探究加速度与力和质量的关系.doc

渭南市2013年度基础教育科研课题《中学物理基础知识记忆的研究》
编号：WNZDKT 312024

《探究加速度与力和质量的关系》教学设计

铁路自立中学 张发展

实验：探究加速度与力和质量的关系
教学目标：
1、知识与技能：知道加速度与力和质量之间的关系，会通过实验探究加速度与力和质量之间的关系；
2、过程与方法：学生通过讨论实验方案，选择实验方法，自主探究、自主实验的基础上得出的实验结论，并使学生对牛顿第二定律有初步的理解；渗透科学的发现、分析、研究等方法。
3、情感态度与价值观：通过对加速度与力和质量的关系的探究，在提高学生实验能力的基础上，体验探究带来的乐趣，激发学生学习物理的兴趣。
教学重点：
1、知道加速度与力和质量的关系。
2、掌握探究性实验的探究过程，确定探究加速度与力的关系、加速度与质量的关系两个课题及探究的方式。
3、学会选择合理可行的实验方案，会对实验数据进行分析，能对实验结果作出评估
教学难点：对探究性实验的把握。引导学生在猜想的基础上进行实验设计，提出可行性方案，完成实验并对数据进行分析，得出结果。 作出评估。
教学方法及学习方法：学生分组实验---探究教学法。
实验仪器和器材：附有滑轮的长木板2块；小车2个；带小钩的细线2条；钩码，规格：10g、20g；砝码，规格：50g、100g、200g；天平；小桶；细沙；电火花打点计时器；纸带； 木块；
多媒体教室，教学课件（课前每两张课桌上摆放一套实验器材。）
教学过程：
一、 复习引入，提出问题：
复习学过的内容，学生知道力是改变物体运动状态的原因。进一步引导学生分析，物体的运动状态发生改变，速度就改变，说明有加速度，所以力是产生加速度的原因。
师：我们在超市购物时，常常要推购物车，我们知道，对车用的力越大，车就运动得越快。这说明了什么？
生：物体受到的力越大，其加速度就越大。
师：我们用乒乓球拍，很容易让一个乒乓球以一定的速度滚出去，而用乒乓球拍很难把一个铅球以同样的速度滚出去，这说明了什么？
生：用一样大小的力 ，物体的质量越小，产生的加速度也越大。
师：这说明物体产生的加速度与力的大小有关 ，也与物体质量的大小有关。大家不妨猜想一下它们之间有什么样的定量关系呢？
二、合理猜想：
学生很容易猜想出：它们之间最简单的关系应该是加速度与力成正比、与质量成反比。
三、设计实验：
　　师：你是根据什么这样猜想的呢?
　　生：同前面的定性分析，物体受力越大,加速度越大;物体质量越大,加速度越小。
师：受力越大,加速度越大;质量越大,加速度越小，也不一定加速度与力成正比、与质量成反比，你还能想象出其他的什么形式?
生：比如加速度与力的平方成正比，与质量的平方成反比或其它情况。
师：很好，同学们能放开思维进行大胆的猜想，了不起，可是同学们，你将通过什么方式去检验你的猜想呢?
　　生：通过实验检验猜想
　　师：可这里有三个物理量a、F、m,如何研究三个变量之间关系比较好呢?
　　生： 先保持m一定，研究a与F的关系
　　 再保持F一定，研究a与m的关系
　　师：很好，这就是实验的两个基本思路，我们把这种方法称为(控制变量法)，这个方法大家比较熟悉。
　　师：猜想假设与实验的基本思路都有了，我们应该去寻求具体的方案来检验我们的猜想。现在四个同学为一组，给大家五分钟的时间讨论一下，我们用什么样的实验方案？ 组内同学相互交流完成后，由各组组长汇集一下本组的方案及观点，并给大家介绍一下。哪个小组有了主意，及时举手向老师示意一下，好现在开始!
多媒体打出下面几个问题，帮助学生思考和讨论：
1、 如何提供一个可以改变大小的拉力，并能方便的测出拉力的大小？
2、 如何改变物体的质量？
3、 如何测物体的加速度？
　　(中间隔上3-5分钟)
　　师：同学们完成的怎么样拉?哪个小组先来把你们小组交流的内容让大家分享一下，第一小组先来把你们小组交流的内容让大家分享下，
　　学生汇报3-5分钟，教师作适当点拨和补充，学生汇报同时课件展示，最后总结现有条件下的两种可行性方案
学生可能提出的方案有：
