垫木等器材，研究小车的运动。用天平分别测出小车的质量，测出小桶的质量与小桶中砝码，把小桶与小桶中砝码的总重力当作小车受到的拉力，从打点计时器打出的纸带上测量并算出，由计算出小车的加速度。方案二：以气垫导轨、气源、两个光电门、数字计时器、滑块、滑片、刻度尺、细线、小桶、砝码、天平为器材研究滑块的运动。用天平测出滑块和滑片的质量滑块 M，测出小桶与小桶中砝码的质量，把小桶与小桶中砝码的总重力当作滑块受到的拉力，用光电门和动力学的核心规律也是学习其它动力学规律的基础在普通高中物理课程标准共同必修模块物理中涉及本节的内容有在实验

11、基础上得出牛顿第二定律会应用牛顿第二定律解决力学和运动学习题体会牛顿第二定律的桥梁作用二教学目标力的单位牛顿是怎样定义的会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算过程与方法过程与方法以实验基础归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系进而总结出牛顿第二定律能从实际运动中抽象出模型并用第二定律加以解决点难点教学重点牛顿第二定律牛顿第二定律的应用教学难点牛顿第二定律的应用教学难点的突破措施在教材处理上把牛顿第二定律分两个学时第一学时主要的任务是探究加速度与力质量的关系第二学时主要的任务是建立牛顿第二定学习必备 欢迎下载 数字计时器自动测出滑块运动经过两个光电门时的速度、，以及这一过程所用的时间t，再

12、通过公式算出滑块的加速度。说明：在学生交流讨论实验设计的方案中，要有较充分的时间让他们对各种方案阐述自己的观点，反思方案中的问题，同时教师要参与学生的讨论分析，启发引导学生形成较为完善的实验方案。同时应注意有些学生可能有别的方案，要鼓励和认真对待，在课堂时间不足的情况下，可在课外指导学生去探究。在设计测拉力的方法时，教师要告诉学生：把小桶与小桶中砝码的总重力当作研究对象受到的拉力、这是有条件的，即”“=”或“”).动力学的核心规律也是学习其它动力学规律的基础在普通高中物理课程标准共同必修模块物理中涉及本节的内容有在实验基础上得出牛顿第二定律会应用牛顿第二定律解决力学和运动学习题体会牛顿第二定律

13、的桥梁作用二教学目标力的单位牛顿是怎样定义的会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算过程与方法过程与方法以实验基础归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系进而总结出牛顿第二定律能从实际运动中抽象出模型并用第二定律加以解决点难点教学重点牛顿第二定律牛顿第二定律的应用教学难点牛顿第二定律的应用教学难点的突破措施在教材处理上把牛顿第二定律分两个学时第一学时主要的任务是探究加速度与力质量的关系第二学时主要的任务是建立牛顿第二定学习必备 欢迎下载 乙 5.某学生用如图甲所示实验装置做“探究加速度与力、质量的关系”实验,保持小车的质量不变,测得小车的加速度 a 和拉力 F 的数据如下表所示.甲 F/N

14、0.20 0.30 0.40 0.50 a/(m s-2)0.10 0.21 0.29 0.40 乙(1)根据表中的数据在图乙中画出 a F 图线.(2)把图线延长,看看图线是否通过原点?如果不通过原点,试分析在操作过程中可能遗漏了哪个步骤:6.用如图所示的装置来探究物体的加速度与力、质量的关系.实验时,小盘和砝码牵引小车,使小车做初速为零的匀加速直线运动.(1)此实验中可以不测量加速度的具体值,原因是:.(2)通过改变 ,就可以改变小车所受到的合力.(3)在探究加速度与质量的关系时,分别以 为纵坐标、为横坐标作图象,这样就能直观地看出其关系.基础过关（6 个）1、在探究a与F、m关系的实验中

