“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”教學(xué)設(shè)計(jì)

周超慶

摘要：新課標(biāo)要求學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程。牛頓第二定律是力學(xué)的核心規(guī)律，通過(guò)本節(jié)課的探究過(guò)程旨在培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力，加深對(duì)定律的理解。本文以“探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系”為例，對(duì)探究性實(shí)驗(yàn)教學(xué)中如何引導(dǎo)學(xué)生自主探究、合作交流做出思考。

關(guān)鍵詞：教學(xué)設(shè)計(jì) 自主探究 高中物理

【中圖分類(lèi)號(hào)】G633.7

【課標(biāo)要求】

（1）要求學(xué)生通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系，強(qiáng)調(diào)讓學(xué)生經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究過(guò)程。

（2）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究和具體實(shí)例的分析，理解加速度與力、質(zhì)量的關(guān)系。

（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)歸納，理解牛頓第二定律的內(nèi)容，知道牛頓第二定律表達(dá)式的含義。

【學(xué)習(xí)者分析】

在學(xué)習(xí)這一內(nèi)容之前，學(xué)生已經(jīng)掌握了力、質(zhì)量、加速度、慣性等概念；知道質(zhì)量是慣性的量度、力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，會(huì)分析物體的受力。會(huì)用氣墊導(dǎo)軌與光電測(cè)時(shí)系統(tǒng)或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器研究勻變速直線運(yùn)動(dòng)。

【學(xué)習(xí)任務(wù)分析】

經(jīng)歷一個(gè)過(guò)程，經(jīng)歷一次相當(dāng)完整的科學(xué)探究過(guò)程；學(xué)習(xí)兩種方法，控制變量法、圖象法；培養(yǎng)三種能力，理解推理能力、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作能力、數(shù)學(xué)方法解決物理問(wèn)題能力。

牛頓第二定律是在實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)上建立起來(lái)的重要規(guī)律，它是動(dòng)力學(xué)的核心規(guī)律，也是學(xué)習(xí)其它動(dòng)力學(xué)規(guī)律的基礎(chǔ)。牛頓第二定律具體的、定量的回答了加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系，從而把物體的受力和物體的運(yùn)動(dòng)緊密聯(lián)系起來(lái)。牛頓運(yùn)動(dòng)定律是力學(xué)的基石，是人類(lèi)探索大自然的有效工具。"只有懂得了動(dòng)力學(xué)的知識(shí)，才能根據(jù)物體所受的力確定物體的位置，速度變化的規(guī)律，才能夠創(chuàng)造條件來(lái)控制物體的運(yùn)動(dòng)"（新教材語(yǔ)）

【教學(xué)目標(biāo)】

1、知識(shí)與技能

（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究加速度和力、質(zhì)量的關(guān)系，歸納總結(jié)牛頓第二定律。

（2）熟悉實(shí)驗(yàn)儀器的使用，提高實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和操作能力，數(shù)據(jù)處理分析能力。

（3）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究能發(fā)展學(xué)生觀察品質(zhì)、提高質(zhì)疑能力、分析解決問(wèn)題的能力、交流合作的能力。

2、過(guò)程與方法

（1）學(xué)生經(jīng)歷探究加速度、力、質(zhì)量的關(guān)系的過(guò)程。

（2）通過(guò)提出問(wèn)題，提出解決問(wèn)題的方案到總結(jié)出規(guī)律，使學(xué)生初步體會(huì)到怎樣做探究性實(shí)驗(yàn)；知道什么是控制變量法。

3、情感態(tài)度價(jià)值觀

（1）通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)知識(shí)的欲望，要敢于面對(duì)問(wèn)題和困難，并能體驗(yàn)到科學(xué)探究物理規(guī)律的樂(lè)趣。

（2）學(xué)生通過(guò)學(xué)習(xí)過(guò)程中成功的積極情感的體驗(yàn)，感受科學(xué)態(tài)度和科學(xué)精神

的教育。

【重點(diǎn)難點(diǎn)】

重點(diǎn)：引導(dǎo)學(xué)生探究加速度和力、質(zhì)量間的關(guān)系的過(guò)程并總結(jié)牛頓第二定律。

難點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理是本節(jié)課教學(xué)的難點(diǎn)。

