“第四章第二节实验:探究加速度与力、质量的关系”课例点评

2019-08-20 15:10

摘自:《中国教研网》

★教材依据

人民教育出版社高中物理必修①第四章第二节

教学流程

教学简案

教学目标:

一、知识目标:

(1) 理解力是使物体产生加速度的原因、质量是惯性大小的量度;

(2) 知道得出加速度和力的关系的实验,理解加速度和力的关系;

(3) 知道得出加速度和质量的关系的实验,理解加速度和质量的关系。

二、能力目标

通过实验研究总结出加速度和力、质量的关系。培养学生的实验能力、概括能力和分析推理能力。

三、德育目标 

体会探究过程中的所用的科学方法;认识到由实验归纳总结物理规律是物理学研究的重要方法;建立严谨的科学实验观。

教学重点:

本节的重点内容是让学生动手做好实验。

教学难点:让学生通过实验探究得出数据并对数据进行处理,进而自己归纳出 a 与 F 和 m 的关系是本节的难点。

教学方法:因此,引导学生自己设计实验就成为本课的关键点。同时,也只有让学生在实际的设计与操作当中才能使学生体会到物理学研究的方法,才能达到掌握方法、提高素质的目标。

教学器材:

带有滑轮的长 2 块;小车 2 个;打点计时器、秒表、钩码、夹子、刻度尺、粗细线;气垫导轨、数字计时器、光电门两个。

教学环境:电脑、投影仪、屏幕、视频展示台

四、教学过程

( 一 ) 引入新课

[ 教师 ] 牛顿第一定律告诉我们物体在不受力的情况下保持的运动状态是静止或匀速运动。那么,同学们考虑过没有物体在受到力的情况下的运动状态是怎样的呢?这节课我们就来研究问题。

[ 教师 ] 用多媒体投影机出示学生思考的问题:

1 、物体运动状态的改变是指哪个物理量的改变?标志物体运动状态变化快慢的物理量是什么?

2 、对于任何物体,在它们受到相同作用力时,决定它们状态变化难易程度的唯一性因素是什么?

[ 学生 ] 物体运动状态的改变是速度的改变,标志物体运动状态变化快慢的物理量是加速度。对于任何物体,在它们受到相同作用力时,决定它们状态变化难易程度的唯一性因素是物体的质量。

[ 教师 ] 由上节学习可知:物体的质量越大,物体的运动状态越难改变,物体的质量越小,物体的运动状态越容易改变。请同学们根据上节所学知识猜想:物体的运动状态的变化快慢即物体加速度的大小与什么物理量有关?请同学们举例说明。

[ 学生 ] 加速度的大小可能与物体的质量和受到的力有关。例如,一般小汽车从静止加速到一定速度,只需十几秒的时间,而满载的货车加速就慢得多。比赛用的小汽车,可以在很短时间内达到很快的速度,而一般的小汽车却不能。

[ 教师 ] 刚才同学举的例子很好!请同学们猜想加速度的大小与物体的质量和受力有怎样的定量关系?

[ 学生 ] 物体加速度的大小与物体的质量成正比,和物体的质量成反比。

[ 教师 ] 物体的加速度是否与物体的受力成正比,与物体的质量成反比呢?同学们的猜想是否正确呢?这节课我们通过实验来探求物体的加速度与物体的质量和物体受力的定量关系。

( 二 ) 教学过程设计

1 、实验研究方法的确定

[ 教师 ] 加速度的大小既与物体的受力有关,又和物体的质量有关,那么我们应采用什么样的方法来研究加速度的大小与物体的受力和物体的质量之间的定量关系呢?

[ 学生 ] 可以先研究加速度与物体受力的关系,再研究加速度与物体的质量的关系。

[ 教师 ] 很好!当研究三个物理量之间的关系时,先要保持某个量不变,研究另外两个量之间的关系,再保持另一个量不变,研究其余两个量之间的关系,然后综合起来得出结论。这种研究问题的方法叫控制变量法,是物理学中研究和处理问题时经常用到的方法。

[ 教师 ] 用多媒体投影机展示控制变量法的含义。

[ 教师 ] 在这个实验中,我们应怎样用控制变量法来研究加速度与物体的质量和受力之间的定量关系呢?

