《探究物體加速度與受力的關系》教學設計

☆陳永基

（佛山市高明區紀念中學，廣東佛山 528500）

一、課標要求

通過實驗，探究物體加速度與受力的關系。

二、教學設計思想

按新《課標》的要求，物理的知識、方法、能力、科學態度等都是教學的要素，如果把這些要素有機地聯系起來，達到共同促進的作用，則物理教學的效果會更好，更有利于提高學生的素質。新《課標》中強調探究式學習在物理教學中的作用，對于一些物理規律的學習過程，教材中特意設計成了探究式的實驗，以便學生在學習物理規律的同時，經歷探究規律的過程，了解科學的方法。本節課的教學目的不全是為了讓學生知道實驗結論及定律的內容和意義，重點在于要讓學生知道結論是如何得出的；在得出結論時用了什么樣的科學方法和手段。課本中提供的實驗參考方案由于實驗操作和數據處理的理解兩方面難度較大，鑒于實驗器材和學生的具體情況，本節課采用打點計時器求加速度的方法探究加速度與力的關系，并作出加速度與力的關系圖像。根據圖像得出加速度與力的關系。在實驗探究過程中，貫徹新課標的三維教學目標。最后教師通過朗威的位移傳感器和數據采集器，依托計算機平臺快捷、準確地收集和分析數據，提高實驗質量和實驗效率。讓學生領略先進技術對科學實驗的推動革新，充分貫徹課改理念。

三、教學目標

知識與技能：掌握物理實驗的一些基本技能，會使用基本的實驗方法，提高實驗動手能力；了解并在實驗中應用控制變量法；會用作圖法處理數據，從數據結果能歸納出加速度與力的關系。

過程與方法：通過實驗探究，學習使用控制變量法和體驗科學研究的基本步驟；通過實驗探究，觀察實驗現象，采集數據，培養實事求是的科學精神。

情感、態度與價值觀：培養團隊協作精神，能相互交流、討論，勇于改進實驗方法；經歷實驗探究過程，提高參與科技活動的熱情，勇于探究日常生活中的物理學問題，能體驗探究過程的艱辛和嚴謹。

