《实验:探究加速度与力、质量的关系》教学设计 核心价值: 通过《实验:探究加速度与力、质量的关系》的探究过程,培养学生的实验动手 操作能力、独立思考和团队协作的精神和实事求是、尊重客观规律的科学态度。 教学目标 1.掌握用控制变量法探究加速度与力、质量的定量关系 2.知道测量加速度大小的方法,掌握用图象来分析实验数据,探究物理规律的 方法 3.了解气垫导轨减小摩擦的原理,了解光电门及数字计时器在实验中发挥的作 用 教学重点: 如何提出合理可行的实验方案,数据的分析和处理 教学难点: 实验操作过程、实验误差分析 教学过程 课前: 登陆优教平台,发送预习任务。根据优教平台上学生反馈的预习情况,发现 薄弱点,针对性教学 (优教提示:请登陆优教平台,发送本节预习任务) 、知识回顾,引入新课 牛顿第一定律: 物体不受力 物体静止或匀速直线运动合 运动状态不变 受力平衡 物体受力 受力不平衡物体不能保持静止或匀速 运动状态改变 思考:物体受力不平衡时,会怎样运动呢? 1、什么是物体运动状态的改变?
《实验：探究加速度与力、质量的关系》教学设计 核心价值： 通过《实验：探究加速度与力、质量的关系》的探究过程，培养学生的实验动手 操作能力、独立思考和团队协作的精神和实事求是、尊重客观规律的科学态度。 教学目标： 1. 掌握用控制变量法探究加速度与力、质量的定量关系； 2. 知道测量加速度大小的方法，掌握用图象来分析实验数据，探究物理规律的 方法； 3. 了解气垫导轨减小摩擦的原理，了解光电门及数字计时器在实验中发挥的作 用。 教学重点： 如何提出合理可行的实验方案，数据的分析和处理。 教学难点： 实验操作过程、实验误差分析。 教学过程： 课前： 登陆优教平台，发送预习任务。根据优教平台上学生反馈的预习情况，发现 薄弱点，针对性教学。 （优教提示：请登陆优教平台，发送本节预习任务） 一、知识回顾，引入新课 牛顿第一定律： 思考：物体受力不平衡时，会怎样运动呢？ • 1、什么是物体运动状态的改变？
物体运动状态的改变就是速度(大小和方向)发生了改变,即物体具有了 加速度。 2、运动状态改变的原因是什么? 力是改变物体运动状态的原因,即力是产生加速度的原因。 3、如何度量运动状态改变的难易程度? 质量大的物体的运动状态较难改变,即物体的惯性大 质量小的物体的运动状态较易改变,即物体的惯性小; 质量是物体惯性大小的度量。 那么,加速度与力、质量之间有什么样的联系呢? 控制变量法:研究三个量之间的关系时,需要先控制一个量不变,研究另外 两个量之间的关系。 实验探究思路 加速度与 加速度与力的关系 力、质量 的关系 加速度与质量的关 系 实验:探究加 速度与力、质 两个问题(测加速 量的关系 度、提供和测量力) 制定实验 探究方案 方案 实验数据处理 三、加速度与力的关系 生活经验:用大的力推物体,物体会获得大的加速度;而用小的力推相同的 物体,物体会获得小的加速度 大的力F 质量大的加速度 的力F/质量)小的加速度
物体运动状态的改变就是速度（大小和方向）发生了改变，即物体具有了 加速度。 • 2、运动状态改变的原因是什么？ 力是改变物体运动状态的原因，即力是产生加速度的原因。 • 3、如何度量运动状态改变的难易程度？ 质量大的物体的运动状态较难改变，即物体的惯性大； 质量小的物体的运动状态较易改变，即物体的惯性小； 质量是物体惯性大小的度量。 那么，加速度与力、质量之间有什么样的联系呢？ 控制变量法：研究三个量之间的关系时，需要先控制一个量不变，研究另外 两个量之间的关系。 二、实验探究思路 三、加速度与力的关系 生活经验：用大的力推物体，物体会获得大的加速度；而用小的力推相同的 物体，物体会获得小的加速度
