1、探究加速度与力、质量的关系教案【教学目标】1通过实验研究,经历物理规律的探究过程。2体验用控制变量研究问题的物理方法。3体会用“图象法”发现物理规律的方法。【设计思路】这是一个很好的能体现科学探究所有要素的教学案例,要让学生体验科学探究的全过程,认识物理实验和数学工具在物理学发展过程中的作用。本设计首先结合生活实践,让学生分析现象,提出问题,通过定性分析,对问题的解决进行合理猜测,然后引导学生自己设计实验方案,通过师生、生生的交流评估,优化实验方案,在学生的充分的实验活动的基础上,进行分析论证,共享探究的成果。【课时】2节课【教学过程】一、研究问题的提出1提出问题:赛车起动时可以获得很大的加速
2、度,为什么?结合身边的实例说明:物体的加速度的大小与什么因素有关?师生总结出定性的结论:力越大,加速度越大,质量大,加速度小。2老师明确研究的问题:探究加速度与力、质量定量关系问题引导:加速度与力、质量都有关系,如何研究?师生总结控制变量法:(1)质量一定,a与F的关系;(2)外力一定,a与M的关系。老师引导:根据你的经验,你认为a与F的关系、a与M的关系可能存在怎样的定量关系?学生猜想:(1)质量一定,a与F成正比;(2)力一定,a与M成反比。老师引导:如何通过数据处理,验证猜想是否正确?师生总结数据处理的方法:画a与F、a与1/M图像。二、师生交流评估,设计、优化实验方案1老师引导,设计实
3、验方案。探究物体的加速度与力、质量的关系,你要处理好下面两个问题:(1)怎样给物体提供一个可以测量的外力?(2)如何测量物体的加速度?(利用打点计时器或数字毫秒计测量)请同学们认真思考,提出自己的方案。2自主设计。学生自主设计出下面两个典型的方案。从方案1到方案2可做适当引导。方案1:F=mg-Mg测出砝码与小车的质量、动摩擦系数,就可以得到小车受到的合力。 方案2:F=Mg(sincos)=Mg(sintancos)测出小车的质量、sin、cos、tan,就可以得到合力。角为斜面上小车刚好匀速下滑的位置。3师生交流评估,优化实验方案。老师引导:我们用方案2进行实验,为简化测量,取斜面长度为A
4、B=1米,上述三角函数的测量就简单很多。斜面倾角为角时,小车沿斜面匀速下滑,如图3有:sin= AC/AB=AC cos=BC/AB=BC=tan=DC/BC=DC/cos也就是: DC=cos (1)sincos= AC- DC=AD (2)F合力= MgAD (3)4提出问题:用该实验装置,质量不变时候,怎样获得不同的外力?改变AD长度)质量改变时,怎样保证小车的外力不变?(使MgAD不变)如图4,老师介绍方案2的实验仪器的使用:中旋转基板定位于图3中BD位置。三角斜面插入轨道,将轨道相对中旋转基板转过一定的角度,由米尺1测量出AD(sincos)的数值,得到F合力的绝对数值。也可以通过斜
5、面上的刻度AE直接读出AD(sincos)的数值。米尺就不需要了。AE对AD还起到放大作用。图4三、学生进行实验。要求首先设计实验步骤,然后进行实验。(一)研究质量不变时,外力与加速度的关系的实验:(1)如图4调整垫块的位置,通过数值毫秒计(或打点计时器)的监控,使小车恰沿着斜面匀速下滑。(2)三角斜面插入轨道,改变三角斜面斜边的插入长度,使AD为05cm、1 cm、15 cm、2 cm、25 cm,AD就相应变成1倍、2倍、3倍、4倍、5倍,通过数字毫秒计(或打点计时器),测出对应的加速度。(3)交流合作 共享成果:次数AD(F)a(m/s2)11F049687946422F10726243
6、3133F15977288744F216101083355F2572436751(二)探究受力一定,a与M的关系的实验:(1)调整可移动垫块的位置,通过数值毫秒计(或打点计时器)的监控,使小车恰沿着斜面匀速下滑。(2)三角斜面插入轨道,改变小车的质量,并同时改变插入的三角斜面的斜边的长度,使MgAD持不变,则合力不变化,通过数字毫秒计(或打点计时器),测出不同的质量所对应的加速度。(3)交流合作 共享成果:测量表格2:MgAD 93,保持不变,合外力不变。次数M(Kg)AD1/Ma(m/s2)103130323310520412272442361305118219619244061152164148350711311411281四、得到结论师生总结两堂课的实验结果,得到牛顿第二定律。五、实验思考如果采用方案1,应怎样简化数据的测量?(倾斜斜面,平衡摩擦力)如果采用方案1,在加速度较大的时候,误差如何?应如何减少误差?在方案2中已经包含了方案1中简化实验的思想方法,同学能够进行迁移,由于已经通过方案2得出了牛顿第二定律,方案1的系统误差分析可以在理论的指导下进行,降低了误差分析的难度。也可以让学生做一做,让学生看到方案1中的实验图像弯曲,然后用牛顿第二定律进行理论分析。该实验仪器也可以用在探索动能定理、动量定理的实验中。第 7 页 共 7 页