四、教學重點、難點及教學策略

教學重點：控制變量法的使用；如何提出實驗方案以及實驗過程的操作。

教學策略：通過教師的引導和課前安排，讓學生自主探究和小組互相討論，得出實驗的步驟和數據處理的方法。

教學難點：實驗數據的分析與處理。

教學策略：通過教師的講解和演示，讓學生體驗用朗威數字化信息系統處理實驗數據的方法。

五、教學流程圖

六、教學資源

學生實驗器材：光滑的導軌（一端帶有定滑輪）；砝碼，小桶，紙帶，細繩，打點計時器，小車。

多媒體教學設備一套：實物投影，計算機系統，朗威數字化信息系統。

七、教學過程

（1）提出問題：根據前面的學習，物體運動的加速度與什么因素有關呢？

關系是：物體質量一定時，受力越大，加速度越大。

物體受力一定時，質量越大，加速度越小。

我們現在要研究加速度與力和質量三者關系，通過怎樣的方法進行研究好呢？

這一節課我們先研究加速度與力的關系。

（2）提出猜想：大家猜想它們之間可能是怎樣的定量關系？

猜想加速度的大小與物體所受外力成正比（讓學生進行猜想）。

那么，我們如何來證實自己的猜想是否正確呢？

可以通過實驗來驗證。

（3）制定計劃與設計實驗：如果利用桌面上提供的器材（小車、帶滑輪導軌、小桶、砝碼、打點計時器、紙帶、導線等）去研究加速度與力定量關系，應該怎樣做呢？

怎樣測定力？

①該實驗裝置中，水平方向是不是只受到鉤碼的拉力作用？還有沒有其他力？

（對小車進行受力分析，水平方向除了受到鉤碼的拉力作用外還有摩擦力）

②這個力對實驗有沒有影響？如何消除這一影響？

（可以墊高軌道一端，利用斜面，讓重力沿斜面的分力來抵消摩擦力的影響，這樣物體的加速度就完全由拉力來產生）

③怎樣判斷摩擦力已被平衡？

（輕推小車，當小車在斜面上能夠勻速下滑時就說明已經抵消了。）

怎樣測定加速度？

請大家回想前面學過的與加速度有關的各種公式，看看能不能發現測定加速度的辦法。

方法一：利用公式 s＝vot＋at2／2，由于 vo＝0，s＝at2／2，測出 s和 t。

方法二：利用打點計時器△s＝aT2。

哪種方法測量和計算又快又準？（通過引導學生對影響實驗的各種因素進行分析，選擇合適的實驗方法，讓學生進一步體會所學知識的實踐意義，培養他們的創新能力。）

（4）實驗探究（學生分組實驗）。

課前讓學生互相交流，自己設計實驗步驟，制作記錄實驗數據的表格，掌握數據處理的方法。教師在投影上顯示實驗的步驟。

①實驗步驟：擺放好實驗儀器，調整小車能在斜面上勻速下滑；調整小桶和砝碼總質量，讓紙帶夾在小車上，并將小車拉到打點計時器附近；打開打點計時器電源，釋放小車，得到紙帶，選好計數點，用直尺量出S1和S2；改變小桶和砝碼總質量，重復以上的步驟。

②實驗表格。

（5）分析與論證。

①數據的處理：學生測量、填表、計算，并在坐標紙上作a－F圖像。

②得出結論：學生對自己作出的圖像分析是否是一條過原點的直線。對前面的猜想進行驗證，得出加速度與力的關系。

鉤碼總質量（g）拉力F(9.8×10－3N)S1(10－2m)S2(10－2m)△S(10－2m)a(m／s2)

（6）評估：在教師的指導下，學生對探究過程和探究結果進行正確的評估。學生根據實驗數據作出的圖像都可以證明假想是成立的。也就是物體質量一定時,加速度的大小與物體所受外力成正比。

（7）教師演示實驗:為了提高實驗的精確度和提高數據處理的效率,通過運用朗威的位移傳感器和數據采集器，依托計算機平臺快捷、準確地收集和分析數據。

①平衡摩擦:點擊教材專用軟件中的“V－t圖求加速度”，將小車放到斜面上，打開位移傳感器，點擊“開始記錄”，釋放小車，得到V－t圖像，從而判斷小車是否做勻速直線運動。

②保持小車質量一定，探究物體加速度與受力的關系。

點擊教材專用軟件中的“牛頓第二定律”，分別在小桶放上20g、30g、50g的砝碼，在軟件中的表格里輸入小車的質量和拉力的數值，將小車放到斜面上，打開位移傳感器，點擊“開始記錄”，釋放小車，得到V－t圖像，點擊“選擇區域”，選擇需要研究的一段V－t圖像。保持小車質量一定，改變拉力大小，得出幾組數據，最后點擊“a－F圖像”，就可以得到加速度與拉力的關系圖像。

八、教學效果

課堂上，學生都敢于大膽發表自己的見解，充分合作，認真思考，課堂氣氛輕松活躍。探究式教學所強調的學生主動積極、合作探究、科學精神等在課堂教學中得到落實。

九、教學反思

在該課例中，試用課改精神，通過實驗探究物體加速度與受力的關系，讓學生體驗了對自然規律的探索過程：提出問題→猜想→設計實驗驗證→進行實驗和收集數據→分析論證→評估。學生不但能夠從中學到科學知識，還能促進各種能力（如提出問題能力、動手實驗能力、組織協調能力等）的發展，學習各種技能（如觀察、分類、測量、交流等），并養成科學精神（如求真客觀、批判創新、平等合作、不斷求知等），提高科學素養。課前先提前發給學生學案,讓學生預習和討論,避免上課時間的倉促。對于本課例，通過研究小車在導軌上的運動，利用紙帶法進行人工數據處理到利用朗威的位移傳感器和數據采集器進行實驗和數據處理，體現了如何改進實驗方法，也體現了科學技術的發展對實驗方法帶來的進步。

在整個課堂活動中，把演示實驗改成學生自主探究，讓學生人人參與，真正活動起來。在過去課堂中,我們總是怕學生能力不夠，不敢讓學生自己探究，但是事實上學生的能力還是很強的。

當然，也存在一些問題：（1）學生基礎不是很好，學生的作圖能力掌握不夠，在實驗中，有個別小組的學生未能完成實驗。（2）個別學生對實驗有畏難情緒，不敢放手做實驗，探究能力不夠。