【設(shè)計(jì)思想】

學(xué)生的學(xué)習(xí)過(guò)程是一個(gè)“亞研究過(guò)程”， 物理教學(xué)過(guò)程應(yīng)讓學(xué)生不斷嘗試和體驗(yàn)對(duì)未知知識(shí)的探求。學(xué)習(xí)了前面兩節(jié)（牛頓第一定律和物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變）之后，學(xué)生的心中普遍存在一個(gè)問(wèn)題，既然力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因，那么力究竟如何改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)？力和物體的運(yùn)動(dòng)緊密聯(lián)系，究竟有什么聯(lián)系呢？物體的質(zhì)量越大，慣性越大，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)越難改變，這和物體的加速度又存在著聯(lián)系。所以教學(xué)時(shí)應(yīng)明確幾點(diǎn)：物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變的快慢與哪些因素有關(guān)？有關(guān)系的話，能否找到定量的關(guān)系？如何找出？需要用什么樣的方法？通過(guò)這樣的邏輯順序，使學(xué)生真正從這次的探究中學(xué)會(huì)怎樣做探究實(shí)驗(yàn)。

教師應(yīng)時(shí)刻牢記學(xué)生是學(xué)習(xí)的主體，課堂教學(xué)的目的是學(xué)生學(xué)會(huì)知識(shí)，而不能還定位于教師傳授。因而應(yīng)讓學(xué)生多渠道全方位的參與課堂教學(xué)。教師要盡量把講課的內(nèi)容讓學(xué)生自己表述出來(lái)，這樣學(xué)生易于接受和掌握。比如牛頓第二定律，很多學(xué)生往往簡(jiǎn)單的表述成F=ma。應(yīng)該指出這種表達(dá)是不準(zhǔn)確的。

本節(jié)課學(xué)生自主實(shí)驗(yàn)探究的活動(dòng)較多，故采用學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)?zāi)Ｊ竭M(jìn)行課堂活動(dòng)，以小組為單位進(jìn)行教師引導(dǎo)下的科學(xué)探究，加強(qiáng)小組同學(xué)間的討論與交流，師生間的相互反饋，培養(yǎng)學(xué)生合作學(xué)習(xí)的精神。課堂以問(wèn)題和小組交流貫穿教學(xué)的始終，不斷提出新問(wèn)題，不斷解決新問(wèn)題，培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。

【教學(xué)方法】

多媒體演示，教師指導(dǎo)，學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究，討論、交流學(xué)習(xí)成果。

【教學(xué)過(guò)程】

一、提出問(wèn)題并引導(dǎo)學(xué)生猜想：

1.多媒體展示蹦極運(yùn)動(dòng)，同時(shí)提問(wèn)

蹦極時(shí)人們的速度不斷增大，根本原因是什么？

2.物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變時(shí)產(chǎn)生加速度，那么產(chǎn)生的加速度跟哪些因素有關(guān)？它們之間的關(guān)系如何？

第一個(gè)問(wèn)題根本原因是受到力的作用，應(yīng)讓學(xué)生仔細(xì)分析。

有外力的作用→物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變→速度改變→有加速度產(chǎn)生

繼續(xù)補(bǔ)充，力越大→運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變?cè)酱蟆铀俣仍酱?/p>

說(shuō)明：這是本節(jié)課的第一個(gè)探究，關(guān)于影響加速度因素的探究。

第二個(gè)問(wèn)題第一問(wèn)學(xué)生的可能回答有：

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

（2）加速度可能和受力的大小有關(guān)系，理由：打乒乓球時(shí)用的力越大，乒乓球到對(duì)方臺(tái)面用的時(shí)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(guān)，可能與物體的速度有關(guān)等等觀點(diǎn)。出現(xiàn)之后應(yīng)一一指出其觀點(diǎn)的錯(cuò)誤之處，讓學(xué)生學(xué)會(huì)分析問(wèn)題。

讓學(xué)生從理論的角度加以分析有利于培養(yǎng)學(xué)生理論聯(lián)系實(shí)際的能力，有利于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維能力。endprint

但是第二問(wèn)如果不經(jīng)過(guò)細(xì)致的思考，很難回答出來(lái)。

二、確定實(shí)驗(yàn)方法

順勢(shì)引入課題，我們已經(jīng)知道了加速度和物體質(zhì)量以及受力大小有關(guān)，那么接下來(lái)就深入探究它們?nèi)咧g的關(guān)系.

類(lèi)比初中學(xué)過(guò)的探究電流電壓和電阻三者關(guān)系時(shí)候所用的方法，引導(dǎo)學(xué)生回答應(yīng)用控制變量法.

