1/6《實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》教學(xué)設(shè)計(jì)【核心素養(yǎng)】通過《實(shí)驗(yàn)：探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系》的探究過程，提高學(xué)生的實(shí)際操作能力、知識(shí)遷移能力；讓學(xué)生在實(shí)際操作中發(fā)現(xiàn)問題、解決問題，提高學(xué)生的創(chuàng)新能力和積極性?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1．通過實(shí)驗(yàn)研究，經(jīng)歷物理規(guī)律的探究過程。2．體驗(yàn)用控制變量研究問題的物理方法。3．體會(huì)用“圖象法”發(fā)現(xiàn)物理規(guī)律的方法。【教學(xué)重點(diǎn)】掌握控制變量法，處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，進(jìn)行誤差分析。【教學(xué)過程】課前：登陸優(yōu)教平臺(tái)，發(fā)送預(yù)習(xí)任務(wù)。根據(jù)優(yōu)教平臺(tái)上學(xué)生反饋的預(yù)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)薄弱點(diǎn)，針對性教學(xué)。（優(yōu)教提示：請登陸優(yōu)教平臺(tái)，發(fā)送本節(jié)預(yù)習(xí)任務(wù)）一、研究問題的提出1．提出問題：賽車起動(dòng)時(shí)可以獲得很大的加速度，為什么？結(jié)合身邊的實(shí)例說明：物體的加速度的大小與什么因素有關(guān)？師生總結(jié)出定性的結(jié)論：力越大，加速度越大，質(zhì)量大，加速度小。2．老師明確研究的問題：探究加速度與力、質(zhì)量定量關(guān)系問題引導(dǎo)：加速度與力、質(zhì)量都有關(guān)系，如何研究？師生總結(jié)控制變量法：（1）質(zhì)量一定，a與F的關(guān)系；（2）外力一定，a與M的關(guān)系。老師引導(dǎo)：根據(jù)你的經(jīng)驗(yàn)，你認(rèn)為a與F、a與M可能存在怎樣的定量關(guān)系？學(xué)生猜想回答問題。（質(zhì)量一定，a與F成正比；力一定，a與M成反比。）老師引導(dǎo)：如何通過數(shù)據(jù)處理，驗(yàn)證猜想是否正確？師生總結(jié)數(shù)據(jù)處理的方法：畫a與F、a與1/M圖象。二、師生交流評(píng)估，設(shè)計(jì)、優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案1．老師引導(dǎo)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。探究物體的加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，你要處理好下面兩個(gè)問題：（1）怎樣給物體提供一個(gè)可以測量的外力？（2）如何測量物體的加速度？（利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器或數(shù)字毫秒計(jì)測量）請同學(xué)們認(rèn)真思考，提出自己的方案。2．自主設(shè)計(jì)。學(xué)生通過自主設(shè)計(jì)，參考下面兩個(gè)典型的方案。從方案1到方案2可做適當(dāng)引導(dǎo)。方案1：F=mg-μMg測出砝碼與小車的質(zhì)量、動(dòng)摩擦系數(shù)，就可以得到小車受到的合力。方案2：F=Mg（sinθ－μcosθ）=Mg（sinθ－tanβcosθ）測出小車的質(zhì)量、sinθ、cosθ、tanβ，就可以得到合力。β角為斜面上小車剛好勻速下滑的位置。3．師生交流評(píng)估，優(yōu)化實(shí)驗(yàn)方案。老師引導(dǎo)：我們用方案2進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，為簡化測量，取斜面長度為AB=1米，上述三角函數(shù)的測量就簡單很多。斜面傾角為β角時(shí)，小車沿斜面勻速下滑，如圖3有：sinθ=AC/AB=ACcosθ=BC/AB=BCμ=tanβ=DC/BC=DC/cosθ也就是：DC=μcosθ(1)sinθ－μcosθ=AC-DC=AD(2)F合力=Mg×AD(3)4．