物理实验探索课教学教案设计实例.docx
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物理实验探索课教学教案设计实例
物理实验探索课教学教案设计实例
题目：
实验探索牛顿第二定律（2课时）
教学目标
1、知识与技能目标：
通过实验探索，知道加速度与力的关系；知道加速度与质量的关系，得出牛顿第二定律，培养学生实验数据处理分析技能和初步的实验设计技能技能。
2、过程与方法目标：
通过对牛顿第二定律的建立过程探索，培养学生会应用实验得出物理规律的实验探索方法，获得初步的解决物理问题的科学研究方法和实践能力。
3情感态度与价值观目标：
培养学生实事求是的科学精神和与人合作、共同探索的良好的学术研究态度。
教学重点：
实验探索得出牛顿第二定律
教学难点：
探索方案的设计、实施与修正
教学方法：
实验探索法
教学用具：
牛顿第二定律演示器，米尺，天平、砝码、起点标记,电脑。
教学程序：
教学
环节
教学过程
设计意图
创设
情景
产生
课题
【师】演示用力推讲桌和推讲桌上的黑板擦，同时请同学们回顾前面所学过的知识：
牛顿第一定律和力的本质，猜测加速度与力、与物体质量的关系。
一、创设情景、产生课题
【师】下面的问题请你解决：
（电脑给出图片）
⑴在2000年悉尼奥运会上，我国举重运动员战旭刚为举重冠军。
沉重的杠铃他再也不能多举了，那是为什么？
⑵黄志宏和王军霞比，她们的体型一胖一瘦，胖瘦对她们各自的运动项目的成绩有影响吗？
如果你是运动员你会注意这个问题吗？
温故而知新。
把所要学习的知识转化为日常生活、生产中的实际问题，提出一些与学习新课有关的实际问题，引起学生想要解决这些实际问题的兴趣。
把问题作为教学的出发点，创设问题情景，从而引起学生的定向注意，激发学生的学习兴趣和求知欲，为发现新知识创设一个最佳的心理和认知环境。
所举的具体例子应具有一定的吸引学生注意的吸引力。
⑶在“二战”片中，常会看到成群的飞机去轰炸某个城市的镜头，在机群中，有一个大飞机它是轰炸机，围在它身边的个头小的飞机是战斗机，请问：
战斗机为什么不作得大一些？
那样的话不是可以装更多的武器吗？
[4]演示实验，在一个盛满水的玻璃瓶中，残留一小气泡，将瓶平放在水平桌面上，气泡浮于瓶的上部壁顶，处于静止状态。
当用手猛一推瓶向右运动时，气泡将会向前运动，若在瓶中放的是一铁块，同样一猛推瓶向右运动时，铁块将会向后运动。
这是为什么？
【生】
共同讨论、分析
【师】（总结）在实际生活中，有很多问题需要我们用物理学中力、质量、加速度的概念以及它们之间的关系去分析问题解决问题，它们之间定性的关系我们已经明确，还有定量的关系我们不清楚，你是否想对加速度、力、质量的定量的关系进行研究呢？
今天我们请同学们先设计一个实验方案，来探讨加速度与力、与质量的定量关系。
二、猜想假设设计方案
【师】今天我们的课题的大范围已经确定，可解决问题的方法不同，会产生不同的方案。
为方案能好一些和节约时间，我们分组进行方案的设计。
方案的做法是否省时、简易作为方案可行的一个标准。
一个问题中，需综合考虑力、质量、加速度三者的大小的关系。
生活中的小现象也包含物理规律，如果我们学习了有关力、质量、加速度的规律，就可以解释这个现象。
此例同时提示研究方法：
比较法。
在每个例子的分析过程中，教师要引导学生将问题的落脚点落在力、质量、加速度三者的大小关系上。
这样研究课题才能围绕力、质量、加速度进行。
开始提出问题——产生研究课题。
将学生引导到用作实验的方法解决问题。
创设情景，提出问题，让学生通过对生活中的实例的分析、猜想，自己依据问题的需要，设计出演示实验的装置，引出演示实验。
这样的方式能调动学生的学习积极性和主动性，增强学生的实践能力、研究能力和逻辑思维能力，体现物理科学是实验科学的观点。
猜想假设
设计方案
【生】分组拟订方案（教师指导）
【师】在各组制订方案时，教师可作如下提示：
如果同学们觉得不知如何去做，就去看看实验，验证平行四边形法则、测匀变速直线运动的加速度，从中得到一些启示。
还有，在讨论自由落体运动时，我们是怎样研究不同物体下落的快慢是否相同的？
（比较法也是我们常用的方法）
学生先自由提出，然后教师根据器材的可能性，合并一些问题，留下一些问题，成为研究课题。
可保留类型：
使用不同的器材，讨论a与F的关系，讨论a与m的关系，讨论a、F，m三者的关系。
【师】如果有的学生组的方案与课本一致，就说是使用了他们组的方案，如果有的组与课本的实验方案相近，那就鼓励他们照此方向研究下去，产生与课本相近的实验方案。