[ 学生 ] 在这个实验中,可以保持物体的质量不变,测量物体在不同的力作用下的加速度,分析加速度与力的关系;也可以保持物体所受的力不变,测量不同质量的物体在该力作用下的加速度,分析加速度与质量的关系。

[ 教师 ] 很好!要研究加速度与物体的质量和受力之间的关系,就需要测量物体的加速度、质量和受到的力。那么,如何测量物体的加速度、质量和受到的力呢?

2 、研究加速度与质量的关系

[ 教师 ] 质量可以用天平直接测量,那么如何测量一个运动物体的加速度呢?你能想到哪些方法?

[ 学生 ] 思考讨论后回答

( 1 )让物体做初速度为 0 的匀加速直线运动,用刻度尺测量物体运动的位移,用秒表测量出物体运动的时间,然后由公式算出。

( 2 )让物体做初速度为 0 的匀加速直线运动,在运动物体上安装一条打点计时器的纸带,根据纸带上打出的点来测量加速度。

[ 教师 ] 同学们想到的这些办法都很好!这些方法的共同特点是直接测出了加速度的大小。另外,还可以用加速度计、仪直接测量。那么不直接测出加速度,我们能否找出加速度与质量之间的定量关系呢?

[ 学生 ] 思考讨论

[ 教师 ] 启发点拨我们探究的是加速度与其他量间的关系,只要我们测出不同情况下物体加速度的比值就可以了。

[ 学生 ] ①由加速度的公式,如果测出两个初速度为 0 的匀加速运动在相同时间内的位移 X1\X2 ,位移之比就是加速度之比

②由加速度的公式,如果测出两个初速度为 0 的匀加速运动在相同位移内的时间 t1\t2, 时间反比的平方就是加速度之比

[ 教师 ] 那么我们如何保证两个做匀加速运动的物体运动相同的时间?

[ 学生 ] (齐声回答)让物体同时运动,同时停止。

[ 教师 ] 同学们看看桌面上的实验器材,我们用什么器材使物体同时开始运动,同时停止?

[ 学生 ] 在观察后说出用夹子来控制物体的运动和停止。

3 、研究加速度与物体受力的关系

[ 教师 ] 在现实中,仅受一个力的情况几乎是不存在的。一个单独的力的作用效果与跟它大小、方向都相同的合力的作用效果是相同的,因此,在实验中我们只要测出物体所受的合力即可。那么,如何为运动的物体提供一个恒定的合力?又如何测出这个合力呢?

[ 学生 ] 可以在绳的一端挂钩码,另一端跨过定滑轮拉物体,使物体做匀加速运动的力就是物体的合力,这个合力就是钩码的重力。通过测量钩码的重力就可测得物体所受的合力。

[ 教师 ] 这个方案不错。在上面的方案中做匀变速运动的物体,受的合力就是钩码的重力吗?

[ 学生 ] 由于物体在相对运动,还要受到滑动摩擦力。

[ 教师 ] 那么我们如何减小滑动摩擦力,使我们所测得的钩码重力尽可能接近于物体所受的合力?请同学们讨论方法

[ 学生 ] 讨论减小滑动摩擦力的方法( 1 )使用光滑的木板;( 2 )平衡滑动摩擦力将木板一端垫高,让物体从木板上匀速滑下,此时物体的重力分力就等于物体所受的摩擦力。

[ 教师 ] 同学想到的这些方法都很好!当我们改变物体受到合力时,物体的加速度也会改变。那么我们如何改变物体所受的合力呢?

[ 学生 ] 改变挂上钩码的个数就可以改变对物体的合力。

[ 教师 ] 很好!下面请同学们根据上面我们讨论的内容选定自己的实验方案进行实验,记录实验数据,并对实验数据进行处理,分析得出实验结论。

[ 学生 ] 具体进行实验 [ 教师 ] 巡回进行指导

4 、实验数据的处理

[ 学生 ] 将自己实际测得的实验数据拿到多媒体展台上展示分析,说明自己采用的实验方案及对实验数据处理方法,得出的实验结论。

[ 教师 ] 同学们的实验做得都很好!下面我们利用计算机来处理同学们实际测得的实验数据,看看能发现什么规律。

[ 教师 ] 找三组学生的实验数据输入 excel ,利用计算机做出图象,再次引导学生进行数据分析。数据图象见下表。

[ 教师 ] 由实验数据来看,同学们的实验数据与猜想相符合吗?如果不相符合,原因是什么?