提出問題：用該實(shí)驗(yàn)裝置，質(zhì)量不變時(shí)候，怎樣獲得不同的外力？（改變AD長度）質(zhì)量改變時(shí)，怎樣保證小車的外力不變？(使Mg×AD不變)如圖4，老師介紹方案2的實(shí)驗(yàn)儀器的使用：中旋轉(zhuǎn)基板定位于圖3中BD位置。三角斜面插入軌道，將軌道相對中旋轉(zhuǎn)基板轉(zhuǎn)過一定的角度，由米尺1測量出AD（sinθ－μcosθ）的數(shù)值，得到F合力的絕對數(shù)值。也可以通過斜面上的刻度AE直接讀出AD（sinθ－μcosθ）的數(shù)值。米尺就不需要了。AE對AD還起到放大作用。圖4三、學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。要求首先設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，然后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。（一）研究質(zhì)量不變時(shí)，外力與加速度的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)：（1）如圖4調(diào)整墊塊的位置，通過數(shù)值毫秒計(jì)（或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）的監(jiān)控，使小車恰沿著斜面勻速下滑。（2）三角斜面插入軌道，改變?nèi)切泵嫘边叺牟迦腴L度，使AD為0．5cm、1cm、1.5cm、2cm、2.5cm，AD就相應(yīng)變成1倍、2倍、3倍、4倍、5倍，通過數(shù)字毫秒計(jì)（或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器），測出對應(yīng)的加速度。（優(yōu)教提示：請打開素材“動(dòng)畫演示：探究加速度與力的關(guān)系”）（3）交流合作，共享成果：次數(shù)AD(F)a（m/s2）11F0．49687946422F1．07262433133F1．5977288744F2．16101083355F2．572436751（二）探究受力一定，a與M的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)：（1）調(diào)整可移動(dòng)墊塊的位置，通過數(shù)值毫秒計(jì)（或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）的監(jiān)控，使小車恰沿著斜面勻速下滑。（2）三角斜面插入軌道，改變小車的質(zhì)量，并同時(shí)改變插入的三角斜面的斜邊的長度，使Mg×AD持不變，則合力不變化，通過數(shù)字毫秒計(jì)（或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器），測出不同的質(zhì)量所對應(yīng)的加速度。（優(yōu)教提示：請打開素材“動(dòng)畫演示：探究加速度與質(zhì)量的關(guān)系”）（3）交流合作

共享成果：測量表格2：Mg×AD=0.93保持不變，合外力不變。次數(shù)M（kg）AD1/Ma（m/s2）10.313.03.233.10520.412.272.442.36130.511.821.961.92440.611.521.641.48350.711.311.411.281四、得到結(jié)論師生總結(jié)兩堂課的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，得到牛頓第二定律。五、實(shí)驗(yàn)思考如果采用方案1，應(yīng)怎樣簡化數(shù)據(jù)的測量？（傾斜斜面，平衡摩擦力）如果采用方案1，在加速度較大的時(shí)候，誤差如何？應(yīng)如何減少誤差？在方案2中已經(jīng)包含了方案1中簡化實(shí)驗(yàn)的思想方法，同學(xué)能夠進(jìn)行遷移，由于已經(jīng)通過方案2得出了牛頓第二定律，方案1的系統(tǒng)誤差分析可以在理論的指導(dǎo)下進(jìn)行，降低了誤差分析的難度。也可以讓學(xué)生做一做，讓學(xué)生看到方案1中的實(shí)驗(yàn)圖象彎曲，然后用牛頓第二定律進(jìn)行理論分析。該實(shí)驗(yàn)儀器也可以用在探索動(dòng)能定理、動(dòng)量定理的實(shí)驗(yàn)中。六、另一種實(shí)驗(yàn)方案實(shí)驗(yàn)器材：以小車、一端帶滑輪的長木板、粗線、砝碼、鉤碼、天平、刻度尺、寬口夾子