也鼓励其他组的同学在课下用自己的方案去产生自己的结论。
我们就用某小组的实验方法进行一次实验。
最后由某小组的同学向大家介绍实验原理、装置、步骤。
【生】
（1）实验装置如图所示
将提出方案的权力交还给学生，促进学生的自主学习意识，体现学生为主体的教学思想。
教师及时指导体现以教师为主导的教学思想。
在学生以小组为单位进行方案设计时，也培养了学生与人合作、共同探索的良好的学术研究态度。
最后教师与那个小组的学生一起确定好实验原理、实验装置、实验步骤。
（此时提供备好的器材）
由学生自己去叙述实验设计方案，会强化学生头脑中的实验过程图景，也许学生叙述得不太流利、有些漏洞，但还会比学生冷漠地听教师头头是道的叙述有实际效果，因为按照建构主义学习理论人接受信息时本来是有选择的，由教师给出，学生听的好，由学生自己说，学生领会的程度高。
猜
想
假
设
设
计
方
案
（2）实验原理：
⑴我们的思路是寻找一种用其它物理量直观反映加速度大小的办法→由运动公式可知，在相同时间内位移与加速度成正比。
可以用位移来代替加速度。
因为对于一个物体（使m不变），不受力时加速度为零→受力时，产生加速度→力越大时加速度越大→加速度越大时位移越大。
⑵我们取两个物体同时运动，使两个物体的质量相同，这是为了保证物体运动的时间相同。
还不必记时。
⑶先讨论加速度与力的关系，然后再讨论加速度与质量的关系。
用同样的力（使F不变）作用于不同物体→质量小的易被拉动→质量越小加速度越大→不同物体→质量小的小加速度越大→不同物体→质量小的易被拉动→质量越小加速度越大→加速度越大→位移越大，
【师】他们的实验的方法是控制变量法。
就是说，在研究三个变量的关系时，要使其中的一个量保持不变，即是控制变量的方法。
【生】实验装置如图所示，小车是运动物体，两个小车质量、性能完全一样。
通过挂砝码施加拉力，通过控制细线（用手捏住）控制物体的运动。
将长木板上铺一张表面较光滑的硬塑料板，以消除摩擦力的影响。
可以先演示一下，挂相同的砝码（m=10g）两小车一直一起运动。
【生】实验步骤：
是分两步，先研究保持物体的质量m不变，加速度a与力F的关系，再研究保持物体所受的外力F不变，加速度a与质量m的关系。
然后把研究的结果综合起来就得到a、F、m这三个量之间的关系。
具体做法是：
（结合器材讲解）给两小车不同的外力，为简单令F'=2F，记录它们在相同时间内的位移s、s'，改变力的比例重复几次。
再讨论加速度与质量的关系时，取质量关系为m'=2m，加相同力F，记录位移s、s'，改变质量比例，重复几次。
把实验结果记录在设计好的表格内。
为此设计的表格是：
m/g
F/g
s/cm
s/cm
小车1
小车2
【师】研究问题的程序应是先论证此方案是否可行，大家先议一议。
对此方案有什么异议，都可提出来。
这种实验方法，优点是简单易行，不必测量时间，形象生动，能激发学生兴趣。
这种实验方法也有它的缺点，强化了学生的一个错误认识，认为“小车所受的拉力就等于砝码的重力”。
纠正的办法是在巩固新课时提出相关的问题，加以明确。
同时这种方法正好说明了讨论问题的方法并不唯一的观点。
实
验
检
验
产
生
结
论
三、实验检验产生结论
【生】由设计组的同学演示实验过程（教师指导）
取m=m'，F=10gF'=20g
在不同的位置令物体停下，记下s。
结论：
在误差范围内，测量结果得到
s'=2s这表明a'=2a
即：
在物体质量相等的情况下，物体的加速度跟作用在它上面的外力成正比。
这个结论用数学式子表示为：
=
或者a∝F
取F=F'=10g，m=200gm'=400g
在不同的位置令物体停下，记下s。
结论：
在误差范围内，测量结果得到
s'=
s这表明a'=
a
【生】：
综合以上两方面的研究，我们对力、质量、加速度的关系得到下述结论；
物体的加速度跟作用力成正比，跟物体的质量成反比。
【师】：
这就是牛顿第二定律。
牛顿第二定律用数学式子来表示，这就是：
F∝ma
将上式改写成等式：
F=kma
式中的k为比例系数。
若m=1kg，a=1m/s，则F=k
如果公式中的物理量选择合适的单位，可以使k=1，从而使公式简化。
在国际单位制中，力的单位是牛顿。
牛顿这个单位就是根据牛顿第二定律来定义的：
使质量为1千克的物体产生1米/秒²的加速度的力，叫做1牛顿，
即：
1牛顿=1千克·米/秒²
可见，如果都用国际单位制的单位，在上式中就可以使k=1，则上式简化为：
F=ma
这就是牛顿第二定律的公式。
从我们的实验中再完善一下对牛顿第二定律的认识：