[ 学生 ] 实验数据与我们的猜想不完全一致,原因是我们采用的实验装置不够精密,实验数据不够准确。

[ 教师 ] 教师向学生介绍自己想到的实验方案 :

下面我们用一种比较精密的实验装置再来做一次实验。用气垫导轨、光电门、光电计时器在滑块运动位移一定时,测量滑块运动的时间,从而计算出滑块的加速度。当滑块经过光电门时光电计时器开始计时,到达另一个光电门时停止计时,这样光电计时器对运动物体的运动时间计时准确;又由于采用了气垫导轨,有效地减小了摩擦力的影响;这样测量出的时间和位移的准确度很高,计算出的加速度相对准确。

[学生]针对用气垫导轨、光电门和光电计时器测得的数据再次进行处理,计算出加速度的数值并与上次实验数据相比较。

5 、实验结论及课堂小结

[ 教师 ] 从刚才的实验数据来看,同学们能发现什么规律?

[ 学生 ] 在物体受力一定时,物体的质量越大,物体的加速度越小;在物体的质量一定时,物体受到的力越大,加速度越大。

[ 教师 ] 很好!那么同学们回想一下我们是怎样探讨加速度与力和质量关系的?

[ 学生 ] 先提出猜想,然后进行实验,再对数据进行分析,然后得出结论。

[ 教师 ] 对!这也是科学家得出物理规律的过程。科学家在探讨物理规律的过程中,是按照由而得出的。

三、本课小结

教师总结出本节课的内容、方法

师:今天,我们研究了加速度与力和质量的关系。其中,加速度与力、质量的关系是本节课的重点。通过实验得出加速度与力、质量的关系是本节课的难点。本节课更重要的是通过知识的学习与探索使我们获得了一些研究、思考问题的方法。首先,是贯穿在本节课整个探索过程中的思维程序:即 “ 提出问题猜想实验验证得出结论 ” 对待任何问题,我们在不清楚其原因之前均可大胆的猜想它可能的各种可能性,然后在运用物理学的实验方法去检验、验证猜想是否正确。这是一种科学探索的方法。另外,本节课在具体实验过程中还运用了控制变量法和近似处理的方法。即在研究加速度与力和质量关系时,运用了控制变量法;在研究小车受到拉力与钩码重力的关系时,采用近似处理的办法。即只有钩码的重力远小于小车的重力时,才能认为钩码对小车的拉力大小就钩码的重力。

思维程序:提出问题猜想实验验证得出结论反复验证得出定律

【教学设计说明】

“ 牛顿第二定律 ” 是高中物理力学部分的重要内容,探究加速度与力、质量的关系的规律是本节课的重点和难点。本节是一节集猜想、实验、物理规律于一身的课,其中探究加速度和力、质量的关系是本节的核心,也是实施新的教学理念的主阵地。在授课中,教师通过教给学生一些有效的科学研究方法和实验方法来发展学生的思维能力和创新能力。

【点评】

该教案有以下特点:

注重物理学科以实验为基础的特点,从物理学方法的高度去指导教学活动,坚持运用实验的方法让学生动手、动脑,自我塑造 “ 发现者 ” 的形象。针对传统的牛顿第二实验的不足,新教材中变演示实验为学生实验,使学生设计的方案得以实施,又容易得出正确的结论。

注重培养学生研究问题的方法。课堂教学的真正目的是培养学生的能力,而能力的形成需要通过学生方法的获得去实现。在本节的教学过程中,教师不失时机的传授给学生一些思维方法、研究方法,并大胆的让学生运用这些方法去进行学习活动,从而实现了课堂教学培养学生能力的目的。

教学过程采用师生互动的教学模式,把教师的讲与学生的思有机的结合起来,在关键问题的处理上让学生自己充分思考,然后相互讨论得出实验方案。这有益于活跃课堂气氛,调动师生双边的积极性。

课件设计合理实用,以问题的形式出示有利于引起学生的思考,结束时出示物理规律的得出过程给学生以启迪,以激发学生的热爱科学的兴趣。

在整个教学过程中,教师通过引导设计,使学生的思维不断的处于发散与聚合交替状态,即处于创造思维状态。在教师的指导点拨下,充分放手让学生利用创造学的 “ 集体思考法 ” 通过讨论协作去学习,努力使学生成为知识的 “ 发现者 ” ,课堂教学的主人。同时,教师有意识地将科学家得出物理规律的过程展现给学生,有利于激发学生学习物理的热情,也有利于学生思维品质的发展。