人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系教案设计

这是一份人教版 (2019)必修 第一册2 实验：探究加速度与力、质量的关系教案设计，共9页。


教学内容
分析
课程的知识结构：《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。课程标准要求为：“引导学生运用控制变量等研究方法设计实验方案，学会分析和处理实验数据的方法，提高科学探究能力”，“会做探究加速度与物体受力、物体质量的关系”等实验。
课程的地位和作用：实验：探究加速度与力、质量的关系是必修一第四章中的第2节。是在阐述牛顿第二定律前设置的一个实验，让学生初步了解牛顿第二定律有实验基础，在实验基础上引导学生认识牛顿第二定律，在本章内容结构和逻辑上起到承上启下的作用。
教学目标
核心素养
物理观念：掌握加速度与力、质量的定量关系。
科学思维：经历探究加速度与力、质量的关系的设计过程，会选择合理的实验方案进行探究实验。
科学探究：经历用图像处理数据的过程，从图像中发现物理规律，培养学生收集信息、获取证据的能力。
科学态度与责任：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，实事求是的科学态度。
教学重点
定量探究加速度与物体受力和质量之间的定量关系。
教学难点
1．实验探究原理。
2．实验数据获取和实验数据处理
课 型
新授课、实验探究课
教 具
PPT、传感器、DisLab数字实验室
教 法
讲授法、实验探究、启发式教学、师生讨论互动
教 学 过 程
教学环节
教师活动预设
学生活动预设
引入
回顾牛顿第一定律的内容，即一切物体总保持匀速直线运动状态或静止状态,除非作用在它上面的力迫使它改变这种状态。牛顿第一定律告诉我们力和运动的关系，力是改变物体运动状态的原因。那力又是如何改变物体运动状态的呢？我们对牛顿第一定律的含义进一步分析得：含义（一）：1、物体速度变化就是物体运动状态发生变化；2、力是改变物体运动状态的原因，所以力就是改变速度的原因（通过改变物体速度实现对物体运动状态的改变）；3、加速度是描述速度变化快慢的物理量，所以力是产生加速度的原因。（举例：舰载机的着舰过程和火箭点火发射过程）。含义（二）：任何物体都有惯性，质量是惯性大小的唯一量度，质量不同的物体保持原状态的“能力”不同，所以运动状态的改变快慢还应与质量有关，即加速度还应与物体质量有关。
由此分析我们得出影响物体加速的两个决定因素：所受力和质量。下面我们来探究加速度与力、质量之间的关系。
学生观看视频，获得直观感受；并进行思考。
活动意图说明：
1、让学生回顾牛顿第一定律，进一步让学生理解牛顿第一定律。
2、启发学生思考加速度物理量的物理意义及决定因素。
3、引出本节课教学目的以及实验探究的必要性。
教学环节
教师活动预设
学生活动预设
回顾所学内容
1、引导学生回忆牛顿第一定律的内容，进一步揭示牛顿第一定律所要表达的含义。
学生思考，回忆，整理。
2、PPT展示所学知识，分析物体获得加速度的原因，以及影响加速度的两个决定因素，激发学生好奇心，探究加速度与力和质量之间的大小关系。
学生参与分析，积极思考问题。
活动意图说明：为引出本节课内容做铺垫。
教学环节
教师活动预设
学生活动预设
定性探究加速度与力、质量关系
点点滴滴
的的
1、不同数目的钩码拉动质量相同的小车，探究加速度和外力之间的关系。
结论1：当物体质量一定时，力越大，加速度越大！
相同数目钩码拉动质量不同的小车，探究加速度和质量之间的关系。
结论2：当力大小相同时，物体的质量越小，物体的加速度就越大！
综上所述：物体加速度与物体所受力和质量都有关系，并且力越大、质量越小加速度越大！
活动意图说明：为引出本节课内容做铺
活动意图说明：为引出本节课内容做铺垫。
垫。
学生参与分析，思考并回答教师的问题