控制變量法：物理實(shí)驗(yàn)所用到的重要方法，保持一個(gè)或多個(gè)量不變，調(diào)整另一個(gè)或多個(gè)量改變，來(lái)探究這些量之間的關(guān)系。

請(qǐng)同學(xué)們先回憶初中我們?nèi)绾窝芯侩妷?、電流、電阻三者的關(guān)系，然后思考，用控制變量法來(lái)探究物體的加速度、質(zhì)量和受力關(guān)系的基本步驟如何？

預(yù)測(cè)學(xué)生可能的回答如下：

需要分兩步進(jìn)行實(shí)驗(yàn)

（1）保持被研究物體的質(zhì)量一定，改變其受力，從而得到受力和加速度之間的關(guān)系

（2）保持被研究物體的受力一定，改變其質(zhì)量，從而得到質(zhì)量和加速度之間的關(guān)系

最后綜合兩次的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，進(jìn)行歸納，就可以得到加速度和質(zhì)量及受力三者之間的關(guān)系。

說(shuō)明：控制變量法對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)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(xué)生在課堂中學(xué)會(huì)研究問(wèn)題，通過(guò)對(duì)問(wèn)題的深入思考，得到比較正確的思路，做到有理有據(jù)。

三、設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)

教師引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案。

讓學(xué)生以小組為單位設(shè)計(jì)探究方案：

（1）怎么研究加速度和力的關(guān)系？實(shí)驗(yàn)方案可以怎么設(shè)計(jì)？

（2）怎么研究加速度和質(zhì)量的關(guān)系？實(shí)驗(yàn)方案可以怎么設(shè)計(jì)？

（3）實(shí)驗(yàn)時(shí)需要測(cè)量什么物理量？怎樣進(jìn)行測(cè)量？需要那些實(shí)驗(yàn)器材？

在講臺(tái)上放置以下實(shí)驗(yàn)器材：小車(chē)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、長(zhǎng)木版、粗細(xì)線、小桶、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平、寬口文件夾、滑塊等。

學(xué)生根據(jù)給定的器材設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)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(chē)、長(zhǎng)木版、粗細(xì)線、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平、寬口文件夾為實(shí)驗(yàn)器材，研究小車(chē)的運(yùn)動(dòng)，利用兩小車(chē)位移之比就是加速度之比研究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系。

（2）以小車(chē)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、長(zhǎng)木版、粗細(xì)線、小桶、砝碼、鉤碼、刻度尺、天平為器材，研究小車(chē)運(yùn)動(dòng)。用天平測(cè)出小車(chē)的質(zhì)量 ，測(cè)出小桶的質(zhì)量 ，把小桶和小桶中砝碼的總重力g當(dāng)作小車(chē)受到的拉力F，從打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的紙帶上測(cè)出Δs， 由位移公式計(jì)算出小車(chē)的加速度a。

說(shuō)明：上述兩種方案都是可行的。但方案中小車(chē)受到的摩擦力較大，實(shí)驗(yàn)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(chē)所受重力沿斜面的分量 與摩擦阻力 相等，即 ，此時(shí)無(wú)論物體質(zhì)量怎樣變化，只要 成立，就一定存在 ，于是實(shí)現(xiàn)了化“變”為“不變”，這樣小車(chē)所受的合外力就是細(xì)線對(duì)小車(chē)的拉力。當(dāng)然實(shí)驗(yàn)中把小桶和小桶中砝碼的總重力當(dāng)作小車(chē)受到的拉力還必須滿足一個(gè)條件，就是 （m為小車(chē)與鉤碼或滑塊與鉤碼的總質(zhì)量），為什么呢，把這個(gè)問(wèn)題留給學(xué)生作為課后思考題。

四、實(shí)驗(yàn)探究

師生共同選擇第二個(gè)方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，學(xué)生分組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)之前，用多媒體展示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理表格。

提示學(xué)生將實(shí)驗(yàn)所得結(jié)果填入表格。實(shí)驗(yàn)完畢，分析表格，初步得到結(jié)論a和F成正比，a和m成反比。

引導(dǎo)學(xué)生應(yīng)用CAI課件，采用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（需要多組實(shí)驗(yàn)結(jié)果）。師生共同得到結(jié)論，a和F成正比，a和m成反比。

五、總結(jié)并得到結(jié)論

通過(guò)實(shí)驗(yàn)我們得到：物體的加速度跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比。 這就是牛頓第二定律。

六、教后記：

現(xiàn)在的中學(xué)課堂，更多的強(qiáng)調(diào)學(xué)生的自主學(xué)習(xí)，主動(dòng)學(xué)習(xí)。這一點(diǎn)也是離不開(kāi)教師的積極引導(dǎo)。而師生課堂里學(xué)生參與程度最高的該數(shù)實(shí)驗(yàn)教學(xué)。本教學(xué)設(shè)計(jì)也是注重學(xué)生的親身體會(huì)，使學(xué)生充分參與進(jìn)來(lái)，能有更深刻的體會(huì)，對(duì)知識(shí)的理解也更透徹。endprint