实验探究加速度与力质量的关系优质教案.docx

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实验探究加速度与力质量的关系优质教案

探究加速度与力、质量的关系

一．教学设计背景

长期以来均认为实验是物理学的基础，物理教学应该重视实验教学。

物理新课程特别重视探究式教学，而科学探究的主要途径是实验探究。

但人们为了追求高考分数，对实验教学不但没有加强，反而有所减弱，导致学生对物理实验不加重视，实验能力下降。

分析多年的高考物理的实验题，通过教师的一支粉笔讲实验，学生的一支笔反复练实验（习题）可以完成高考试卷上的实验题。

这就导致教师不重视物理实验教学，学生不重视实验课堂。

教师不仅要对学生负责，更要对学生的将来负责（本校的教育思想）。

科学素养、实验能力是物理教学中不可忽视的两个重要方面。

因此，执教者今年个人主要研究问题是“物理实验教学”。

在课改前的物理实验大多数是验证性实验，多年实验课的模式是讲清实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项后由学生动手实验，最后交一份实验报告就算完成。

而新的课程标准将大多数验证性实验改为探究性实验，探究性实验目的并不只是为了通过实验得到一个结论，而是让学生体验探究过程，在过程中学习科学探究的方法，提高实验探究能力（如提问能力、实验设计能力、数据与处理能力等）。

因此，执教者所要研究的问题：

1．如何改变实验教学模式，如何发挥教师在实验教学中的作用；

2．如何真正提高学生的科学素养，科学探究能力；

3．如何充分发挥应用现代教学设备与现代教育技术在实验探究中的作用。

二．教材与学生情况分析

本节内容是第三章“牛顿运动定律”的第一节，本内容并非是正常的教学进度，而跳过了一章“物体相互作用”。

开设此课目的并不是探究教学的示范，而是借机进行一次实验探究式教学“探究”，为了能得到专家的指点。

课前学生并不知道教学内容，所以没有预习。

虽然学生有过类似的实验课堂体验，但学生的实验设计能力、动手能力、应用DIS进行实验的能力（第一次）、应用电子表格处理数据的能力较差，所以预测本节课的教学任务难以完成。

三．教学设计过程

【教学目标】

（一）知识与技能 

　　1．理解物体运动状态的变化快慢即加速度大小与力有关，与质量也有关。

 　　2．通过实验探究加速度与力定量关系。

 　　3．培养学生动手操作能力。

（二）过程与方法

1．通过实验观察，培养学生提出问题的能力，即物体的加速度与哪些因素有关。

2．学习控制变量的研究方法。

 　　3．引导学生自己设计实验，并根据设计进行实验。

 　　4．学习用电子表格对实验数据进行处理，并能根据数据结果得出结论。

 　（三）情感、态度、价值观

 　　1．通过实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。

 　　2．通过探究激发学生的求知欲。

 　　3．培养与人合作的团队精神。

【教学重点与难点】

重点：

学习实验探究方法。

难点：

实验设计、DIS数字实验系统在实验中的运用。

【教学器材】

DIS数据实验系统、平板、小车、钩码。

【教学过程】

（一）课题引入

演示实验：

钩码通过细线拉小车在平板上运动。

问题1：

观察小车的运动，请你提出相关的物理问题。

如：

小车做什么性质的运动？

小车产生加速度的原因是什么？

列出有价值的问题：

1．小车做什么性质的运动？

2．小车产生加速度的原因是什么？

3．小车的加速度与哪些因素有关？

4．小车的加速度与拉力大小、物体质量存在着什么关系？

（二）问题研究

1．猜想与假设

问题2：

你认为小车的加速度可能与拉力与质量什么关系？

为什么？

（这就是猜想与假设，需要指导，指导学生根据自己的生活经验与简单的原则进行合理的猜想与假设）

猜想与假设：

加速度正比于拉力；加速度反比于小车的质量。

2．实验设计

问题3：

要研究加速度与它们的关系，要测量哪些物理量，是同时研究，还是分别研究，如何操作？

（控制变量法）

在研究加速度与拉力关系时，保持小车质量不变，改变钩码的重量，分别测得对应的加速度；在研究加速度与小车质量关系时，保持钩码重量不变，改变小车的质量，测量小车对应的加速度。