活动设计意图说明：向学生展示我们可以通过实验探究三者之间的大小关系，并且存在一定的规律。但是这是定性关系，激发学生求知欲，为定量探究做铺垫。
定量探究加速度与力、质量关系
(一)实验装置：DISLab数字化实验系统
实验仪器：气垫导轨、气泵、滑块（搭配质量已知的砝码片）、升降台、无线力传感器、无线加速度传感器、无线数据采集器、DISLab数字化信息实验室软件。
活动设计意图说明：展示实验仪器，向学生明确实验的可操作性和科学性，准确性。
(二)实验情景
以滑块为研究对象，让滑块在倾斜的气垫导轨上匀加速下滑，获得滑块加速度、质量和合外力数据。分析数据，得出结论。
(三)获取数据
1、滑块质量m的测量
用天平直接称量，并用砝码片改变滑块质量。
学生建立实验情景
2、滑块运动时合外力F的测量
气泵往气垫导轨里面充气，滑块漂浮在气垫上，滑块所受摩擦力
，再根据平衡原理：，力传感器已经确定的大小。当滑块下滑时。
学生对对象进行受力分析，确定实验的合理性
活动设计意图说明：这是本次探究实验的亮点，利用平衡补偿原理准确确定滑块每次下滑的合力大小。并且根据此原理，当滑块质量不变时，可以调节升降台高度改变合力大小；同时滑块质量改变时，调节升降台高度，可以保持滑块下滑时合力大小不变。这为控制变量法探究提供了原理性保障。
3、滑块运动时加速度a的测量
滑块下滑时加速度大小我们要用到无线加速度传感器，并将它固定在滑块上，这样可以精确测定任意时刻滑块的加速度。我们还要在dislab软件中建立a-t坐标系，这样滑块下滑时，计算机就同步描绘出滑块下滑时的a-t图像，得到图像后我们截取匀加速一段图像，利用软件数据处理功能最终得到匀加速下滑的加速度数据。
了解加速度的获取方法
活动设计意图说明：向学生交待如何获取加速度数据，并向学生说明加速度测量的准确性和科学性。
点点滴滴
的的
（四）实验探究
1、实验原理：控制变量法
（1）保持滑块质量m不变，探究滑块加速度a与所受合力F的关系。
（2）保持滑块所受合力F不变，探究滑块加速度a与滑块质量m的关系。
2、数据处理：
学生积极思考，并和老师一同进行实验探究
活动设计意图说明：师生互动，培养学生科学处理数据的方法和能力。
数据分析
1．分析加速度a与力F的定量关系
由表1中记录的数据，以加速度a为纵坐标，力F为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a－F图像，如图所示，若图像是一条过原点的直线，就能说明a与F成正比．
2．分析加速度a与质量m的定量关系（化曲为直）
由表2中记录的数据，以a为纵坐标，以eq \f(1,m)为横坐标，根据测量数据描点，然后作出a－eq \f(1,m)图像，如图所示．若a－eq \f(1,m)图像是一条过原点的直线，说明a与eq \f(1,m)成正比，即a与m成反比．
活动设计意图说明：培养学生分析数据，科学处理数据的能力，最终得出结论。
实验结论
(1)保持物体质量不变时，物体的加速度a与所受拉力F成正比．
(2)保持拉力F不变时，物体的加速度a与质量m成反比．
教学反思
本章是动力学核心内容和基础性内容，本节又是本章的核心内容。本节在本章起到承上启下的衔接作用。通过本实验的探究让学生真正认识到力是如何影响物体的运动，加速度又是如何产生的，让学生体会到物理规律就在我们身边。同时本实验创新性的采取了倾斜气垫导轨的方式结合无线力传感器确定物体运动时的合力，相比较传统的实验方案，完全消除实验的系统误差，大大降低了后续牛顿第二定律教学难度，同时加速度的测量采用了无线加速度传感器，也大大降低了传统实验方案测加速度的偶然误差。通过本实验培养了学生实事求是的科学探究精神。
板书设计
新课引入
回顾牛顿第一定律，理解其含义。
定性探究加速度与力和质量关系
定量探究加速度与力和质量关系
质量测量；2、合外力大小确定；3、加速度确定；4、控制变量法进行实验探究。
数据分析
实验结论