“探究加速度與力、質量的關系”教學設計

周超慶

摘要：新課標要求學生通過實驗探究加速度與力、質量的關系，強調讓學生經歷實驗探究過程。牛頓第二定律是力學的核心規律，通過本節課的探究過程旨在培養學生的科學探究能力，加深對定律的理解。本文以“探究加速度與力、質量的關系”為例，對探究性實驗教學中如何引導學生自主探究、合作交流做出思考。

關鍵詞：教學設計 自主探究 高中物理

【中圖分類號】G633.7

【課標要求】

（1）要求學生通過實驗，探究加速度與力、質量的關系，強調讓學生經歷實驗探究過程。

（2）通過實驗探究和具體實例的分析，理解加速度與力、質量的關系。

（3）通過實驗歸納，理解牛頓第二定律的內容，知道牛頓第二定律表達式的含義。

【學習者分析】

在學習這一內容之前，學生已經掌握了力、質量、加速度、慣性等概念；知道質量是慣性的量度、力是改變物體運動狀態的原因，會分析物體的受力。會用氣墊導軌與光電測時系統或打點計時器研究勻變速直線運動。

【學習任務分析】

經歷一個過程，經歷一次相當完整的科學探究過程；學習兩種方法，控制變量法、圖象法；培養三種能力，理解推理能力、實驗設計和操作能力、數學方法解決物理問題能力。

牛頓第二定律是在實驗基礎上建立起來的重要規律，它是動力學的核心規律，也是學習其它動力學規律的基礎。牛頓第二定律具體的、定量的回答了加速度和力、質量的關系，從而把物體的受力和物體的運動緊密聯系起來。牛頓運動定律是力學的基石，是人類探索大自然的有效工具。"只有懂得了動力學的知識，才能根據物體所受的力確定物體的位置，速度變化的規律，才能夠創造條件來控制物體的運動"（新教材語）

【教學目標】

1、知識與技能

（1）通過實驗探究加速度和力、質量的關系，歸納總結牛頓第二定律。

（2）熟悉實驗儀器的使用，提高實驗設計和操作能力，數據處理分析能力。

（3）通過實驗探究能發展學生觀察品質、提高質疑能力、分析解決問題的能力、交流合作的能力。

2、過程與方法

（1）學生經歷探究加速度、力、質量的關系的過程。

（2）通過提出問題，提出解決問題的方案到總結出規律，使學生初步體會到怎樣做探究性實驗；知道什么是控制變量法。

3、情感態度價值觀

（1）通過實驗探究，激發學生學習科學知識的欲望，要敢于面對問題和困難，并能體驗到科學探究物理規律的樂趣。

（2）學生通過學習過程中成功的積極情感的體驗，感受科學態度和科學精神

的教育。

【重點難點】

重點：引導學生探究加速度和力、質量間的關系的過程并總結牛頓第二定律。

難點：實驗方案的設計和實驗數據的處理是本節課教學的難點。

【設計思想】

學生的學習過程是一個“亞研究過程”， 物理教學過程應讓學生不斷嘗試和體驗對未知知識的探求。學習了前面兩節（牛頓第一定律和物體運動狀態的改變）之后，學生的心中普遍存在一個問題，既然力是改變物體運動狀態的原因，那么力究竟如何改變物體的運動狀態？力和物體的運動緊密聯系，究竟有什么聯系呢？物體的質量越大，慣性越大，物體的運動狀態越難改變，這和物體的加速度又存在著聯系。所以教學時應明確幾點：物體運動狀態改變的快慢與哪些因素有關？有關系的話，能否找到定量的關系？如何找出？需要用什么樣的方法？通過這樣的邏輯順序，使學生真正從這次的探究中學會怎樣做探究實驗。

教師應時刻牢記學生是學習的主體，課堂教學的目的是學生學會知識，而不能還定位于教師傳授。因而應讓學生多渠道全方位的參與課堂教學。教師要盡量把講課的內容讓學生自己表述出來，這樣學生易于接受和掌握。比如牛頓第二定律，很多學生往往簡單的表述成F=ma。應該指出這種表達是不準確的。

本節課學生自主實驗探究的活動較多，故采用學生分組實驗模式進行課堂活動，以小組為單位進行教師引導下的科學探究，加強小組同學間的討論與交流，師生間的相互反饋，培養學生合作學習的精神。課堂以問題和小組交流貫穿教學的始終，不斷提出新問題，不斷解決新問題，培養學生的邏輯思維能力。

【教學方法】

多媒體演示，教師指導，學生實驗探究，討論、交流學習成果。

【教學過程】

一、提出問題并引導學生猜想：

1.多媒體展示蹦極運動，同時提問

蹦極時人們的速度不斷增大，根本原因是什么？

2.物體運動狀態改變時產生加速度，那么產生的加速度跟哪些因素有關？它們之間的關系如何？

第一個問題根本原因是受到力的作用，應讓學生仔細分析。

有外力的作用→物體運動狀態改變→速度改變→有加速度產生

繼續補充，力越大→運動狀態改變越大→加速度越大

說明：這是本節課的第一個探究，關于影響加速度因素的探究。

第二個問題第一問學生的可能回答有：

（1）加速度可能和質量有關系，理由：用同樣大小的力推質量不一樣的物體，質量大的物體難以推動，質量小的容易推動.

