4.2 加速度与力、质量之间的关系 教学设计-2025-2026学年高一上学期物理粤教版必修第一册

《加速度与力、质量之间的关系》教学设计 【课题】加速度与力、质量之间的关系 【教学时间】40分钟 【教学对象】高一（上） 【教材】粤教版必修第一册第四章第二节 【教学内容分析】 1. 本节课在教材中的地位和作用 本节是人教版新教材物理必修一第四章第二节的内容。是一节实验课，要求通过探究加速度与力、质量的关系，得到这三个物理量之间的定量关系，为牛顿第二定律的导出进行了铺垫。本节中用到了控制变量法和图像处理数据的方法，这两种方法在高中物理的学习中都十分重要。 2. 课程标准对本节的要求 《普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）》要求会做“探究加速度与物体受力、物体质量的关系”实验。能明确科学探究实验所要解决的问题，知道制订实验方案是重要的，有控制变量的意识。会使用基本的力学实验器材获取数据，能用物理图像描述实验数据，能根据数据得出实验结论，知道实验存在误差，能表达科学探究的过程和结果。 3. 教材内容安排 本节教材开门见山，直接将“力是改变物体运动状态的原因”问题转化成探究加速度与什么因素有关的问题，接着设计了由浅人深、循序渐进、符合认知梯度的定性分析栏目“观察与思考”和定量研究栏目“实验与探究”。 4. 教材的特点 本节内容只要以实验为主，其中定性分析和定量研究都采用控制变量法，为了定性分析和定量研究能顺利获得相应结论，教材以加速度为桥梁，结合“测量直线运动物体的瞬时速度”和“匀变速直线运动”的知识，梳理了相应的理论基础知识，为定性分析和定量研究做好了充分的准备，在这个梳理过程中，可以很自然地将动与相互作用观念”落实于教学之中教材中的“实验与探究”栏目，设计了收集数据的表格，保证实验思路清晰，要测量的物理量-目了然;采用描点连线、作图像的方法进行数据处理，图像更加直观明了，方便寻找物理量之间的关系，获得实验结论.教材中的“实践与拓展”以问题解决的方式，提供了一个消除小车拉力误差的方法.转换研究对象，以小车和小桶组成的系统为研究对象，教材中这个内容可以组织学生从理论分析到实践验证。 5. 对教材的处理 （1）充分挖掘教材提供的素材。 为使本节教材的实验能顺利开展，教材以资料活页的形式，对气垫导轨组成、各部件的作用、特点、使用方法进行了比较全面的介绍。通过让学生预习阅读教材，了解气垫导轨的特点，从而理解为什么用气垫导轨进行实验时不需要平衡摩擦力。 本节有一幅实验装置图、两幅坐标图和一幅气垫导轨示意图。实验装置图展示本实验要用到的实验器材，水平桌面、气垫导轨(提供光滑导轨)、研究对象滑块(含遮光条)、外力提供源--小桶(含橡皮泥)、测量仪器刻度尺和光电门(含计时器);另外该实验装置图也在某种程度上展示了本实验的思路，通过研究匀变速度直线运动，探索产生这种运动的原因以及相关物理量之间的关系(定性或定量)。两幅坐标图的示意图是提示学生可以用图像的方法处理实验数据；可以用excel表进行数据处理； 对收集的实验数据进行合理处理是科学研究的一个重要环节，实验数据的处理方法有很多，将实验数据描点在图像中，借助数学方法发现这些数据所隐藏的规律，就是其中的一种方法、本节教材中两幅坐标图的功能，通过描绘实验数据点的图像，分析加速度与合力、质量之间的关系，这既是研究问题的基本思路，也是一种方法同时为下一节综合分析、逻辑推理、归纳得出牛顿第二定律的数学表达式做好准备。 （2） 突出重点难点，适当补充。 为了使得课堂顺利开展，本堂课采用分组实验，部分学习小组做质量M不变时，合外力F与加速度a之间的关系，另一组探究合外力F一定时,质量M与加速度a之间的关系。使得课堂更加有效。在做质量M不变时，合外力F与加速度a之间的关系的实验中，引导学生如何以滑块、砝码小桶整体为系统时（是否太急了），是否可以，作出的a-F图像与以滑块为研究对象作出的a-F图像有何差异？进行对比扩展研究。 【学生情况分析】 1. 学生的知识基础 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。初中的物理学习过程中，学生学习了研究一个物理量与什么因素有关时的基本方法，即控制变量法.