15、，下列说法中正确的是()A.平衡摩擦力时，小桶应用细线通过定滑轮系在小车上，但小桶内不能装砂子 B.实验中无需始终保持小车和砝码的质量远远大于砂子和小桶的质量 C.实验中如用纵坐标表示加速度，用横坐标表示小车和车内砝码的总质量，描出相应的点在一条直线上时，即可证明加速度与质量成反比 D.平衡摩擦力时，小车后面的纸带必须连好，因为运动过程中纸带也要受到阻力 2某学生在做“探究加速度与力、质量的关系”的实验时，在平衡摩擦力时把长木板的一端垫得过高，使得倾角偏大。他所得到的a-F关系图象应是下列哪一个？(a是小车的加速度，动力学的核心规律也是学习其它动力学规律的基础在普通高中物理课程标准共同必修模块

16、物理中涉及本节的内容有在实验基础上得出牛顿第二定律会应用牛顿第二定律解决力学和运动学习题体会牛顿第二定律的桥梁作用二教学目标力的单位牛顿是怎样定义的会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算过程与方法过程与方法以实验基础归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系进而总结出牛顿第二定律能从实际运动中抽象出模型并用第二定律加以解决点难点教学重点牛顿第二定律牛顿第二定律的应用教学难点牛顿第二定律的应用教学难点的突破措施在教材处理上把牛顿第二定律分两个学时第一学时主要的任务是探究加速度与力质量的关系第二学时主要的任务是建立牛顿第二定学习必备 欢迎下载 F是细线作用于小车的拉力)()3在“探究加速度与力、

17、质量的关系”的实验中，备有下列器材：A.电火花计时器；B.天平；C.秒表；D.交流电源；E.电池；F.纸带；G.细绳、砝码、钩码、滑块(可骑在气垫导轨上)；H.气垫导轨(一端带定滑轮)；I.毫米刻度尺；J.小型气泵。(1)实验应选用的器材有_；实验研究的对象_ _。(2)本实验分两大步骤进行：_；_。4在研究物体的“加速度、作用力和质量”三个物理量的关系时，我们用实验研究了小车“在质量一定的情况下，加速度和作用力的关系”；又研究了“在作用力一定的情况下，加速度和质量之间的关系”这种研究物理问题的科学方法是()A.建立理想模型的方法 B.控制变量法 C.等效替代法 D.类比法 5探究物体的加速度

18、与力、质量的关系实验中，(1)在探究物体的加速度与力的关系时，应保持_不变，分别改变施加在物体上的水平拉力 F，测出相对应的加速度 a。(2)为了更直观地反映物体的加速度 a 与物体质量 m的关系，往往用二者的关系图象来表示，该关系图象最好应选用_。Aa-m图象 Bm-a图象 Ca-图象 D图象 6用斜面、小车、小盘、砝码、打点计时器等做“探究加速度与力、质量的关系”的实验中，得到如图所示的纸带，相邻计数点间的时间间隔为 T，且 x1、x2、x3、x6 已测量出。请写出计算加速度的表达式 能力提升（2 个）1.现要验证“当质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一物理规律.给定的

19、器材如下:一倾角可以调节的长斜面(如图所示)、小车、计时器一个、刻度尺.填入适当的公式或文字,完善以下实验步骤(不考虑摩擦力的影响):(1)让小车自斜面上方一固定点 A1从静止开始下滑至斜面底端 A2,记下所用的时间 t.(2)用刻度尺测量 A1与 A2之间的距离 x,则小车的加速度 a=.(3)用刻度尺测量 A1相对于 A2的高度 h,设小车所受重力为 mg,则小车所受的合外力 F=.(4)改变 ,重复上述测量.(5)以 h 为横坐标、为纵坐标,根据实验数据作图.如能得到一条过原点的直线,则可以验证“当动力学的核心规律也是学习其它动力学规律的基础在普通高中物理课程标准共同必修模块物理中涉及本

20、节的内容有在实验基础上得出牛顿第二定律会应用牛顿第二定律解决力学和运动学习题体会牛顿第二定律的桥梁作用二教学目标力的单位牛顿是怎样定义的会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算过程与方法过程与方法以实验基础归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系进而总结出牛顿第二定律能从实际运动中抽象出模型并用第二定律加以解决点难点教学重点牛顿第二定律牛顿第二定律的应用教学难点牛顿第二定律的应用教学难点的突破措施在教材处理上把牛顿第二定律分两个学时第一学时主要的任务是探究加速度与力质量的关系第二学时主要的任务是建立牛顿第二定学习必备 欢迎下载 质量一定时,物体运动的加速度与它所受的合外力成正比”这一规律.2

