4.2探究加速度与力、质量的关系 教学设计-2023-2024学年高一上学期物理教科版（2019）必修第一册

2．探究加速度与力、质量的关系 ★课标要求 通过实验，探究加速度与物体受力、物体质量的关系，体会探究过程中的科学方法（包括控制变量法，测量过程中的近似方法以及对实验结果的分析与数据处理等），认识实验对物理学发展的推动作用。 ★教材分析 本节通过实验，探究加速度与物体受力、物体质量的定性关系。 本节包含三个小节： 第一小节，体验影响物体加速度的因素。通过观察思考生活实例，知道物体的加速度与所受外力及其质量有关，但要进一步明确它们之间的关系，首先是定性猜想，其次定量研究。 第二小节，探究加速度与物体受力和质量之间的关系。利用控制变量法探究三者之间的关系。为了用钩码和托盘总重力代替绳子拉力充当小车的合外力，采取了平衡摩擦力和小车质量远大于钩码质量的手段，简化了操作，方便了测量。 第三小节，得出结论。处理数据时，因为a-M图像是曲线，不便于拟合，所以转换坐标，作出了a-图像，拟合出一条过原点的直线，很容易得出a与M成反比关系的结论。这种化曲为直的思想，是数据处理的重要方法之一，这里首次运用，务求讲清讲透。 ★教学目标 1．物理观念。 通过讨论设计不同实验方案，得出物体的加速度（a）与物体的质量（M）及其受力（F）之间的关系，知道平衡摩擦力的方法和判断摩擦力是否得到平衡的方法，初步了解“将不易测量的物理量转化为可测量的物理量”的实验方法，初步认识数据处理时变换坐标轴的技巧，能根据图像得出加速度与力、质量的关系。 2．科学思维。 科学猜想加速度a与作用力F、物体质量M的定量关系，体会在物理研究中如何使用控制变量法；理解测量过程中的近似方法，包括平衡摩擦力及用钩码重力代替绳子拉力的条件；强调运用化曲为直的思想，分别作出a-F 图像和a-图像，并对它们进行初步分析，得出结论。 3．科学探究。 通过使用打点计时器和光电门两种不同实验装置，求得加速度，进而寻求加速度与力和质量之间的定量关系。体验实验探究过程：眀确实验目的、分析实验思路、制订实验方案，能够通过实验数据作出的a-F图像和a-图像，对实验误差进行初步分析。 4．科学态度与责任。 体会“控制变量法”对研究问题的意义，体会实验在探究物理规律中的作用。培养学生实事求是、尊重客观规律的科学态度；激发学生的求知欲和创新精神，在实验过程中很好地保持交流与合作，培养与人合作的团队精神。 ★课时建议 2课时。 第1课时，猜想关系，讨论设计实验方案。第2课时，交流评估各自实验方案，学生分组实验（打点计数器）、教师演示（光电门实验），处理数据，得出结论。 ★教学过程 1．情景引入。 观察思考：PPT展示生活实例，讨论猜想影响物体加速度的因素。 2．提出问题。 问题1：从运动性质来看，两种运动有什么不同？（加速度不同） 问题2：物体运动的加速度跟什么因素有关？（跟物体的质量和受力有关） 问题3：物体的加速度与物体质量、受力之间有什么定性关系？ 探究1：探究加速度与质量、受力之间的定性关系。 问：用什么方法探究三个物理量之间的关系？（引导学生回忆初中时期欧姆定律中的实验方法，进一步认识科学研究中常用的、重要的方法——控制变量法） 问：前面看到的现象反映了加速度跟受力、质量之间的什么定性关系？ 结论：物体质量一定时，受力越大，加速度越大；物体受力一定时，质量越大，加速度越小。 探究2：物体的加速度与质量、受力之间有什么定量比例关系？ 3．讨论交流设计实验方案。 师：本节课我们探究的内容是加速度与力、质量的关系，那么实验中肯定要测量计算加速度、质量、合外力这三个物理量。 师：对于物体运动的加速度的测量和计算，同学们有什么好的思路或建议？ 生：可以跟前面测量匀变速直线运动加速度一样，用打点计时器。 师：不错，这是一个非常好的建议。本节探究实验我们就是采用打点计时器来测量和计算小车的加速度。 师：对于质量的测量，我想大家应该知道用什么仪器吧？ 生：用天平！ 师：很好，就是用天平。现在，我们已经解决了两个物理量的测量计算。那么，还有最后一个，就是如何测量小车所受的合外力，这是今天这节课的一个重点，也是一个难点。 师：在思考如何测量物体所受的合外力前，我们先思考如何才能提供一个恒定的合外力。大家可以根据老师给你们的实验仪器来思考回答这个问题。 生：把附有滑轮的长木板平放在水平实验桌上，将细绳一端与小车相连，一端绕过滑轮，下面挂上钩码。小车在钩码的牵引力作用下运动，通过增减钩码数改变小车的受力，通过往小车上增减砝码改变小车的质量。 师：这位同学回答得非常好，非常全面。通过增减钩码数改变小车的受力，那我们如何来测量小车所受的合外力呢？是不是钩码的重力就是小车所受的合外力呢？ 生：小车受四个力，重力、支持力、摩擦力、绳子的拉力。重力和支持力相互抵消，小车的合外力就等于绳子的拉力减去摩擦力，所以小车所受的合外力不是