（方案一）用打点计时器测加速度。把带有纸带的小车，放在带有定滑轮的长木板上，用沙桶通过细线拉着小车在木板上运动，再用打点计时器在纸带上打上点，测出小车的加速度，测出沙桶的重力就等于细绳的拉力，就可以验证加速度与力和质量的关系。
这个方案这是教材上提供的方案，也是各类考试涉及最多的一个方案。学生必须掌握该实验的原理、步骤、和注意事项。要引导学生明确两个关键：
（1）为什么要平衡摩擦阻力（小车与木板间，纸带与打点计时器间）？
( 2) 小桶及砝码的质量为什么要远小于车的质量？
（方案二）测位移，通过比较位移来比较加速度。(见课本上的课题探究)
这个方案要让学生明白推导过程。由s=at²，在时间t相同时有=
(方案三)用气垫轨道和光电门测加速度。
(方案四) 用DIS测加速度。
方案三和方案四测量比较方便，而且测量值准确。由于我们实验室条件所限，考虑的对大家实验操作能力和数据处理能力的锻炼，只给大家提供了方案一的器材，大家讨论一下实验步骤，自己设计表格，记录数据。然后对数据进行分析，得出结论。现在分组开始实验。
　　四，自主探究，收集证据
　　师：老师建议大家彼此借鉴其它小组方案中的优点，完善自己的设计方案，好现在开始实验，看哪个小组在组长的带领下做的又快又规范!
　　(实验10分钟左右，中间针对学生的操作出现的共同问题稍作点拨，让学生注意操作事项和要领及规范性)
　　学生做实验过程中，打开excel表格的参考样表
有些小组已经得到了实验数据，其他小组加油啊!可以参考老师提供的样表，也可以自主设计表格。
五 数据处理:
　　(展示三种情况)
　　各小组已经完成实验，第一小组说一下你们对数据是如何分析的？
生1：我们在保持小车的质量不变时，改变拉力的大小，测出了六组a 与F的值，发现a/F比值非常接近，在误差允许的范围内，近似相等。说明在物体质量相等时，加速度与拉力成正比。
我们在保持拉力不变时，改变小车的质量，测出了五组a与m的值，发现六组a与m的乘积近似相等。说明在拉力相等时，加速度与质量成反比。
师：用的是比值法。很好。
生2：我们也分别测出了六组数据，用描点法画出a-F图象近似为为一条直线，说明在m一定时，a 与F成正比。
用描点法做出a-的图像，也近似是一条直线。说明a与m成反比。
师：用的是图像法。很好。请你上台来把你的第一组数据输入前面的电脑，看看获得的图像。
学生输入完数据，做出图像为一条直线，说明是正比例函数，图像稍微有点偏差，在误差允许的范围内，可以得出在质量不变时 ，加速度与拉力成正比。
六、实验结论
根据同学们的实验数据及图象描述，我们发现在误差允许的范围内，物体质量一定时，加速度与拉力成正比。拉力一定时，加速度与质量成反比。
七、实验评估
师：我们仔细观察一下这组同学得到的图像，发现有什么问题吗？
生：图像有点偏离原点。
师：能说出偏离的原因吗?
生2：实验有误差。
师：那么大家分析一下这个实验的误差主要有哪些？如何改进可以减小误差？
生3：第一要平衡摩擦力，第二要是小桶和砝码的质量远小于车的质量。
师：平衡摩擦力大家容易理解。现在我主要强调一下小桶和砝码的质量为何要远小于车的质量。
这个实验中，我们的目的是要知到细绳对小车的拉力的大小。我们认为小桶和砝码的重力就等于细绳对车的拉力。严格地讲，小桶和砝码的重力要大于细绳对车的拉力。我们分析一下小桶的受力可知，小桶在受重力和细绳的拉力的情况下加速下落，说明重力要大于拉力只有小桶匀速下落时 ，细绳的拉力才等于小桶的重力。
进一步的分析表明，当沙桶的质量远小于小车的质量时，细绳上的拉力非常接近沙桶的重力。
生：还有一个问题，就是平衡摩擦力以后，改变了物体的质量时，还用不用重新平衡摩擦力？
师：我们看一下摩擦阻力的来源，一方面是小车和木板之间产生的f=mg，另一方面是纸带与打点计时器之间产生的f，总阻力f=mg+ f,考虑到非常小，忽略f以后，有f=mg。抬高木板是小车的重力沿斜面的分量等于摩擦力，则有mgsin=mgcos,显然与质量无关。在无需平衡摩擦力。
师：同学们表现太棒了，课堂因你们而精彩!为自己的精彩表现来一次激烈的掌声吧!