“實驗：探究加速度與力、質量的關系”教學案例與評析

彭長禮 肖華平

(南康中學 江西 贛州 341400 )

1 教學案例

1.1 創設情境引入新課

同學們，上一節我們學習了牛頓第一定律，知道力是速度變化的原因，而速度改變快慢用加速度來描述，那么加速度與什么因素有關呢？先請大家看一個實驗(演示雙層軌道實驗)，如圖1所示.

圖1 雙層軌道演示實驗

(1)這是兩輛質量相同的小車，通過一根系著小桶的細線連接，小桶中放入砝碼，從而給小車一拉力，同時釋放小車，請同學們觀察．

(事先在兩小桶中放入不同質量的砝碼使小車所受拉力不同，讓學生比較小車的加速度大小)

目的：引入如何比較小車加速度的方法.

(2)在剛才加速度更小的小車的小桶中加10 g砝碼，再比較哪輛小車加速度更大？

目的：說明加速度和外力有關.

(3)在剛才加速度更大的小車上加300 g砝碼，再比較哪輛小車加速度更大？

目的：說明加速度和質量有關．

師：通過剛才的實驗說明物體的加速度與物體所受外力和自身的質量有關，那么它們存在什么關系呢？今天我們就來探究這個問題．

語言要有激情，調動學生的學習熱情．

1.2 新課教學

提出猜想

教師：那么加速度與合外力、質量到底有怎樣的定量關系呢？

學生討論，教師在學生分析的過程中板書歸納．

探究a與F和m的定量關系

(1)確定研究方法

像這種一個物理量與多個因素有關時，一般采用控制變量法來研究？比如，研究小車加速度a與拉力F關系時，控制小車質量m一定；研究小車加速度a與小車質量m關系時，控制拉力F,即控制小桶中砝碼質量一定．

(2)方案探究

下面請同學們根據剛才實驗以及自己桌面上提供的器材(帶滑輪的長木板、小車、打點計時器、鉤碼、砝碼、紙帶等)相互探討一下，可以采用怎樣的方案，能夠簡單、準確地找到a與F，a與m的關系．(給學生1～2 min時間交流，讓學生自己思考)

請兩個組的代表給出他們的方案．(調動學生的學習熱情，培養學生的表達能力)

引導學生用比較法探究

所以

(3) 學生進行實驗探究和數據處理

下面請同學們根據比較法來親自探究一下a與F和m的關系，并把結果填在教師發下來的表格中，同時請一組同學到講臺上來做(教師巡視指導，發現問題，規范學生的操作)

師：同學們，我注意到很多同學做完了，請幾個代表來給出他們的結果(聲音稍微剛脆有力一些，可以引起還在做實驗的學生的注意，用展臺展示學生的實驗結果，對做得比較好的要給予表揚，同時糾正存在的問題).

(4)教師探究

剛才大家用了比較法，我們能否直接測量出小車的a，m，F，來看看a與F和m的具體關系呢？(有的學生會提出一些好的方法，要給予表揚)

今天老師帶了一套先進的軟件可以直接測出小車的加速度(介紹郎威實驗儀器：有哪些器材，如何操作，如何采集數據等，語言要精練，有激情)，如圖2所示.

圖2 朗威實驗儀器

現在開始實驗，請同學一邊把數據記錄在自己的表格中，一邊注意觀察操作的過程(讓學生參與到實驗中來以調動學生的積極性，邊操作邊大聲解釋過程，完成6組數據)如圖3所示.

圖3 朗威教學軟件繪圖

注意向學生解釋：

1)第一個v-t圖要解釋兩個細節：v-t圖的特征(先平、后斜、再下降)和在v-t上取哪一段圖求a？

2)出來一組數據后，說明：數據的處理方法，其中作a-F圖像法與直接比較法；我們采用a-F圖，直接比較法課后學生自己分析．

實驗結論

盡管剛才只用兩種方法，測出了幾組數據，但經過大量的實驗及事實證明，當質量一定時，物體的加速度與所受外力成正比；當外力一定時，物體的加速度與它的質量成反比．

規律應用

舉生活中的一些事例，培養學生應用所學知識的能力，體驗探索自然規律的艱辛與喜悅．

小結

同學們，這節課通過比較法和直接測量法兩種途經探究了物體加速度與外力、質量的關系，并得到最終的結果：物體加速度與所受的外力成正比，與它的質量成反比．

課后作業

如何減小因摩擦帶來的誤差.

2 案例評析

探究性實驗是以獲取物理新知識為目的教學方式，既可以復習舊的知識，又可以獲取新知識．本堂課的難度在于如何確定實驗方案探究物理量之間的關系．這是學生第一次遇到用實驗探究一個物理量同時跟兩個物理量有關的多元問題，所以應該引導學生去尋求研究問題的實驗方法．

新課標一個很大不同就是其注重的是對學生動手能力、探究能力、自己觀察現象總結的能力.同樣是這一節課，以前是驗證牛頓第二定律，注重的是知識的再現；而現在變為探究加速度與力、質量之間的關系，注重的是問題的提出與發現．本節課以實驗的形式出現，不僅鍛煉學生的動手能力，更重要的是如何提出問題，這些才是現代中學生最應該掌握的方法和技巧．實驗過程中要引導學生自己獨立完成實驗，獨立進行數據的處理，最后討論實驗結果，看在哪些方面做得好，哪些方面存在問題．

應該放手讓學生自主設計實驗，即使實驗方案不符合要求，也要加以鼓勵，因為學生在設計和操作中的體驗是很重要的．