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1、1第三届全国新课程高中物理教学经验交流会观摩课教学设计探究加速度与力、质量的关系江苏省杭州二中胡亦民一、课堂教学设计思想给出要研究的问题，鼓励学生对问题进行猜想，在学生猜想的基础上，提出用实验探究的手段进行研究。从而引出实验研究的基本想法指导思想：控制变量的思想（不向学生提出），在该实验思想的指导下，采用边设计、边实验、边讨论的教学方法，探究实验方案的可操作性、合理性和严谨性。在实验方案探究的基础上，让学生利用位移传感器进行实验操作，并在探究中获得成果、表达成果。使学生在实践活动中相互交流，互相合作，共同提高，充分感受探究活动的乐趣和成功的喜悦。在实验探究的基础上，引导学生对实验结果进行深入细
2、致的分析和思考（借助 Excel 软件分析），让学生感受实验探究的乐趣。在结论的应用中，让学生体会教材（物理必修人教版 P72-P73）的实验思想。最后利用 Excel 软件对学生的实验数据进行分析与比较，并提出思考问题：小车质量与钩码质量的大小，对实验数据会有什么影响？（以供学有余力的学生进行课后理论探究，由于学生现有知识的限制，课堂上暂不提出系统误差问题）二、课堂教学目标通过实验思想的确立，实验方案的确定，使学生懂得多变量问题的研究方法。在边设计、边实验、边讨论的实验活动中使学生了解问题探究的基本环节，在探究活动中让学生体会到实验探究的合理性、严谨性和必要性。在课堂活动中让学生相互交流，互
3、相合作，共同提高，并在活动中感受探究的乐趣和成功的喜悦。1知识与技能方面：（1）知道力、质量、加速度的关系，并会用该关系分析简单问题；（2）会利用电脑使用位移传感器测加速度、使用电子天平秤物体质量；（3）知道平衡滑动摩擦力的方法。2过程与方法方面：（1）尝试多变量问题的研究方法，即控制变量法（不向学生提出名称）；（2）会用图像方法描述物理规律，知道由 am 图向a1/m 图转化的意图，知道拟合法的基本思想；（3）会用力、质量、加速度的关系分析简单问题。3情感、态度与价值观方面：会描述物理过程，表达物理结果；（2）尝试相互交流，互相合作的活动乐趣；（3）体会探究过程的基本环节，并在活动中获得喜悦
4、。2三、课堂教学环节1引出课题：由一个视频引出课题研究力、质量、加速度的关系，鼓励学生大胆猜想。2确立实验研究思想：引导学生思考多变量问题的研究手段，如何将复杂问题变为简单，让学生体会到控制一个量不变，改变其中一个量，研究另一个量的变化。这是研究多变量问题的一种基本思想。在学生充分体会这种基本思想的情况下，鼓励学生提出实验研究思想：（1）固定物体质量不变，改变外力，测量物体加速度，探究加速度和外力的关系；（2）固定外力不变，改变物体质量，测量物体加速度，探究加速度和质量的关系。3实验探究过程：采用边设计、边实验、边讨论的探究模式，让学生按实验研究思想的要求，将实验分成二步进行探究。但从实验操作
5、的内容来看，无论那一步操作都离不开一个外界因素摩擦的问题。（1）平衡阻力：提出问题：如何消除阻力影响？（使平板轨道倾斜，用重力的分力平衡阻力，使小车在轨道上做匀速直线运动，此时小车的加速度为零）在学生明确操作方案的基础上，完成第一次探究活动，即平衡阻力（要学生保留桌面内容）。在学生操作的基础上提出问题：你怎么知道小车受到阻力的影响已被消除？（加速度很小）再让学生操作：改变选择范围再测加速度。提出问题：测得的加速度一样吗？（不一样）说明什么？（小车在轨道上运动时，各处的阻力不一样）提出问题：实验中如何消除阻力的影响？（查找加速度很小时对应的轨道上区域，加速度很小说明该区域的阻力影响已被消除）（2
6、）固定物体质量不变，改变外力，探究加速度和外力的关系。在消除阻力影响的前提下，提出下列问题：如何改变外力？（改变钩码的重力，不提钩码重力要远小于小车重力）如何测量加速度？（利用 V-t 图求加速度）3如何展示加速度与外力的关系？（利用 aF 图展示）通过上述问题的思考，使学生明确实验方案，要求学生按事先给定的实验数据（为使实验数据不重复，便于实验后的数据分析，事前给每个实验小组规定实验数据，放在实验桌面上），同时要求第一次测得 V-t 图时，暂时停下，并保留桌面内容。提出问题：测加速度时该如何选择测量范围？（选择阻力被平衡的那段轨道）提出问题：依据什么方法大致确定应在轨道的哪段上测加速度？（利
7、用 V-t 图与横轴所包的面积表示位移）明确选择区域后，要求学生继续操作完成实验。在学生操作的基础上，再次提出问题：固定物体质量不变，改变外力，加速度和外力是什么关系？（是线性关系）图线上的纵截距是什么意思？你认为是怎样形成的？（没有外力就有加速度，轨道倾斜角太大）若轨道倾斜角合适，图线上会有纵截距吗？（没有）综上所述，固定物体质量不变，改变外力，加速度和外力成正比。（3）固定外力不变，改变物体质量，探究加速度和质量的关系。在第二步实验之前，提出问题供学生思考：如何改变物体质量？质量的变化对平衡阻力有影响吗？（没有，因为物体质量的变化不影响重力的分力与阻力平衡）如何展示加速度与质量的关系？（利