猜测:加速度和力之间存在什么样的关系呢? 实验探究 控制物体的质量不变,探究加速度与受力之间的定量关系。 两个问题: 怎样测量物体的加速度? ①参考前面学习过的《实验:探究小车速度随时间变化的规律》实验中 就算加速度的方法; ②可以使用光电门、数字计时器得到物体的瞬时速度。 2.怎样提供并测量物体所受的恒力? 要求物体所受的合力恒定,且方便测量,参考前面学习过的《实验:探 究小车速度随时间变化的规律》的实验装置,可用钩码拉着滑块运动, 什么情况下,我们可以把钩码所受的重力直接看作滑块的合力呢? ①考虑到滑块与长木板之间有摩擦力,可用重力的分力来平衡摩擦力; 考虑到加速度比较大时,拉力不等于重力,可让滑块的质量远大于钩码 的总质量,则加速度较小,此时认为拉力近似等于钩码的重力 ②也可用气垫导轨、力传感器来直接测量拉力的大小 实验器材 气垫导轨装置(导轨、滑块、气源、光电门、光电计时器)、钩码、砝码、天平、 力传感器、细绳等。 实验探究: 光电门 光电门 遮光条 气垫导轨 力传感器 水平放置的气垫导轨上的滑块所受的摩擦力可以忽略时,作用在滑块上的拉
猜测：加速度和力之间存在什么样的关系呢？ 实验探究： 控制物体的质量不变，探究加速度与受力之间的定量关系。 两个问题： 1. 怎样测量物体的加速度？ ①参考前面学习过的《实验：探究小车速度随时间变化的规律》实验中 就算加速度的方法； ②可以使用光电门、数字计时器得到物体的瞬时速度。 2. 怎样提供并测量物体所受的恒力？ 要求物体所受的合力恒定，且方便测量，参考前面学习过的《实验：探 究小车速度随时间变化的规律》的实验装置，可用钩码拉着滑块运动， 什么情况下，我们可以把钩码所受的重力直接看作滑块的合力呢？ ①考虑到滑块与长木板之间有摩擦力，可用重力的分力来平衡摩擦力； 考虑到加速度比较大时，拉力不等于重力，可让滑块的质量远大于钩码 的总质量，则加速度较小，此时认为拉力近似等于钩码的重力。 ②也可用气垫导轨、力传感器来直接测量拉力的大小。 实验器材： 气垫导轨装置（导轨、滑块、气源、光电门、光电计时器）、钩码、砝码、天平、 力传感器、细绳等。 实验探究： 水平放置的气垫导轨上的滑块所受的摩擦力可以忽略时，作用在滑块上的拉
力就是合外力 实验设计: 1.搭建好实验器材,气垫导轨水平; 2.让滑块在钩码的作用下加速运动; 3.记录滑块通过光电门的速度v和v2、钩码的质量、两光电门间的距离s; 4.保持滑块的质量不变,通过改变钩码的个数,以改变拉力的大小,重复实 验多次。 (优教提示:请打开素材“动画演示:探究加速度与力的关系”) 思考:如何计算加速度呢? 计算加速度的方法: v2-11 注意:若光电计时器仅能记录滑块通过光电门的时间,由于时间很短,故可用 v=dt(d为遮光条宽度)的方法得到滑块的瞬时速度。 数据分析:将滑块质量不变时的数据记入表格进行分析 滑块的质量M= kg 钩码的滑块所受通过光电通过光电两光电门间加速度计算 质量拉力的大门A的速门B的速的距离sm a/(m/s2) m/ks 小FN度v/ms)度v2/ms) 同学们小组合作完成实验,把实验数据填入表格中。 数据处理: 从这些数据,同学们发现了什么样的规律呢?是否满足正比关系? 图象法处理质量不变时,加速度与合力之间的关系,以合力为横坐标、加速 度为纵坐标,在坐标纸上描出相应的实验数据,作a-F的关系图象
