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探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系一、教學(xué)目標(biāo):1、知識(shí)與技能(1)學(xué)會(huì)用控制變量法探究加速度與力和質(zhì)量之間的關(guān)系(2)能應(yīng)用計(jì)算機(jī)和圖像法分析處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)(3)從實(shí)驗(yàn)中得出加速度與力成正比,與質(zhì)量成反比2、過(guò)程與方法(1)體驗(yàn)科學(xué)研究的基本步驟(2)知道一種常用的研究方法——控制變量法3、情感態(tài)度與價(jià)值觀(1)使學(xué)生在互相協(xié)作中,體驗(yàn)團(tuán)隊(duì)精神(2)培養(yǎng)學(xué)生尊重事實(shí),實(shí)事求是的科學(xué)研究作風(fēng)二、教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)及其教學(xué)策略:重點(diǎn):用控制變量法探究加速度與力和質(zhì)量之間的關(guān)系教學(xué)策略:通過(guò)教師的引導(dǎo),學(xué)生的互相討論,得出實(shí)驗(yàn)的步驟和數(shù)據(jù)處理的方法。教學(xué)難點(diǎn)及其教學(xué)策略:難點(diǎn):利用Excel處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并畫(huà)出相關(guān)的圖像
教學(xué)策略:通過(guò)教師的講解和演示,讓學(xué)生體驗(yàn)用計(jì)算機(jī)處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。三、設(shè)計(jì)思路本課題設(shè)計(jì)思路旨在讓學(xué)生體驗(yàn)科學(xué)研究的基本步驟。通過(guò)復(fù)習(xí)牛頓第一定律等已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)引出課題——探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系。在教師的引導(dǎo)下,學(xué)生通過(guò)討論、交流,根據(jù)已有的器材,設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。并利用Excel處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并畫(huà)出相關(guān)的圖像,找出各個(gè)量之間的關(guān)系。四、教學(xué)資源學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材:光滑的水平板(一端帶有定滑輪);砝碼,沙和沙桶,細(xì)繩,十臺(tái)裝有office軟件的計(jì)算機(jī)。演示器材:與學(xué)生器材相同有關(guān)物體運(yùn)動(dòng)的錄像和圖片多媒體教學(xué)設(shè)備一套:可供實(shí)物投影、放像、課件播放等。五、教學(xué)過(guò)程教師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)點(diǎn)評(píng)引入新課(確定課題)播放有關(guān)物體運(yùn)動(dòng)的錄像和圖片。提問(wèn):1、物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變快慢用什么物理量來(lái)描述,物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變與何因素有關(guān)?關(guān)系是什么?2、剛才的回答只是定性說(shuō)明了加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系,它們的關(guān)系到底是正比和反比關(guān)系還是一次函數(shù)或二次函數(shù)關(guān)系呢?本節(jié)課我們就通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)探究這一關(guān)系?;卮穑?、物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變快慢用加速度來(lái)描述;加速度與物體質(zhì)量及物體受力有關(guān),關(guān)系是:物體受力越大,物體加速度越大;物體質(zhì)量越大,物體加速度越?。寣W(xué)生觀看錄像和動(dòng)畫(huà),使學(xué)生對(duì)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的改變有一個(gè)感性認(rèn)識(shí),由此創(chuàng)設(shè)情景,引出課題。新課教學(xué)(設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案)1、根據(jù)加速度與物體質(zhì)量及物體受力的關(guān)系,我們很容易猜想它們之間可能是正比或反比的關(guān)系,那么我們?nèi)绾蝸?lái)證實(shí)自己的猜想是否正確呢?2、那么我們應(yīng)該通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)測(cè)定那些物理量呢?3、我們知道質(zhì)量可以用天平進(jìn)行測(cè)量,力可以用彈簧秤測(cè)量,那么加速度怎么來(lái)測(cè)定呢?4、請(qǐng)大家回想前面學(xué)過(guò)的與加速度有關(guān)的各種公式,看看能不能發(fā)現(xiàn)測(cè)定加速度辦法。