第2節(jié) 實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系 教學(xué)設(shè)計(jì)

課題人教版高中物理·必修·第一冊(cè)第四章第2節(jié)實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系課型新授課?復(fù)習(xí)課□試卷講評(píng)課□其他課□授課班級(jí)授課時(shí)間教學(xué)內(nèi)容分析課標(biāo)要求：高中物理新課程標(biāo)準(zhǔn)是現(xiàn)代高中物理教學(xué)的規(guī)范，在實(shí)施該標(biāo)準(zhǔn)的過(guò)程中，應(yīng)不斷探索新的教學(xué)理念,充分發(fā)揮教師的主導(dǎo)作用和學(xué)生的主體作用，改革教學(xué)模式，進(jìn)行啟發(fā)式教學(xué)，培養(yǎng)學(xué)生的物理學(xué)科核心素養(yǎng)、滿足學(xué)生終生發(fā)展需求，注重課程的時(shí)代性，關(guān)注科技進(jìn)步和社會(huì)發(fā)展需求。為了更好地激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，將實(shí)施多樣化教學(xué)，將物理知識(shí)與生活緊密聯(lián)系，從生活走進(jìn)物理，再由物理解釋生活現(xiàn)象的方式進(jìn)行教學(xué)，引導(dǎo)學(xué)生的自主創(chuàng)新和探究。教材分析：牛頓運(yùn)動(dòng)定律是動(dòng)力學(xué)的核心內(nèi)容，其中牛頓第二定律又是牛頓物理學(xué)的核心，所以讓學(xué)生探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，可以讓他們更好的理解和構(gòu)建牛頓第二定律物理思想，知道牛頓第二定律的建立具有實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)，同時(shí)使他們體驗(yàn)到物理科學(xué)規(guī)律的研究方法，為下一節(jié)牛頓第二定律的進(jìn)一步學(xué)習(xí)奠定基礎(chǔ)；學(xué)情分析知識(shí)儲(chǔ)備：學(xué)生在初中研究過(guò)電流I、電阻R、和電壓U之間的關(guān)系，對(duì)于控制變量有了一定的認(rèn)識(shí)，本節(jié)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系仍采用這種方法，學(xué)生容易接受。在教學(xué)中，指導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，用表格記錄數(shù)據(jù)，計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，在過(guò)程中穿插師生、生生之間的交流、討論，最后讓學(xué)生分組展示自己的實(shí)驗(yàn)，學(xué)生互評(píng)，教師點(diǎn)評(píng)。能力基礎(chǔ)：這個(gè)階段的學(xué)生處于高一階段，他們已經(jīng)有了初步的觀察思考能力、實(shí)驗(yàn)探究能力、分析解決問(wèn)題能力和歸納總結(jié)能力，但總?cè)菀缀雎砸恍┘?xì)節(jié)內(nèi)容。思維能力：初步的觀察思考能力、實(shí)驗(yàn)探究能力、分析解決問(wèn)題能力和歸納總結(jié)能力核心素養(yǎng)物理觀念：能能夠判斷物體加速度影響的因素?？茖W(xué)思維：過(guò)實(shí)驗(yàn)和練習(xí)歸納出應(yīng)用力的平衡條件解決實(shí)際問(wèn)題的基本步驟和基本方法，進(jìn)一步掌握正交分解法?？茖W(xué)探究：通過(guò)從物理現(xiàn)象和實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行探究，歸納出簡(jiǎn)單的科學(xué)規(guī)律?？茖W(xué)態(tài)度與責(zé)任：意識(shí)到物理規(guī)律在現(xiàn)實(shí)生活中的重要作用，增強(qiáng)對(duì)物理學(xué)習(xí)的興趣。教學(xué)準(zhǔn)備實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備活動(dòng)設(shè)計(jì)教學(xué)內(nèi)容教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)評(píng)價(jià)任務(wù)活動(dòng)一：展示學(xué)習(xí)目標(biāo)理解加速度的大小與力和物體的質(zhì)量有關(guān)。探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系?；顒?dòng)二：講授新課在物理學(xué)中，尋找兩個(gè)變量之間的關(guān)系，可以是理論推導(dǎo)，也可以是通過(guò)實(shí)驗(yàn)。本節(jié)課我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)尋找加速度與所受外力及物體自身質(zhì)量的關(guān)系。