①你确定一下在实验中力的方向与加速度的方向，你认为力的方向与加速度的方向之间有制约关系吗？
由学生自己做实验，事先又没有经过准备，费时、出现错误是不可避免的，这正好让学生体会科研过程艰难、细致，不能轻易产生结论的特点。
在试错中学习是人类最基本的学习方式，那些错误的想法、做法经过实验的验证，才能被确认为是错误，正确的认识才能变成学生自己的认识。
对定律表述的讨论，培养学生逻辑思维能力
进一步理解定律
实
验
检
测
产
生
结
论
总
结
体
会学
以
致
用
【生】有，加速度的方向与力的方向始终相同。
【师】将这种关系能放入第二定律的表达式中吗？
【生】能，认为等于是相同方向的意思即可。
②【师】牛顿第二定律直接说明的是力与加速度的关系，你运用牛顿第二定律去说明一下力与运动的关系：
F=0时a=0物体处于静止或匀速直线运动状态
F≠0时a≠0物体的运动状态变化
F=恒量a=恒量物体做匀变速运动
F随时间变化a随时间变化物体做变加速运动表明a与F是瞬时对应关系
牛顿第二定律以简单的数学形式表明了运动和力的关系。
③【师】同学们再分析一下硬塑料板的作用，它光滑的表面，不影响小车的运动，如果它有点粗糙，它就要影响加速度，那种情况下，加速度会和谁成正比？
【生】合力。
【师】牛顿第二定律的更一般表述为：
物体的加速度跟所受外力的合力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。
写成公式就是：
F
=ma
四、总结体会学以致用
1、知识应用方面
（1）从牛顿第二定律知道，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度。
可是我们用力提一个很重的物体时却提不动它，这跟牛顿第二定律有无矛盾？
为什么？
答：
没有矛盾，由公式F＝ma看，
为合外力，无论怎样小的力都可以使物体产生加速度，这个力应是合外力。
现用力提一很重的物体时，物体仍静止，说明合外力为零。
由受力分析可知F＋N－mg=0。
（2）下面哪些说法不对？
为什么？
A．物体所受合外力越大，加速度越大。
B物体所受合外力越大，速度越大。
C．物体在外力作用下做匀加速直线运动，当合外力逐渐减小时，物体的速度逐渐减小。
D．物体的加速度大小不变一定受恒力作用。
由恒力到变力的过度，实现知识的迁移，并引导学生用试验定性研究。
由一个力到合力的迁移，归纳得出结论。
知识和方法是这节课要学习的内容，而且方法是更重要的学习内容。
所以将巩固的内容分为两个方面：
知识应用和方法应用。
课
堂
小
结
答：
B、C、D说法不对。
根据牛顿第二定律，物体受的合外力决定了物体的加速度。
而加速度大小和速度大小无关。
所以，B说法错误。
物体做匀加速运动，说明加速度方向与速度方向一致。
当合外力减小、但方向不变时，加速度减小但方向也不变，所以物体仍然做加速运动，速度增加。
C说法错误。
加速度是矢量，其方向与合外力方向一致。
加速度大小不变，若方向发生变化时，合外力方向必然变化。
D说法错。
2、方法应用方面
在所有的力中，摩擦力是我们平时接触最多的力，我们时常要根据我们的需求增加或减少摩擦力。
因而影响滑动摩擦力的因素我们就应该知道。
做一做下面的实验：
“用对比法研究影响滑动摩擦力的因素”，你认为现在你能做得出吗？
（3）在所有的力中，摩擦力是我们平时接触最多的力，我们时常要根据我们的需求增加或减少摩擦力。
因而影响滑动摩擦力的因素我们就应该知道。
做一做下面的实验：
“用对比法研究影响滑动摩擦力的因素”，你认为现在你能做得出吗？
课堂小结
1．这节课以实验为依据，采用控制变量的方法进行研究。
这一方法今后在电学、热学的研究中还要用到。
我们根据已掌握的知识设计实验、探索规律是物体研究的重要方法。
2．定义力的单位“牛顿”使得k=1，得到牛顿第二定律的简单形式F＝ma。
使用简捷的数学语言表达物理规律是物理学的特征之一，但应知道它所对应的文字内容和意义。
3．牛顿第二定律概括了运动和力的关系。
物体所受合外力恒定，其加速度恒定；合外力为零，加速度为零。
即合外力决定了加速度，而加速度影响着物体的运动情况。
因此，牛顿第二定律是把前两章力和物体的运动构成一个整体，其中的纽带就是加速度。
布置作业：
写一篇探索实验的体会的论文。
在知识应用方面，选择的习题都是定性说明问题的，这主要是考虑到计算容易淡化物理分析的本质，将学生引入到数学思路上去。
引导学生总结，可以由通过这堂课你学会了什么，谈谈收获。
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