问题4：

影响小车的加速度与小车受到的所有外力，其中重力与支持力是一对平衡力，可以相互抵消，但摩擦力无法消除，怎么办？

（垫高平板，用重力的分力平衡摩擦力）。

问题5：

如何测量小车的加速度？

（介绍光电门）

将光电门固定在某一位置，可以测出遮光板通过光电门的时间，这里可以不测遮光板的宽度与小车加速度的位移，加速度大小反比与时间的平方（证明如下）。

因为匀变速直线运动有：

而小车通过光电门的速度：

所以：

，

则：

推理：

如果

，那么

；反之如果

，则有

。

3．实验数据的采集与处理

列表：

1

2

3

4

5

F/mg

/s

1/

2

作图：

通过电子表格作图（横坐标为F，纵坐标为1/

2）

4．实验结果分析得出结论

问题6：

实验结论？

小车的加速度与外力成正比。

附：

探究加速度与力的关系（案例分析）

执教者：

徐锐

一．教学设计背景

实验是物理学的基础，物理教学应该重视实验教学。

物理新课程特别重视探究式教学，而科学探究的主要途径是实验探究。

但人们为了追求高考分数，对实验教学不但没有加强，反而有所减弱，导致学生对物理实验不加重视，实验能力下降。

分析多年的高考物理的实验题，通过教师的一支粉笔讲实验，学生的一支笔反复练实验（习题）可以完成高考试卷上的实验题。

这就导致教师不重视物理实验教学，学生不重视实验课堂。

教师不仅要对学生负责，更要对学生的将来负责。

科学素养、实验能力是物理教学中不可忽视的两个重要方面。

在课改前的物理实验大多数是验证性实验，多年实验课的模式是讲清实验目的、实验原理、实验步骤、注意事项后由学生动手实验，最后交一份实验报告就算完成。

而新的课程标准将大多数验证性实验改为探究性实验，探究性实验目的并不只是为了通过实验得到一个结论，而是让学生体验探究过程，在过程中学习科学探究的方法，提高实验探究能力（如提问能力、实验设计能力、数据与处理能力等）。

因此，执教者所要研究的问题：

4．如何改变实验教学模式，如何发挥教师在实验教学中的作用。

5．如何真正提高学生的科学素养，科学探究能力。

6．如何充分发挥应用现代教学设备与现代教育技术在实验探究中的作用。

二．教材与学生情况分析

本节内容是第四章第二节。

在此节之前，已经通过实验探究小车速度随时间的变化规律，又研究了匀变速直线运动的速度与时间、位移与时间的关系。

因此，学生对匀变速直线运动规律有了一定的了解，对规律的研究也有了一定的实验基础。

探究小车的加速度与力、小车的质量的关系，探究的结果并非是探究的唯一目的，而是经历探究过程，学习科学探究方法，如培养学生的观察、提问、假设、设计、实验数据的采集与处理、实验结果的分析与评估等能力。