8、用 am 图像表示，先不提 a1/m图像）在学生通过思考，形成实验预案后要求按事先给定的数据（理由同上）进行实验探究，在学生完成所有数据测定后，要求学生先看 am 图，并提出问题：你能根据图线说出加速度与质量的关系吗？（一条曲线说不出它们的关系，利用 Excel 软件分析，向学生介绍用曲线拟合的方法与图线转换的方法）4在讨论后让学生看 a1/m 图，并要求表述实验结果：固定外力不变，改变物体质量，加速度和质量的倒数成线性关系。要求学生分析纵轴上的截距表示什么意思？（轨道的倾角太大，若轨道的倾角合适，纵截距应该为零）综上所述，固定外力不变，改变物体质量，加速度和质量成反比。4探究结果在学生展示探
9、究成果的基础上，提出加速度与力、质量的关系是：质量不变时，加速度与外力成正比；外力不变时，加速度与质量成反比。四、探究成果的应用例 1在固定物体质量不变，改变拉力，探究加速度和外力的关系时。让两相同的小车在不同的拉力 F1和 F2作用下，由静止出发，测得它们在相同时间内的位移 X1和 X2。把它们所通过的位移之比 X1/X2作为纵轴，把两小车所受的拉力之比 F1/F2作为横轴，在不考虑摩擦因素的情况下，所得图像是什么形状？（过原点的直线）五、实验探究的延伸作为课堂实验探究的延伸，提出更深的探究课题，激发学生探究兴趣，是培养学生自主探究意识的重要途径。（1）让学生观察不同实验条件下的 aF 图，
10、提出问题：实验数据点与得到的图线有什么特征？（初、末两点始终在直线的同一侧）（2）用 Excel 软件分析实验数据，发现随着钩码质量与小车质量的接近，上述现象逐渐明显。要求学生课后自己研究。（不提出系统误差，仅作为实验结果的分析与研究）5六、说明1本教学设计是考虑学生基础较好的情况下实施的。2本教学设计是在有数字化（DIS）实验室的前提下实施的。3本教学设计的实施要按课堂进程进行增减。4打的内容为学生的实验操作过程，学生操作所需时间很难事先预测。探究加速度与力、质量的关系北京四中 魏华【教学目标】1实验探究加速度与合力、质量的关系。2体验实验探究物理规律的一般方法、操作过程和数据处理方法。3在
11、实验过程中，通过交流合作让学生体验合作学习，通过探究实验得出结论体会物理实验和学习的乐趣。【教学过程图】【教学重点、难点】实验设计思想的介绍，学生实验过程，学生实验展示过程，老师的总结。6【新课教学】一、引入课题视频：美国战斗机、保时捷赛车、摩托车比赛，谁跑得快？引出质量和力在改变速度快慢即产生加速度方面的不同影响。结合牛顿第一定律：质量，是保持物体运动状态不变的性质即惯性大小的量度。力，是改变物体运动状态的原因。提出问题：加速度与力、质量定量的关系？二、实验设计方案设计：请你设计一个匀变速直线运动，同时能测量合力、加速度和质量，从而完成探究？学生提出方案：师生共同讨论方案的可能性和可行性最后
12、，总结我们在课堂上采用的比较简单可行的方案：汽垫导轨上利用光电计时装置探究三者关系。三、实验探究过程改变钩码重力，以达到改变合力的目的，同时保证滑块质量不变。（每次改变 002N，共测六组数据）通过加配重改变滑块质量，钩码不变。（每次增加 50g，共可测五组数据）通过朗威 DIS 数据采集器，得到数据，拷入数据处理模板，得到描好点的坐标系。根据数据点的分布，猜想关系，拟合图象，得出结论。在整个过程中，老师在学生中指导学生完成实验，同时发现好的实验结果，以便交流展示。四、学生实验结果交流展示7学生带着自己的数据交流展示，说明两点：（1）是如何得到这些数据？（2）如何得到关系的？老师结合学生的 a
13、-F 线性关系，利用 Excel，拟合得到是否成正比例关系，即数据是否过坐标原点。结合学生的 a-m 幂函数关系，指导学生完成 a-1/m 图象。五、教师总结一方面：实验数据的处理方法总结；另一方面：实验结论的得出；更重要的方面：我们的实验结论只能说明实验结果非常接近于我们猜想的结果，但这只是在有限的几次实验和在一定的数据范围内得到的，是否在更大范围内适用，那还需要更多更精细的、不同的实验去直接验证，或者也可以间接验证，即利用这个结论研究问题，与实际进行比较。【课后反思】本节课我想突出的四点在于：一是情景引入的设计，利用“飞机、汽车、摩托车赛跑出人意料的结果”，引入课题，再结合牛顿第一定律，提
14、出问题。二是实验方案的设计，在此过程中，师生充分的交流，老师首先要肯定学生开放的设计思维过程，同时引导学生注意思维的完整和设计的可能性和可行性的讨论，同时自然地给出，我们这节课实验方案设计的简单可操作性，启发学生探究的兴趣。三是实验具体实施过程，数据模板的设计，使整个实验过程非常流畅，既避免了繁琐和不重要的实验数据计算，又很好地突出了探究的最重要环节，即根据数据点的分布，拟合图象，找到关系的过程，而且使一节课内完成探究得到保证。四是实验总结，实验探究得出的结论的适用范围的分析，及直接验证和间接验证思想的提出，是对学生严谨科学态度的熏陶，是对客观事实客观理性的分析，是对物理规律建立过程的深刻思考。