5、我們可以發(fā)現(xiàn)前面三個(gè)公式都要涉及到速度,而要測(cè)量速度也比較困難,后面兩個(gè)公式只要測(cè)定位移和時(shí)間就可以了,位移可以用直尺測(cè)量,時(shí)間可以用秒表或打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量,我們先看公式,請(qǐng)問(wèn)這個(gè)公式在什么時(shí)候成立呢?當(dāng)滿足什么條件時(shí),加速度和位移成正比關(guān)系?6、而利用公式我們可以來(lái)判斷一個(gè)物體是不是做的勻加速運(yùn)動(dòng),判斷的條件是什么?7、現(xiàn)在我們還不清楚物體在力的作用下到底做什么樣的運(yùn)動(dòng),所以我們選用來(lái)測(cè)定加速度應(yīng)該更為科學(xué),那么以前我們?cè)趯?shí)驗(yàn)中用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)定加速度時(shí)用的公式是什么呢?8、請(qǐng)大家設(shè)計(jì)一個(gè)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究加速度與力和質(zhì)量的關(guān)系的實(shí)驗(yàn)原理圖。7、該實(shí)驗(yàn)裝置中,水平方向是不是只受到鉤碼的拉力作用?還有沒(méi)有其他力?這個(gè)力對(duì)實(shí)驗(yàn)有沒(méi)有影響?如何消除這一影響呢?8、我們可以利用斜面,讓重力的下滑分力來(lái)抵消摩擦力的影響。這樣物體的加速度就完全由拉力來(lái)產(chǎn)生了。9、那么怎樣才能確定重力的下滑分力已經(jīng)把摩擦力的影響抵消了呢?討論、回答:1、可以通過(guò)實(shí)驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證。2、加速度,質(zhì)量和力三個(gè)量。3、用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器進(jìn)行測(cè)定加速度。4、與加速度有關(guān)的公式有:5、是初速度為零的勻加速運(yùn)動(dòng)的位移公式。當(dāng)運(yùn)動(dòng)時(shí)間相同時(shí),兩個(gè)物體的位移和加速度成正比。6、△S是常數(shù),則物體就做勻加速運(yùn)動(dòng)。7、還受到摩擦力的作用,對(duì)實(shí)驗(yàn)有影響。9、當(dāng)小車(chē)在斜面上能夠勻速下滑時(shí)就說(shuō)明已經(jīng)抵消了。引導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行猜想影響加速度的因素,確定需要研究的物理量,將問(wèn)題量化。根據(jù)已經(jīng)學(xué)過(guò)的知識(shí)來(lái)確定實(shí)驗(yàn)原理,可以使學(xué)生體會(huì)如何將所學(xué)的知識(shí)指導(dǎo)實(shí)踐,加深對(duì)知識(shí)的理解。通過(guò)引導(dǎo)學(xué)生對(duì)影響實(shí)驗(yàn)的各種因素進(jìn)行分析,讓學(xué)生進(jìn)一步體會(huì)所學(xué)的知識(shí)的實(shí)踐意義,培養(yǎng)他們的創(chuàng)新能力。(設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟)1、我們現(xiàn)在要研究加速度與力和質(zhì)量三者的關(guān)系,如何進(jìn)行研究比較好?為什么?2、這種方法在科學(xué)研究中稱(chēng)為控制變量法,所以我們可以先保持小車(chē)質(zhì)量不變研究加速度跟力的關(guān)系,再保持力不變研究加速度跟小車(chē)質(zhì)量的關(guān)系,請(qǐng)大家按照這個(gè)思路設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄表。學(xué)生討論,回答:分別研究比較好,同時(shí)改變的話,無(wú)法確定加速度的改變是由哪個(gè)量變化引起的。1、研究加速度跟力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)步驟:(學(xué)生設(shè)計(jì))(1)擺放好實(shí)驗(yàn)裝置,調(diào)整倒小車(chē)能在斜面上勻速下滑。用彈簧秤測(cè)出沙桶重力F計(jì)入表格,將車(chē)?yán)酱螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。(2)打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,釋放小車(chē),得到紙帶,并在紙帶上計(jì)下沙桶的重量。(3)改變沙的質(zhì)量,重復(fù)以上的步驟4次。(4)分別在紙帶上定下7個(gè)清晰的點(diǎn),用尺量出相鄰點(diǎn)之間的距離填入表格。次數(shù)拉力F加速度aS1S2S3S4S5S61………2、研究加速度跟質(zhì)量的關(guān)系:實(shí)驗(yàn)步驟:(學(xué)生設(shè)計(jì))(1)保持沙桶質(zhì)量不變。用天平測(cè)出小車(chē)質(zhì)量m計(jì)入表格,將車(chē)?yán)酱螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。