教師引言：通過(guò)前面的學(xué)習(xí)，我們知道只要物體的速度改變，就說(shuō)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了改變，下面請(qǐng)同學(xué)們思考一下，有那些因素影響物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變呢？新課導(dǎo)入學(xué)生活動(dòng)：思考并回答。教師活動(dòng)：總結(jié)學(xué)生的回答，得出力和質(zhì)量是影響物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的兩個(gè)因素。教師活動(dòng)：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生變化，對(duì)應(yīng)物體具有加速度，得出加速度與力和質(zhì)量有關(guān)的結(jié)論。學(xué)生活動(dòng)：思考并產(chǎn)生疑問(wèn)物體運(yùn)動(dòng)的加速度跟外力到底有什么關(guān)系？加速度與物體本身的質(zhì)量到底有什么關(guān)系？教師活動(dòng)：在物理學(xué)中，尋找兩個(gè)變量之間的關(guān)系，可以是理論推導(dǎo)，也可以是通過(guò)實(shí)驗(yàn)。本節(jié)課我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)的方法來(lái)尋找加速度與所受外力及物體自身質(zhì)量的關(guān)系。（二）新課教學(xué)1、實(shí)驗(yàn)研究方法教師活動(dòng)：讓學(xué)生思考初中階段是如何來(lái)研究電流I、電阻R、和電壓U之間的關(guān)系的？學(xué)生活動(dòng)：先保持一個(gè)量不變，研究另外兩個(gè)量的關(guān)系，最后再綜合，得出三個(gè)量之間的關(guān)系。教師活動(dòng)：既然加速度與力和質(zhì)量都有關(guān)，我們就可以按照這種方法來(lái)研究a與F、a與M之間的關(guān)系。2、實(shí)驗(yàn)過(guò)程設(shè)計(jì)（1）加速度與力的關(guān)系教師活動(dòng)：請(qǐng)同學(xué)們猜想一下，物體的加速度與它所受的力有什么關(guān)系？試想賽車與普通小汽車質(zhì)量相近，哪一個(gè)速度增加的快呢？學(xué)生活動(dòng)：討論后回答賽車速度增加的快，因?yàn)橘愜嚢惭b了強(qiáng)大的發(fā)動(dòng)機(jī)，它的牽引力大，得出加速度可能與力成正比，即a∝F。教師活動(dòng)：指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，明確實(shí)驗(yàn)的基本思路和數(shù)據(jù)處理方法：a)實(shí)驗(yàn)的基本思路：保持物體的質(zhì)量不變，測(cè)量不同力的作用下加速度，分析加速度與力的關(guān)系；b)數(shù)據(jù)處理方法：設(shè)計(jì)表格，建立坐標(biāo)系，描點(diǎn)，作圖，使多數(shù)點(diǎn)在同一條直線上。設(shè)計(jì)表格如下：123456F/Na/(m/s2)（2）加速度與質(zhì)量的關(guān)系教師活動(dòng)：請(qǐng)同學(xué)們猜想一下，物體的加速度與它的質(zhì)量有什么關(guān)系？試想大卡車和小汽車在相同的制動(dòng)力作用下，哪一個(gè)先停下來(lái)呢？學(xué)生活動(dòng)：討論后回答小汽車先停下來(lái)，定性得出加速度可能與質(zhì)量成反比，即a∝1/m。教師活動(dòng)：指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，明確實(shí)驗(yàn)的基本思路和數(shù)據(jù)處理方法：a)實(shí)驗(yàn)的基本思路：保持物體所受的力相同，測(cè)量不同質(zhì)量的物體在該力作用下加速度，分析加速度與質(zhì)量的關(guān)系；b)數(shù)據(jù)處理方法：設(shè)計(jì)表格，建立坐標(biāo)系，描點(diǎn)，作圖，使多數(shù)點(diǎn)在同一條直線上。設(shè)計(jì)表格如下：123456(1/m)/kg-1a/(m/s2)3、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)教師活動(dòng)：請(qǐng)同學(xué)們分析，如果要完成此實(shí)驗(yàn)需要測(cè)量的物理量有哪些？學(xué)生活動(dòng)：加速度a,物體所受力F,物體質(zhì)量m。教師活動(dòng)：請(qǐng)同學(xué)們思考如何借助所學(xué)知識(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)加速度a的測(cè)量？可以進(jìn)行討論。學(xué)生活動(dòng)：討論并提出見(jiàn)解。1）讓物體做初速度為0的勻加速直線運(yùn)動(dòng)，用刻度尺測(cè)量位移并用秒表測(cè)量時(shí)間，然后由a=2x/t2可以計(jì)算出a。