由于内容较多，一节课难以完成所有问题。

因此该节课分为两课时来完成。

第一节课完成探究小车加速度与外力的关系，第二节课完成探究小车加速度与质量的关系。

三．教学设计过程

【教学目标】

（一）知识与技能 

　　1．理解物体运动状态的变化快慢即加速度大小与力有关，与质量也有关。

 　　2．通过实验探究加速度与力定量关系。

 　　3．培养学生动手操作能力。

（二）过程与方法

3．通过实验观察，培养学生提出问题的能力，即物体的加速度与哪些因素有关。

4．学习控制变量的研究方法。

 　　3．引导学生自己设计实验，并根据设计进行实验。

 　　4．学习用电子表格对实验数据进行处理，并能根据数据结果得出结论。

 　（三）情感、态度、价值观

 　　1．通过实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。

 　　2．通过探究激发学生的求知欲。

 　　3．培养与人合作的团队精神。

【教学重点与难点】

重点：

学习实验探究方法。

难点：

实验设计、DIS数字实验系统在实验中的运用。

【教学器材】

DIS数据实验系统、光电门、平板、小车、钩码。

【教学过程】

（二）课题引入

演示实验：

钩码通过细线拉小车在平板上运动。

问题1：

观察小车的运动，请你提出相关物理并具有一定价值的问题。

〖教学过程实录〗

学生A：

小车做什么性质的运动？

学生B：

是匀加速直线运动，在前面用实验探究此问题。

教师：

是，我们前面已经研究过，可以讲，是已知的，因此，不能算是未知的问题，在本节课来讲，就不算是有价值的问题。

学生C：

小车在相等时间内通过的位移相等吗？

学生D：

既然小车做匀加速运动，小车在相等时间内通过的位移是越来越大的，怎么可能相等？

也是无价值的问题。

学生E：

小车为什么会做加速运动？

教师：

我们在前一节，虽然讲过，物体产生加速度的原因是物体受到外力作用。

但在此问题中，我们应用找到小车产生加速度的力。

该问题有一定的研究价值。

学生F：

小车的加速度与哪些因素有关？

教师：

很好!

力是产生加速度的原因，则物体的加速度一定与外力有关，同学F提出的问题，会进一步启发我们思考，影响物体加速度的因素是否只有外力？

学生G：

影响小车加速度大小的因素应该是小车所受的外力与小车的质量，那么小车的加速度与拉力大小、物体质量存在着什么关系？

教师：

很好!

，同学G不仅分析了影响加速度的因素，而且进一步提出了加速度与该两个因素的定量关系的问题。

分析：

爱因斯坦讲过，提出问题比解决问题更重要。

在课堂教学中，要有意识地培养学生的观察与思考的能力，要善于提出问题，并能够提出有研究价值的问题。

什么是“有价值”的问题，本课例是通过学生对学生，教师对学生的问题评价，要求学生提出未知的，而有一定研究价值的问题。

（二）问题研究

1．猜想与假设

问题2：

你认为小车的加速度可能与拉力与质量什么关系？

〖教学过程实录〗

学生A：

小车的加速度与外力应用是正比关系。

教师：

为什么讲是正比关系，而不是反比关系？

学生A：

从生活的经验来看，外力越大，物体越容易启动。

而且，力是物体改变运动状态的原因，所以没有力就没有加速度，有力才有加速度，当然力越大，加速度就越大。

教师：

很好，说明猜想并不是胡思乱想，该同学通过自己的生活经验与逻辑推理说明了自己的猜想理由。

但为什么猜加速度与外力成正比，而不猜加速度与外力的平方或平方根成正比？

学生A：

伽利略讲过：

相信自然界是简单的，自然界的规律也是简单的。

受他的启发，我首先相信，加速度与外力应该存在这样简单的规律。

教师：

有可能加速度与外力并不是正比关系，但我们这只是假设。

假设的目的是为实验研究指明探究方向，可能在研究过程中得不到假设的结论，那可以进一步修正，从简单向复杂进行过渡。

猜想与假设：

加速度正比于拉力；加速度反比于小车的质量。

分析：

牛顿说过：

“没有大胆的猜想，就做不出伟大的发现。

”猜想与假设是科学思维的一种形式，是对所研究的问题根据已知事实材料和科学知识作出的一种猜测性陈述，对问题中事物的因果性、规律性作出的假定性解释。

想与假设绝不是胡思乱想，猜想与假设有两个基本特征：

一是具有一个客观事实；二是研究者原有的知识和经验。

上面通过师生对话，就是对猜想与假设的指导。

2．实验设计

问题3：

要研究加速度与它们的关系，要测量哪些物理量，是同时研究，还是分别研究，如何操作？

（控制变量法）

在研究加速度与拉力关系时，保持小车质量不变，改变钩码的重量，分别测得对应的加速度；在研究加速度与小车质量关系时，保持钩码重量不变，改变小车的质量，测量小车对应的加速度。