（2）加速度可能和受力的大小有關系，理由：打乒乓球時用的力越大，乒乓球到對方臺面用的時間越短，則加速度越大.（或者剛剛第一題的分析也能證明）

其他可能的答案有：加速度可能與物體的體積或密度有關，可能與物體的速度有關等等觀點。出現之后應一一指出其觀點的錯誤之處，讓學生學會分析問題。

讓學生從理論的角度加以分析有利于培養學生理論聯系實際的能力，有利于培養學生的邏輯思維能力。endprint

但是第二問如果不經過細致的思考，很難回答出來。

二、確定實驗方法

順勢引入課題，我們已經知道了加速度和物體質量以及受力大小有關，那么接下來就深入探究它們三者之間的關系.

類比初中學過的探究電流電壓和電阻三者關系時候所用的方法，引導學生回答應用控制變量法.

控制變量法：物理實驗所用到的重要方法，保持一個或多個量不變，調整另一個或多個量改變，來探究這些量之間的關系。

請同學們先回憶初中我們如何研究電壓、電流、電阻三者的關系，然后思考，用控制變量法來探究物體的加速度、質量和受力關系的基本步驟如何？

預測學生可能的回答如下：

需要分兩步進行實驗

（1）保持被研究物體的質量一定，改變其受力，從而得到受力和加速度之間的關系

（2）保持被研究物體的受力一定，改變其質量，從而得到質量和加速度之間的關系

最后綜合兩次的實驗結果，進行歸納，就可以得到加速度和質量及受力三者之間的關系。

說明：控制變量法對于學生來說并不陌生，所以要求他們指出方法的基本思路不難，重要的是讓學生在課堂中學會研究問題，通過對問題的深入思考，得到比較正確的思路，做到有理有據。

三、設計實驗

教師引導學生設計實驗方案。

讓學生以小組為單位設計探究方案：

（1）怎么研究加速度和力的關系？實驗方案可以怎么設計？

（2）怎么研究加速度和質量的關系？實驗方案可以怎么設計？

（3）實驗時需要測量什么物理量？怎樣進行測量？需要那些實驗器材？

在講臺上放置以下實驗器材：小車、打點計時器、紙帶、長木版、粗細線、小桶、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平、寬口文件夾、滑塊等。

學生根據給定的器材設計實驗方案，分小組討論.討論完畢， 選擇較有代表性的方案在幻燈片處，全班交流并得出最后方案.

方案：

（1）以小車、長木版、粗細線、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平、寬口文件夾為實驗器材，研究小車的運動，利用兩小車位移之比就是加速度之比研究加速度與力和質量的關系。

（2）以小車、打點計時器、紙帶、長木版、粗細線、小桶、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平為器材，研究小車運動。用天平測出小車的質量 ，測出小桶的質量 ，把小桶和小桶中砝碼的總重力g當作小車受到的拉力F，從打點計時器打出的紙帶上測出Δs， 由位移公式計算出小車的加速度a。

說明：上述兩種方案都是可行的。但方案中小車受到的摩擦力較大，實驗誤差較大，因此就得想辦法消除摩擦力的影響，那么如何消除摩擦力呢？平衡摩擦力的方法：將表面平整的材板的一端墊起，使小車所受重力沿斜面的分量 與摩擦阻力 相等，即 ，此時無論物體質量怎樣變化，只要 成立，就一定存在 ，于是實現了化“變”為“不變”，這樣小車所受的合外力就是細線對小車的拉力。當然實驗中把小桶和小桶中砝碼的總重力當作小車受到的拉力還必須滿足一個條件，就是 （m為小車與鉤碼或滑塊與鉤碼的總質量），為什么呢，把這個問題留給學生作為課后思考題。

四、實驗探究

師生共同選擇第二個方案進行實驗，學生分組進行實驗。在學生完成實驗之前，用多媒體展示實驗數據處理表格。

提示學生將實驗所得結果填入表格。實驗完畢，分析表格，初步得到結論a和F成正比，a和m成反比。

引導學生應用CAI課件，采用圖象法處理實驗數據（需要多組實驗結果）。師生共同得到結論，a和F成正比，a和m成反比。

五、總結并得到結論

通過實驗我們得到：物體的加速度跟作用力成正比，跟物體的質量成反比。 這就是牛頓第二定律。

六、教后記：

現在的中學課堂，更多的強調學生的自主學習，主動學習。這一點也是離不開教師的積極引導。而師生課堂里學生參與程度最高的該數實驗教學。本教學設計也是注重學生的親身體會，使學生充分參與進來，能有更深刻的體會，對知識的理解也更透徹。endprint