21、.在“探究加速度与力、质量的关系”实验中.(1)某组同学用如图所示装置,采用控制变量的方法,来研究在小车质量不变的情况下,小车的加速度与小车受到力的关系.下列措施中不需要或不正确的是 .A.首先要平衡摩擦力,使小车受到的合力就是细绳对小车的拉力 B.平衡摩擦力的方法是,在塑料小桶中添加砝码,使小车能匀速运动 C.每次改变拉小车的拉力后都需要重新平衡摩擦力 D.实验中,通过在塑料桶中增减砝码来改变小车受到的拉力 E.每次小车都要从同一位置开始运动 F.实验中应先放小车,然后再接通打点计时器的电源(2)某组同学实验得出数据,画出的 a 的关系图线如图所示.从图象中可以看出,作用在物体上的恒力 F=

22、N.（七）板书设计 一、实验目标 二、实验方法 三、实验过程 四、结论以及注意事项（八）教学反思 “探究式教学”从内容形式上看是少了些，但这“小小的获得”可是学生亲身体验得来，将终身不忘。“体验”是每个学生成长过程所必需的，学生只有在参与中深刻体验成功，体验挫折，体验合作，体验质疑，体验挑战，才能健康成长。科学探究教学模式正是为每个学生提供了平等“参与”的机会，通过“体验”促进学生的健康成长，以便更好地适应现代社会对人才发展的需要。学生发展的同时也促进了教师和整个教学的发展，在学生的探究过程中，学生提出了很多具有建设性的问题。“探究式教学”提高了学生的动手能力、自己总结观察现象的能力、探索能力

23、。更重要的是通过实验探究激发了学生的求知欲和创新精神。（九）教学资源 （十）参考答案 基础练习 1、AB 2、BD 3、，B 4、(1)未平衡摩擦力或平衡摩擦力不够(2)5、:(1)图象如图所示 动力学的核心规律也是学习其它动力学规律的基础在普通高中物理课程标准共同必修模块物理中涉及本节的内容有在实验基础上得出牛顿第二定律会应用牛顿第二定律解决力学和运动学习题体会牛顿第二定律的桥梁作用二教学目标力的单位牛顿是怎样定义的会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算过程与方法过程与方法以实验基础归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系进而总结出牛顿第二定律能从实际运动中抽象出模型并用第二定律加以解决

24、点难点教学重点牛顿第二定律牛顿第二定律的应用教学难点牛顿第二定律的应用教学难点的突破措施在教材处理上把牛顿第二定律分两个学时第一学时主要的任务是探究加速度与力质量的关系第二学时主要的任务是建立牛顿第二定学习必备 欢迎下载 (2)平衡摩擦力 6.答案:(1)可以转化为探究加速度与其他量之间的比例关系(其他答法只要正确就行.如:初速度为零的匀加速直线运动,在相同的时间内,位移与加速度成正比)(2)砝码的数量(3)a(或)(或 a)基础过关 1、D 2、C 3、ABDFGHIJ，气垫导轨上的滑块，研究 m 一定时 a 与 F 的关系，研究 F 一定时 a 与 m的关系 4、B 5、质量，C 6、a=

25、(x6+x5+x4)-(x3+x2+x1)/(9T2)能力提升 1、:(2)(3)mg(4)斜面的倾角 或斜面的高度 h 2、(1)BCEF (2)5 动力学的核心规律也是学习其它动力学规律的基础在普通高中物理课程标准共同必修模块物理中涉及本节的内容有在实验基础上得出牛顿第二定律会应用牛顿第二定律解决力学和运动学习题体会牛顿第二定律的桥梁作用二教学目标力的单位牛顿是怎样定义的会用牛顿第二定律的公式进行有关的计算过程与方法过程与方法以实验基础归纳得到物体的加速度跟它的质量及所受外力的关系进而总结出牛顿第二定律能从实际运动中抽象出模型并用第二定律加以解决点难点教学重点牛顿第二定律牛顿第二定律的应用教学难点牛顿第二定律的应用教学难点的突破措施在教材处理上把牛顿第二定律分两个学时第一学时主要的任务是探究加速度与力质量的关系第二学时主要的任务是建立牛顿第二定