(2)打開(kāi)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源,釋放小車(chē),得到紙帶,并在紙帶上計(jì)下車(chē)的質(zhì)量。(3)在車(chē)上放砝碼改變車(chē)的質(zhì)量,重復(fù)2~3的步驟4次。(4)分別在紙帶上定下7個(gè)清晰的點(diǎn),用尺量出相鄰點(diǎn)之間的距離計(jì)入表格。次數(shù)車(chē)質(zhì)量加速度aS1S2S3S4S5S61………在老師的指導(dǎo)下,學(xué)生通過(guò)討論,確定實(shí)驗(yàn)的研究方法——控制變量法。讓學(xué)生自己設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟,并互相交流,從中確定最佳實(shí)驗(yàn)方案,制作記錄實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的表格,和數(shù)據(jù)處理的方法。培養(yǎng)他們的實(shí)驗(yàn)?zāi)芰?,為以后進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究打下基礎(chǔ)。(實(shí)驗(yàn)探究)指導(dǎo)學(xué)生安裝實(shí)驗(yàn)裝置,進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。為節(jié)省時(shí)間,所以我們共同完成這個(gè)實(shí)驗(yàn):每2組共同完成一個(gè)表格數(shù)據(jù)的測(cè)量,每個(gè)組測(cè)量三組數(shù)據(jù)。各小組協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)。在學(xué)生進(jìn)行實(shí)驗(yàn)時(shí),老師應(yīng)該進(jìn)行必要的指導(dǎo),讓每個(gè)學(xué)生都有動(dòng)手的機(jī)會(huì)。(數(shù)據(jù)處理)為了提高效率,我們采用計(jì)算機(jī)處理數(shù)據(jù),下面以“探究加速度與力的關(guān)系”測(cè)得的數(shù)據(jù)為例,介紹用Excel軟件處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的方法。(投影演示)打開(kāi)電腦中的Excel軟件,將實(shí)驗(yàn)中測(cè)得的數(shù)據(jù)輸入電腦。在Excel中的“加速度”一列中第一個(gè)空格輸入:“=(G2+H2+I2-(D2+E2+F2))/(9*”后回車(chē),則在C2格中就出現(xiàn)了加速度的值。然后將鼠標(biāo)選中C2格并移到右下腳當(dāng)光標(biāo)變?yōu)閷?shí)心的十字架時(shí)按下鼠標(biāo)左鍵向下拖動(dòng),即可算出其他的加速度值。從這些加速度的數(shù)值上還是無(wú)法確定加速度與力的關(guān)系,因?yàn)閱斡袛?shù)值還不直觀,根據(jù)這些數(shù)據(jù)如何才能比較直觀的確定加速度與相關(guān)物理量的關(guān)系?現(xiàn)在利用計(jì)算機(jī)可以很方便的作出加速度與拉力之間的關(guān)系圖,下面介紹用Excel軟件作圖的方法。1、在Excel中選中需要作圖的數(shù)據(jù)區(qū)域,單擊“插入”菜單中的“圖表”。2、在跳出的對(duì)話框中選中“XY散點(diǎn)圖”,單擊“下一步”進(jìn)入“步驟二”,再單擊“下一步”進(jìn)入“步驟三”。3、在“步驟三”中完成對(duì)圖表標(biāo)題,坐標(biāo)軸的標(biāo)題等的設(shè)置,單擊“完成”就生成了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分布圖。4、選中圖中的數(shù)據(jù)點(diǎn),在右鍵菜單中選擇“添加趨勢(shì)線”,在對(duì)話框中的“類(lèi)型”項(xiàng)選中“線性”,在“選項(xiàng)”項(xiàng)中勾選“顯示公式”和“顯示R平方值”兩項(xiàng),單擊“確定”按鈕。5、圖中的散點(diǎn)之間就被畫(huà)上了直線,在圖線旁邊有直線的方程,R2值越接近1說(shuō)明數(shù)據(jù)點(diǎn)與圖線的吻合程度越好,方程所描述的關(guān)系就越能反映實(shí)際情況。讓學(xué)生按照這一方法畫(huà)出“a—m”圖線,老師在教室巡視,及時(shí)指導(dǎo)學(xué)生畫(huà)圖,學(xué)生畫(huà)好圖線后發(fā)現(xiàn)在添加趨勢(shì)線后如果仍然用“線性”,R2的值偏離1較大,而且很多點(diǎn)也不在直線上。這說(shuō)明“a—m”的關(guān)系不一定是線性的,可以在圖線上右擊選中“趨勢(shì)線格式”,打開(kāi)對(duì)話框“類(lèi)型”,改選“乘冪”后“確定”,發(fā)現(xiàn)圖線變成了曲線,方程變?yōu)榱藘绾瘮?shù)形式,指數(shù)接近-1,R2的值非常接近1,因此可以確定a與m成反比關(guān)系。為了進(jìn)一步熟練數(shù)據(jù)處理的方法和軟件,可以讓學(xué)生用剛才的方法畫(huà)出“a—1/m”的圖線,進(jìn)一步確定a與m的關(guān)系。學(xué)生跟著教師的操作,輸入數(shù)據(jù)并計(jì)算出加速度的值。學(xué)生討論回答最好有方程或圖線,用圖象來(lái)尋找關(guān)系比較直觀和簡(jiǎn)單。學(xué)生跟著教師的演示進(jìn)行操作,作出圖線。根據(jù)方程得出加速度與力的關(guān)系。并獨(dú)立操作,完成加速度與質(zhì)量關(guān)系的
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