力就是合外力。 实验设计： 1. 搭建好实验器材，气垫导轨水平； 2. 让滑块在钩码的作用下加速运动； 3. 记录滑块通过光电门的速度 v1 和 v2、钩码的质量、两光电门间的距离 s； 4. 保持滑块的质量不变，通过改变钩码的个数，以改变拉力的大小，重复实 验多次。 （优教提示：请打开素材“动画演示：探究加速度与力的关系”） 思考：如何计算加速度呢？ 计算加速度的方法： 注意：若光电计时器仅能记录滑块通过光电门的时间，由于时间很短，故可用 v=d/t（d 为遮光条宽度）的方法得到滑块的瞬时速度。 数据分析：将滑块质量不变时的数据记入表格进行分析 滑块的质量M= kg 钩码的 质量 m/kg 滑块所受 拉力的大 小 F/N 通过光电 门 A 的速 度 v1/(m/s) 通过光电 门 B 的速 度 v2/(m/s) 两光电门间 的距离 s/m 加速度计算 a/(m/s2 ) 同学们小组合作完成实验，把实验数据填入表格中。 数据处理： 从这些数据，同学们发现了什么样的规律呢？是否满足正比关系？ 图象法处理质量不变时，加速度与合力之间的关系，以合力为横坐标、加速 度为纵坐标，在坐标纸上描出相应的实验数据，作 a-F 的关系图象
■■■■■■■■■■■■■ 同学们将本小组测量的实验数据,描点在坐标纸上,并观察规律。 注意:描点连线时,要让点均匀地分布在直线的两边,误差较大的点应舍去。 探究结论 aF图象是一条过坐标原点的直线,表示质量一定时,a与F成正比 四、加速度与质量的关系 同学们设计实验方案:从生活经验出发,猜想加速度与质量又成什么关系? 怎样用现有的实验器材设计实验进行验证呢? 生活经验:用力推质量大的物体,物体会获得小的加速度;而用相同的力推 质量小的物体,物体会获得大的加速度。 的质小的加速度 F.(小的质)大的加速度 猜想:加速度可能与质量成反比。 实验探究:控制滑块的受力不变,探究加速度与质量之间的定量关系
同学们将本小组测量的实验数据，描点在坐标纸上，并观察规律。 注意：描点连线时，要让点均匀地分布在直线的两边，误差较大的点应舍去。 探究结论： a-F 图象是一条过坐标原点的直线，表示质量一定时， a 与 F 成正比。 四、加速度与质量的关系 同学们设计实验方案：从生活经验出发，猜想加速度与质量又成什么关系？ 怎样用现有的实验器材设计实验进行验证呢？ 生活经验：用力推质量大的物体，物体会获得小的加速度；而用相同的力推 质量小的物体，物体会获得大的加速度。 猜想：加速度可能与质量成反比。 实验探究：控制滑块的受力不变，探究加速度与质量之间的定量关系
实验设计 1.保持钩码的质量不变,即滑块所受的拉力不变,记录滑块通过光电门的速 度v和 2.在滑块上增加砝码的个数,以改变滑块的质量,重复实验多次 优教提示:请打开素材“动画演示:探究加速度与质量的关系”) 数据分析:将滑块受力不变时的数据记入表格进行分析 滑块拉力F= 滑块(含砝码)通过光电门A通过光电门B两光电门间加速度计 的质量mkg的速度v/ms)的速度v2/ms)的距离sm算a(m/32 数据处理 从这些数据,同学们发现了什么样的规律呢?是否满足正比关系? 图象法处理受力不变时,加速度与质量之间的关系,以质量为横坐标、加速 度为纵坐标,在坐标纸上描出相应的实验数据,作a-M的关系图象。 □口■■■■■■■■■■■ ■■■■■■■■■■■■■ 作出的aM的图象不易反映出相应的变化规律, 若a与M成反比,则a与1M成正比。 以M为横坐标、加速度a为纵坐标,在坐标纸上描出相应的实验数据, 作a-1M的关系图象