所以，研究一个物理量同时与另外两个物理量有关的多元问题时，在方法上学生有一定的研究基础。同时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。 2. 学生的心理特点 高中学生对物理实验操作有着浓厚的兴趣，在实验的设计和实施中，能 够增强学生的沟通交流能力和实验操作能力，在经过分析后，学生明白如何测量加速度和力，在经历实验操作和测量的过程，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。 3. 学生的认识特点及困难 本节内容，以加速度为桥梁，研究运动与力的关系，学生是第一次接触这种跨知识、多个物理量关系的研究、以实验为基础的半定性半定量进行分析与推理、实验数据繁多、用图像寻找物理规律的综合问题、在教学中，教师要对学生存在的困难和问题有清醒的认识，帮助学生克服困难、解决问题，达成教学目标. 本节教学的重点在于通过在坐标图上描绘实验数据点，分析图像，得到加速度与合力、质量之间的关系。 【教学目标】 1. 物理观念 树立相互作用观念，通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。 2. 科学思维 让学生感悟控制变量法、图象法等科学研究方法的应用。 3. 科学探究： 对实验数据进行处理，看一下实验结果能验证什么问题。 4. 科学态度与责任 通过实验，培养学生实事求是、尊重客观规律的科学态度。 【教学重点】 1．控制变量法的使用 2．如何提出实验方案并使实验方案合理可行 3．实验数据的分析与处理 【教学难点】 1．如何提出实验方案并使实验方案合理可行 2．实验数据的分析与处理 【教学策略设计】 1.教学理念及思想 牛顿运动定律是动力学的核心内容，其中牛顿第二定律又是牛顿物理学的核心，所以让学生探究加速度与力、质量的关系，可以让他们更好的理解和构建牛顿第二定律物理思想，知道牛顿第二定律的建立具有实验基础，同时使他们体验到物理科学规律的研究方法，为下一节牛顿第二定律的进一步学习奠定基础；学生在初中研究过电流I、电阻R、和电压U之间的关系，对于控制变量有了一定的认识，本节探究加速度与力、质量的关系仍采用这种方法，学生容易接受。本节首先要让学生了解本节课要研究的问题——a跟F、m的关系，即运动物体的加速度跟物体受到的合力与物体质量之间的关系(从定生性到定量)；本节课的研究方法——实验方法(控制变量法)，即先保持质量不变，研究它的加速度与合力关系，再保持合力相同研究物体的加速度与质量的关系.最后用数学的方法把实验得到的a与F的关系和a与m的关系综合起来，找出a与F、m的关系。 2.教学组织形式 在教学中，指导学生自己设计实验方案，用表格记录数据，计算机进行数据处理，在过程中穿插师生、生生之间的交流、讨论，最后让学生分组展示自己的实验，学生互评，教师点评。 3.教学方法 教师启发引导与实验探究法相结合，并辅以问题法、演示法、归纳法等。 4.学法指导 在学习探究实验过程中，让学生分组进行实验探究，利用excel表格处理数据。 5.教学媒体设计 多媒体课件，视频，excel数据处理表格，小桶，细线，砝码若干，气垫导轨，滑块，挡光片，光电门两个，数字计时器一台，气泵，电子称，电源。 【教学流程图】培养科学态度 落实物理概念 提出问题，了解加速度、力和质量三者之间的关系 温故知新：复习牛顿第一定律 创设情景，演示实验，分析影响加速度的因素 问题分析 培养科学思维 培养科学态度 培养科学态度与责任，落实科学探究 分组实验：定量研究加速度、力和质量三者之间的关系 合作探究 总结归纳 通过拓展培养科学态度与责任 知识回顾总结,拓展总结规律，同时设置疑问 【教学过程设计】 教学环节和教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 〖课题引入〗 【温故知新】 〖合作探究〗 投影：什么是控制变量法？ 实验： 实验器材：气垫导轨，滑块，光电门两个，数字计时器，气泵，砝码，电子称，带细线的小桶。 制订计划与实验设计。 探究一：影响加速度的因素。 定性分析加速度、力、质量三者之间的关系。 探究二：探究加速度与力、质量之间的定量关系。 数据记录表格设计 进行实验与数据采集 投影实验步骤： 1. 