4.2 《实验：探究加速度与力、质量的关系》—【新教材】人教版（2019）高中物理必修第一册教学设计

第4章 运动和力的关系 第2节 实验：探究加速度与力、质量的关系 安徽省临泉第一中学 郭雪鹏 1、 教学内容分析 《实验：探究加速度与力、质量的关系》是《普通高中物理课程标准（2017年版）》必修课程必修1模块中“相互作用与运动定律”主题下的内容，课程标准的要求为：通过实验，探究物体运动的加速度与物体受力、物体质量的关系。《普通高中物理课程标准(2017年版)解读》对课标的解读为：通过实验，探究物体运动的加速度与物体受力、质量的关系，是指两个关系：一是在物体质量一定的情况下，探究加速度大小与受力大小的关系；二是在物体受力一定的情况下，探究物体运动的加速度大小跟物体质量的关系。这里所说的实验，是指学生实验，是课程标准规定的学生必做实验。 加速度与力、质量均有关系，使用控制变量法进行探究。研究加速度与物体受力关系，这里的“力”是物体受到的合力，引导学生分析如何测量合力。利用斜面知识，当斜面倾角取特定值时，重力沿斜面的分力与阻力抵消。小车受到的合力等于细线张力大小。对于砝码质量远小于小车质量时，细线张力约等于砝码盘重力，可待学习牛顿第二定律后再解释。 在分析加速度与质量成反比，由于反比关系不好验证，通过数学变形，可验证a和成正比，这是一种常用的实验数据处理方法，学生要掌握。 2、 学情分析 经过牛顿第一定律的学习，学生知道当物体受到的合力不为零时，物体运动状态发生改变，物体具有加速度。根据生活经验，学生了解加速度与力、质量二者均有关系。控制变量法是学生熟悉的实验方法，用图像处理实验数据学生在前面的学习使用过多次，这些为本节图像法分析实验数据打下基础。探究加速度与质量关系，用的数据作为横坐标对学生来说是第一次，思维跨度较大，教师要合理设计教学跨度，帮助学生理解、掌握这种数据处理方法。 3、 教学目标 1.学生经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程，能够依据要求进行实验设计，学会选择合理的试验方案进行探究实验。 2.学生经历用图像处理数据的过程，能从图像中发现物理规律。 3.学生经历实验操作和测量的过程，知道平衡摩擦力、减小系统误差等操作方法，体会探究过程的科学性和严谨性，培养与他人合作、学会分享的团队精神。 4、 教学重难点 教学重点：经历加速度与力、质量关系的探究过程，体会探究的本质，培养学生提出问题、批判性思维、交流和合作等能力 教学难点：分析实验数据得出加速度与力、质量的关系，从图象发现物理规律。 教学方法：讲授法、实验探究法、启发式教学 5、 教学过程 (1) 导入新课 师：伽利略终结延续千年的关于运动的错误认识——运动需要力的维持.牛顿将其抽象概括为一条物理定律——牛顿第一定律. 加速度描述物体运动状态变化的快慢，而力是改变物体运动状态的原因，惯性与质量有关.加速度、质量和合力三者间必然存在某种关联.本节通过实验探究三者的关系. (2) 新课教学 1.定性探究加速度与力、质量的关系 教师投影演示实验示意图，介绍实验装置。 演示实验： 甲 乙 教师活动：找两个相同的小车，按图示组装实验器材，木板长度小车，构成两个倾角不同的斜面，将小车从木板顶端同一位置释放。 实验现象：乙图中的小车先到达木板底端。 师：小车质量相同，木板长度相同。小车从顶端运动到底端，哪个小车的加速度大？你是如何判断的？ 生1：乙图中的小车加速度大. 师：你是如何判断的？ 生1：乙图中的小车先到达木板底端，时间小.小车的位移相同，根据匀变速x=at2，时间小的，车的加速度大。 师：分析过程很严谨！哪辆小车受到的合力大？ 生2：小车受到的合力为F=mgsinθ-μmgcosθ，斜面倾角θ大，F大。 师：根据实验，我们可以定性得到，合力越大，物体的加速度越大。 演示实验： 丙 丁 教师活动：木板长度相同，两小车在木板上的初位置相同，同时释放。 实验现象：丁图中的小车先到达另一端。 师：哪个小车的加速度大？在物体受到的合力不变时，加速度与质量有何关系？ 生：丁图中的小车加速度大，合力不变，质量越大，加速度越小。 师：通过这些实验我们可以得出，加速度与力、质量均有关系。我们需要使用控制变量法。在研究加速度与力的关系，需要保持小车质量不变；研究加速度与质量的关系，小车受到的合力要保持不变。 2.定性探究加速度与力、质量的关系 猜想与假设：m保持不变，a与F成正比；合力F保持不变，a与m成反比。 师：如何测量小车的质量？如何改变小车的质量？ 生：用天平测量小车的质量，通过在小车内增加钩码改变小车质量. 师：如何测量小车的加速度？ 生：将纸带与小车连接，通过打点计时器打下的墨点，利用逐差法计算小车的加速度。 师：通过钩码跨过定滑轮可以牵引小车运动，使小车做匀加速运动。钩码的重力等于小车受到的合力吗？ 生：不