实验设计： 1. 保持钩码的质量不变，即滑块所受的拉力不变，记录滑块通过光电门的速 度 v1 和 v2； 2. 在滑块上增加砝码的个数，以改变滑块的质量，重复实验多次。 （优教提示：请打开素材“动画演示：探究加速度与质量的关系”） 数据分析：将滑块受力不变时的数据记入表格进行分析 滑块拉力 F= N 滑块（含砝码） 的质量 m/kg 通过光电门 A 的速度 v1/(m/s) 通过光电门 B 的速度 v2/(m/s) 两光电门间 的距离 s/m 加速度计 算 a/(m/s2 ) 数据处理： 从这些数据，同学们发现了什么样的规律呢？是否满足正比关系？ 图象法处理受力不变时，加速度与质量之间的关系，以质量为横坐标、加速 度为纵坐标，在坐标纸上描出相应的实验数据，作 a-M 的关系图象。 作出的 a-M 的图象不易反映出相应的变化规律。 若 a 与 M 成反比，则 a 与 1/M 成正比。 以 1/M 为横坐标、加速度 a 为纵坐标，在坐标纸上描出相应的实验数据， 作 a- 1/M 的关系图象
同学们完成数据分析:a-M图象是一条过坐标原点的直线,表示合力一定 时,a与1M成正比,a则与M成反比 O M 五、实验方案拓展 用打点计时器测加速度: 细绳 纸带 重 端有定 小车打点计时器 物m滑轮的长 木板 实验台 优教提示:请打开素材“动画实验:探究加速度与力、质量的关系”)
同学们完成数据分析：a-1/M 图象是一条过坐标原点的直线，表示合力一定 时，a 与 1/M 成正比，a 则与 M 成反比。 五、实验方案拓展 用打点计时器测加速度： （优教提示：请打开素材“动画实验：探究加速度与力、质量的关系”）
六、实验误差分析 产生原因 减小方法 偶然误差质量、距离测量不准多次测量求平均值 滑块所受拉力测量不准使细绳平行于气垫导轨 作图不准 使尽可能多的点均匀分布在 直线两侧,误差较大的点舍去 系统误差用钩码的总重力代替滑使滑块的质量远大于钩码的 块的拉力 总质量 分析得到如图所示的aF图象和aM图象,是什么原因引起的误差? 请同学们从平衡摩擦力不准这个原因出发,进行分析 O M 七、课堂小结 力是产生加速度的原因 加速度与 实验:探 实验探究过程 力的关系 究加速度 与力、质 实验结论及误差分析 量的关系 运动状态改变难易程度的 (控制变 量度 量法) 加速度与质 量的关系 实验探究过程 实验结论及误差分析
六、实验误差分析 产生原因 减小方法 偶然误差 质量、距离测量不准 多次测量求平均值 滑块所受拉力测量不准 使细绳平行于气垫导轨 作图不准 使尽可能多的点均匀分布在 直线两侧，误差较大的点舍去 系统误差 用钩码的总重力代替滑 块的拉力 使滑块的质量远大于钩码的 总质量 分析得到如图所示的 a-F 图象和 a-1/M 图象，是什么原因引起的误差？ 请同学们从平衡摩擦力不准这个原因出发，进行分析。 七、课堂小结
八、课堂训练 优教提示:打开优教配套习题,使用互动答题卡,更快更便捷地掌握学生的学习情况) 九、课后作业 1)完成实验报告 2)设计拓展实验方案中的实验过程、数据记录表格
八、课堂训练 （优教提示：打开优教配套习题，使用互动答题卡，更快更便捷地掌握学生的学习情况） 九、课后作业 1) 完成实验报告； 2) 设计拓展实验方案中的实验过程、数据记录表格