组装实验器材，调节调平螺钉保证滑轨水平。 2. 测量并记录挡光片宽度d，两光电门距离s。 3. 保证滑块M一定，在小桶中增加砝码改变合外力F，记录数据，探究a与F的关系 4. 保证小桶拉力F一定，增加滑块上的砝码个数改变质量M，记录数据，探究a与M的关系 分析与论证 〖总结提高〗 牛顿第一定律的内容是什么？ 根据以前的学习，如果研究的问题有多个变量应该如何研究？ 很好，控制变量法是物理实验中常用的一种探究方法。同学们要掌握。那么本实验应该怎样控制变量研究呢？ 提醒学生：研究问题时先确定研究对象。 控制质量时，如何改变力？ 控制力时，如何改变质量？ 如何比较加速度大小？ 演示实验观察与思考。 通过实验同学们已经初步得出实验结论。 加速度、力、质量三者之间的关系。 我们的实验器材有气垫导轨，滑块，光电门两个，数字计时器，气泵，橡皮泥，砝码，电子称，带细线的小桶。 其中气垫导轨上有小孔，气泵充气在滑块与导轨间形成气垫，这样可以有效减小什么力影响？ 实验一中我们已经知道实验首先应确定研究对象？待测物理量？ 那么分别应该如何测量及控制呢？ 加速度的测量在本实验中较为复杂。光电门有什么作用？数字计时器可以测量什么？怎样计算加速度？ 怎样保证滑轨水平？ 不挂小桶时，滑块匀速，即...怎样判断？ 实验：教师辅助学生实验。 得到实验数据后，我们还要对其进行分析以得出实验结论，科学的分析方法才能得出正确的结论。 实验过程中不可避免地会出现误差，大家知道哪些减小误差的方法呢？ 要减小偶然误差，测量多次取平均值是一种非常有效的方法。而描点法作图像使测出的点尽可能地对称分布于直线两侧，就是一种平均。图像法分析数据可以有效减小偶然误差。 前面我们学习过s-t图，v-t图，弹力F-x图，怎样作图？ 这里呢，先进的技术可以帮助我们更高效的工作生活。这里我们用excel软件来合成、演示。 合成M一定时，a与F的关系图。得出什么结论？ 合成F一定时，a与M的关系图。这个图像稍难，大家猜想一下？ 那也就是a与1/M成正比。我们增加一列数据，试试看。 合成F一定时，a与1/M的关系图。得出什么结论？ 这节课的内容就到这里，最后大家一起来小结一下。 本节课我们所学的内容是探究加速度与力还有质量间的关系，结论是什么？ 回答： 一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态，直到有外力迫使它改变这种状态为止。 控制变量法 保证质量一定，研究加速度与力的关系；保证力一定，研究加速度与质量的关系。 合作自主研究，设计实验。 根据初速度为零的匀变速直线运动公式可知，当位移一定时，时间越长，加速度越小。 实验结果可知：相同质量的物体受到的外力越小，加速度越小；受到相同外力时，质量越小，加速度越大.物体的加速度度a既跟所受的外力F有关，又跟物体本身的质量m有关。 摩擦力 研究对象：滑块 滑块受力F 滑块质量M 滑块加速度a 滑块受力F——近似等于小桶及橡皮泥的重力，可通过增减小桶中的橡皮泥来改变。 滑块质量M——通过电子秤测量，可通过增减滑块上的砝码来改变。 测量时间，计算瞬时速度 滑块加速度a——先调节两光电门间距离s，测量挡光片的宽度d，数字计时器记录挡光片通过光电门1、2的时间t1 、t2，由匀变速运动规律计算。 思考。 挡光片通过两光电门时间相等。 动手操作，并记录实验数据。 多次实验求平均。 1.建立直角坐标系。 2.确定原点，横纵坐标及标度，单位。 3.描点。 4.用一条线连接，保证大部分点平均分配在线两侧。（描述很不准确） M一定时，a与F成正比。 思考。 F一定时，a与1/M成正比。即F一定时，a与M成反比。 根据已学内容复归纳总结加速度质量力三者之间有联系。 定量分析，提升理解与认知，知识理解的同时进行方法学习。 [来源:学科网ZXXK] 总结归纳，将零碎知识与方法系统化，进一步思考，深化成果。 【板书设计】 §4.2 探究加速度与力质量的关系 一、猜想：加速度与力成正比，与质量成反比。 二、探究：1.实验方法：控制变量法 2.实验设计：研究对象：滑块 待测物理量：a —— s，d，t1、t2 2as = (d/t2)2-(d/t1)2 F —— m桶g M —— 滑块质量M 3.实验与数据 三、分析：图像分析法 四、评估 9 第5页 学科网（北京）股份有限公司 $