“实验：探究加速度与力、质量的关系”教学案例与评析

彭长礼 肖华平

(南康中学 江西 赣州 341400 )

1 教学案例

1.1 创设情境引入新课

同学们，上一节我们学习了牛顿第一定律，知道力是速度变化的原因，而速度改变快慢用加速度来描述，那么加速度与什么因素有关呢？先请大家看一个实验(演示双层轨道实验)，如图1所示.

图1 双层轨道演示实验

(1)这是两辆质量相同的小车，通过一根系着小桶的细线连接，小桶中放入砝码，从而给小车一拉力，同时释放小车，请同学们观察．

(事先在两小桶中放入不同质量的砝码使小车所受拉力不同，让学生比较小车的加速度大小)

目的：引入如何比较小车加速度的方法.

(2)在刚才加速度更小的小车的小桶中加10 g砝码，再比较哪辆小车加速度更大？

目的：说明加速度和外力有关.

(3)在刚才加速度更大的小车上加300 g砝码，再比较哪辆小车加速度更大？

目的：说明加速度和质量有关．

师：通过刚才的实验说明物体的加速度与物体所受外力和自身的质量有关，那么它们存在什么关系呢？今天我们就来探究这个问题．

语言要有激情，调动学生的学习热情．

1.2 新课教学

提出猜想

教师：那么加速度与合外力、质量到底有怎样的定量关系呢？

学生讨论，教师在学生分析的过程中板书归纳．

探究a与F和m的定量关系

(1)确定研究方法

像这种一个物理量与多个因素有关时，一般采用控制变量法来研究？比如，研究小车加速度a与拉力F关系时，控制小车质量m一定；研究小车加速度a与小车质量m关系时，控制拉力F,即控制小桶中砝码质量一定．

(2)方案探究

下面请同学们根据刚才实验以及自己桌面上提供的器材(带滑轮的长木板、小车、打点计时器、钩码、砝码、纸带等)相互探讨一下，可以采用怎样的方案，能够简单、准确地找到a与F，a与m的关系．(给学生1～2 min时间交流，让学生自己思考)

请两个组的代表给出他们的方案．(调动学生的学习热情，培养学生的表达能力)

引导学生用比较法探究

所以

(3) 学生进行实验探究和数据处理

下面请同学们根据比较法来亲自探究一下a与F和m的关系，并把结果填在教师发下来的表格中，同时请一组同学到讲台上来做(教师巡视指导，发现问题，规范学生的操作)

师：同学们，我注意到很多同学做完了，请几个代表来给出他们的结果(声音稍微刚脆有力一些，可以引起还在做实验的学生的注意，用展台展示学生的实验结果，对做得比较好的要给予表扬，同时纠正存在的问题).

(4)教师探究

刚才大家用了比较法，我们能否直接测量出小车的a，m，F，来看看a与F和m的具体关系呢？(有的学生会提出一些好的方法，要给予表扬)

今天老师带了一套先进的软件可以直接测出小车的加速度(介绍郎威实验仪器：有哪些器材，如何操作，如何采集数据等，语言要精练，有激情)，如图2所示.

图2 朗威实验仪器

现在开始实验，请同学一边把数据记录在自己的表格中，一边注意观察操作的过程(让学生参与到实验中来以调动学生的积极性，边操作边大声解释过程，完成6组数据)如图3所示.

图3 朗威教学软件绘图

注意向学生解释：

1)第一个v-t图要解释两个细节：v-t图的特征(先平、后斜、再下降)和在v-t上取哪一段图求a？

2)出来一组数据后，说明：数据的处理方法，其中作a-F图像法与直接比较法；我们采用a-F图，直接比较法课后学生自己分析．

实验结论

尽管刚才只用两种方法，测出了几组数据，但经过大量的实验及事实证明，当质量一定时，物体的加速度与所受外力成正比；当外力一定时，物体的加速度与它的质量成反比．

规律应用

举生活中的一些事例，培养学生应用所学知识的能力，体验探索自然规律的艰辛与喜悦．

小结

同学们，这节课通过比较法和直接测量法两种途经探究了物体加速度与外力、质量的关系，并得到最终的结果：物体加速度与所受的外力成正比，与它的质量成反比．

课后作业

如何减小因摩擦带来的误差.

2 案例评析

探究性实验是以获取物理新知识为目的教学方式，既可以复习旧的知识，又可以获取新知识．本堂课的难度在于如何确定实验方案探究物理量之间的关系．这是学生第一次遇到用实验探究一个物理量同时跟两个物理量有关的多元问题，所以应该引导学生去寻求研究问题的实验方法．

新课标一个很大不同就是其注重的是对学生动手能力、探究能力、自己观察现象总结的能力.同样是这一节课，以前是验证牛顿第二定律，注重的是知识的再现；而现在变为探究加速度与力、质量之间的关系，注重的是问题的提出与发现．本节课以实验的形式出现，不仅锻炼学生的动手能力，更重要的是如何提出问题，这些才是现代中学生最应该掌握的方法和技巧．实验过程中要引导学生自己独立完成实验，独立进行数据的处理，最后讨论实验结果，看在哪些方面做得好，哪些方面存在问题．

应该放手让学生自主设计实验，即使实验方案不符合要求，也要加以鼓励，因为学生在设计和操作中的体验是很重要的．