4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系（教学设计）-【上好课】高一物理同步高效课堂（人教版2019必修第一册）

第2节　实验：探究加速度与力、质量的关系 教学设计 备课人 学科 物理 课题 4.2 实验：探究加速度与力、质量的关系 教学内容分析 教科书引导学生从牛顿第一定律出发，提出探究加速度与力、质量关系的必要性，并从实验思路设计、物理量的测量、实验过程和数据分析几个方面引导学生完成探究。实验的基本思路对于学生来说并不困难，因此整个教学过程应该更加重视让学生体会探究的实质:鼓励学生提出科学问题;设计更多的实验方案(并不一定全都实施);引导学生解决实验中遇到的问题;尝试用多种方法处理数据，基于实验数据得出结论;以及培养学生对探究过程和结果进行交流、评估、反思的能力。 学情分析 学生对于如何求加速度的在必修一的第二章中已经学习了诸如利用打点计时器和逐差法求加速度的方法、运动学的基本公式等必要的知识，因此对加速度的测量和求解是没有太多知识上的困难的。同时，学生也具备了一定的实验设计和探究能力。 教学目标 1.能够设计探究加速度与力、质量的关系实验方案。 2.能够完成实验的操作和测量过程，以及通过控制变量法对数据进行图像处理，体验如何平衡摩擦力，减小系统误差（钩码所受的重力不等于小车所受的拉力等）的操作方法。 教学重难点 1.怎样测量物体的加速度；（重点） 2.平衡摩擦力和测量物体所受的合外力；（重点） 3.对平衡摩擦力方法的理解以及测量物体所受的合力的方法；（难点） 4.指导学生选器材、设计方案、进行实验、作出图像、得出结论。（难点） 教学过程 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 思考与讨论： (1)由牛顿第一定律的学习，什么是改变物体运动状态的原因？ (2)由牛顿第一定律的学习，质量的大小对物体状态的改变是否有影响？ (3)我们知道描述物体状态改变的物理量是速度，那么速度变化的快慢我们通常用哪个物理量来描述？ (4)加速度与力、质量之间存在怎样的定量关系呢？ 学生分组讨论并回答问题 (1) 复习牛顿第一定律 (2) 通过问题设置，让学生知道力、质量、加速度直接有某种关联 讲授新课 一、实验思路 思考与讨论： (1)当我们要探究某个物理量与另外两个或多个物理量之间的定量关系时，我们在探究过程中通常需要如何来做比较合理？ (2)我们在探究加速度与力、质量的关系时，我们应当如何应用控制变量法来进行实验？ (3)根据以上讨论，你认为实验过程中我们需要测量哪些物理量呢？ (4)为最终实现对加速度与力、质量关系的探究，你是否可以用以下实验器材设计一个或几个方案完成这一任务呢？ 二、物理量的测量 （一）物理量的测量 1.质量的测量：用天平测量 2.加速度的测量： 方法一：如果物体做初速度为零的匀加速直线运动，则可利用刻度尺测量位移和秒表测量时间，然后由公式 a=(2x)/t2可算出。 方法二：利用打点计时器进行实验，根据纸带上打出的点可测量加速度。 方法三：利用比值法。由于 a=(2x)/t2测出两个初速度为零的匀加速运动在相同时间内发生的位移x1，x2，位移之比就是加速度之比 思考与讨论： (1)在此实验中，通过测力计用手直接给小车施加一个恒力是否可行？ (2)若不能用测力计直接给小车施加一个恒力，你认为哪种方法更合适？ (3)此种方法中，对于小车来说，受到几个力的作用？如何消除沿板方向摩擦力的影响呢？ 3.力的测量： (1)平衡摩擦力：把轨道的一端垫高，使重力的分力Gsinθ与摩擦力Ff平衡。 (2)具体操作：先不加细线，轨道无定滑轮一端垫高，使小车连同纸带下滑，若纸带上打出点间隔相等，则为匀速下滑，从而消除摩擦力的影响。 (3)注意事项： ①多次测量，摩擦力只需要平衡一次摩擦； ②在槽码的质量远小于小车质量时，绳的拉力大小等于槽码重力大小。（学习了第三节后解释） （二）实验方案 1.方案一：用阻力补偿法探究加速度与力、质量的关系 实验装置如图 4.2-2 所示。把木板的一侧垫高，调节木板的倾斜度，使小车在不受牵引时能拖动纸带沿木板匀速运动。通过改变槽码的个数而改变小车所受的拉力，通过处理打点计时器打下点的纸带来测量加速度。保持小车受的拉力不变，通过增减小车中的重物改变小车的质量。处理纸带上打出的点来测量加速度。 2.方案二：通过位移之比测量加速度之比 将两辆相同的小车放在水平木板上，前端各系一条细线，线的另一端跨过定滑轮各挂一个小盘，盘中可以放不同的重物。平衡摩擦后，用黑板擦把两条细线同时按压在木板上。抬起黑板擦，两小车同时开始运动，按下黑板擦，两小车同时停下来。用刻度尺测出两小车移动的位移x1、x2。由于两小车运动时间t相同，从它们的位移之比就可以得出加速度之比。在盘中重物相同的情况下，通过增减小车中的重物改变小车的质量。 三、进行实验与数据分析 （