问题4：

〖教学过程实录〗

学生讨论：

……（没有得到有效的结果）

教师：

我们学习过力的分解，可以通过增大斜面的倾角，用重力的分力去平衡摩擦力。

教师：

在什么情况了，说明重力的分力等于摩擦力？

学生A：

当小车沿斜面匀速下滑时。

教师：

请同学通过实验研究。

……

学生B：

无法确定小车的匀速直线运动。

教师：

我们人人知道匀速运动的定义，但对实际的运动我们就难以判断了，因此，只有理论还是不够的，需要我们加强实践，提高知识的应用能力。

教师：

（通过动画，让学生分别判断物体在高速与低速速度是否在变化）物体在高速时，难判断它的运动速度是否变化，但在低速度时容易判断。

因为初速度比较小时，如果是减速运动，物体在较短时间内会停止运动，如果是加速度，物体的速度会发生明显加快。

教师：

将平板一端适当抬高，轻轻推动小车（沿斜面向下推），如果小车能沿斜面缓慢下沿，可以认为小车沿斜面匀速下滑，则重力沿斜面向下的分别等于小车所受的摩擦力。

问题5：

通过光电门测小车的加速度需要测量哪些物理量？

〖教学过程实录〗

学生A：

测小车开始时距挡光板的距离x，挡光板的宽度d，挡光板通过光电门的时间△t，与外力的大小。

教师：

为了实验的简单，能否只测量挡光板通过光电门的时间△t？

如果加速度正比为外力，那么外力与△t是什么关系？

学生讨论：

……（该问题对学生比较困难）

教师讲解：

将光电门固定在某一位置，可以测出遮光板通过光电门的时间，这里可以不测遮光板的宽度与小车的位移，加速度大小反比与时间的平方（证明如下）。

因为匀变速直线运动有：

而小车通过光电门的速度：

所以：

，

则：

推理：

如果

，那么

；反之如果

，则有

。

分析：

实验设计是科学探究的一个重要部分，现在的学生往往只重视科学理论，不注重将理论用于实践，去解决实际问题。

本节课的实验可以用打点计时器完成，学生也比较熟悉。

设计成用光电门研究，其目的就是培养学生实验的设计能力。

本实验一般学生认为要通过相关量的测定能求得加速度，其实只要能研究出力与挡光板通过光电门的时间，可能达到研究力与加速度的关系。

这样实验过程比较简，同时也能达到目的。

3．实验数据的采集与处理

列表：

1

2

3

4

5

F/mg

/s

1/

2

作图：

通过电子表格作图（横坐标为F，纵坐标为1/

2）

4．实验结果分析得出结论

问题6：

实验结论？

小车的加速度与外力成正比。

〖教学过程实录〗

学生：

可以得出小车的加速度与外力成正比的结论。

教师：

可以吗？

学生A：

不可以!

教师：

为什么？

学生A：

因为仅仅通过5组测量数据，得出一个结论是不够的。

教师：

对!

牛顿得出该结论，是在大量事实的基础上所总结出来的。

今天的探究，只是学习科学探究方法，体验探究过程，提高探究能力。

说明：

经常听到教师对学生讲：

“在一定误差范围内，可以得出…”。

什么是误差范围，误差范围是多少，这样说法缺乏正确的科学态度与科学的严谨。

我们所有的探究，只是学习探究方法，让学生体验科学探究的过程，在过程中培养科学探究能力，在过程中提升科学素养，结果并不是我们的唯一目的。

因此，对实验结果的分析，一定要实事求是。

【课堂小结】

1.要注意观察与思考，能提出有价值的问题；

2.敢于大胆猜想，合理假设，为研究问题指明方向；

3.精心设计实验方案，操作简单、可行，误差小；

4.充分应用现代技术手段，对实验数据进行采集、处理；

5.要有科学严谨、实事求是的态度，分析数据，得出结论。