2）在運(yùn)動(dòng)物體上安裝一條打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶，根據(jù)紙帶上打出來(lái)的點(diǎn)就可以計(jì)算出a。教師活動(dòng)：這些方法都可以定量測(cè)量出加速度具體數(shù)值，我們也可以不測(cè)加速度具體數(shù)值，因?yàn)槲覀兲骄康氖羌铀俣扰c其他量之間的比例關(guān)系，因此，測(cè)量不同情況下物體加速度的比值即可。學(xué)生活動(dòng)：思考并分析：由于a=2x/t2，如果測(cè)出兩個(gè)初速度為0的勻加速運(yùn)動(dòng)在相同的時(shí)間內(nèi)發(fā)生的位移x1、x2，位移之比即為加速度之比，即a1/a2=x1/x2。把對(duì)加速度的測(cè)量轉(zhuǎn)化為對(duì)位移的測(cè)量。教師活動(dòng)：請(qǐng)同學(xué)們討論兩個(gè)問(wèn)題：1）在質(zhì)量不變的條件下來(lái)探究加速度與力的關(guān)系，如何來(lái)控制力的變化？2）在力不變的條件下來(lái)探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系，如何來(lái)控制物體質(zhì)量的變化？學(xué)生活動(dòng)：討論并發(fā)言。教師活動(dòng)：進(jìn)行總結(jié)，并要求學(xué)生通過(guò)思考、討論來(lái)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。學(xué)生活動(dòng)：設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。教師活動(dòng)：對(duì)學(xué)生設(shè)計(jì)的不同方案進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，并做適當(dāng)補(bǔ)充，然后從中挑選出幾個(gè)切實(shí)可行的實(shí)驗(yàn)方案。教師活動(dòng)：數(shù)據(jù)處理可以采用表格，建立坐標(biāo)系，描點(diǎn)，繪圖的方法，也可以采用將表格中的數(shù)據(jù)輸入到計(jì)算機(jī)Excel表格中，進(jìn)行擬合，參考教材32頁(yè)用計(jì)算機(jī)繪制v~t圖像的方法。教師活動(dòng)：讓學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。學(xué)生活動(dòng)：挑選合適的實(shí)驗(yàn)器材，組裝并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。4、實(shí)驗(yàn)結(jié)果展示學(xué)生活動(dòng)：展示本小組的實(shí)驗(yàn)，介紹所采用的實(shí)驗(yàn)方案、采用的數(shù)據(jù)處理方法、經(jīng)過(guò)分析得到的結(jié)論。學(xué)生進(jìn)行互評(píng)。教師活動(dòng)：對(duì)各小組學(xué)生的實(shí)驗(yàn)進(jìn)行點(diǎn)評(píng)，對(duì)表現(xiàn)突出的小組，給予表?yè)P(yáng)。并對(duì)學(xué)生擬合的圖線中，直線不過(guò)坐標(biāo)原點(diǎn)，進(jìn)行討論分析。（三）課堂訓(xùn)練在做“驗(yàn)證牛頓第二定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，計(jì)算出各紙帶的加速度后，將測(cè)得的加速度與力的有關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表1中，將測(cè)得的加速度與質(zhì)量的有關(guān)數(shù)據(jù)記錄在表2中。表1F/N1．002．003．004．00a/(m/s2)1．984．065．958．12表2(1/m)/kg-10．500．670．801．00a/(m/s2)2．042．663．233．98（1）根據(jù)表中所列數(shù)據(jù)，分別畫出a-F圖象和a-(1/m)圖象。（2）從圖象可以判定：當(dāng)m一定時(shí)，a與F的關(guān)系為——————；當(dāng)F一定時(shí)，a與1/m的關(guān)系為——————。（3）由a-F圖象可知，m=——————。（4）由a-(1/m)圖象可知，F(xiàn)=——————。（四）課堂小結(jié)本節(jié)課我們應(yīng)用實(shí)驗(yàn)探究了加速度與物體所受的力、物體質(zhì)量的關(guān)系，采用了控制其中一個(gè)物理量不變的情況下來(lái)研究另外兩個(gè)量之間的關(guān)系的方法，讓同學(xué)們體驗(yàn)了科學(xué)探究的過(guò)程。然而物理學(xué)的規(guī)律不是通過(guò)有限的幾個(gè)實(shí)驗(yàn)“歸納”出來(lái)的，它們之所以正確，歸根結(jié)底是因?yàn)橛伤鼈兊贸龅脑S許多多結(jié)論都與事實(shí)一致。（五）板書設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系一、研究方法：先保持一個(gè)量不變，研究另外兩個(gè)量的關(guān)系，最后