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高中物理人教版 (新课标)必修12 实验：探究加速度与力、质量的关系教学设计及反思
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这是一份高中物理人教版 (新课标)必修12 实验：探究加速度与力、质量的关系教学设计及反思，共14页。教案主要包含了设计实验方案，做实验并记录数据，分析实验数据并得出结论，课堂小结，作业等内容，欢迎下载使用。
三维目标
知识与技能
1、理解物体运动状态的变化快慢即加速度大小与力有关，与质量也有关。
2、通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。
3、培养学生动手操作能力。
过程与方法
1、指导学生半定量地探究加速度与力和质量的关系，知道用控制变量法进行实验。
2、引导学生自己设计实验，并根据设计进行实验。
3、对实验数据进行处理，并能根据数据结果得出结论。
情感、态度、价值观
1、通过实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。
2、通过探究激发学生的求知欲和创新精神。
3、培养与人合作的团队精神。
教学重点
1、控制变量法的使用。
2、如何提出实验方案，并使实验方案合理可行。
3、实验数据的分析和处理。
教学难点
1、在老师引导下提出切实可行的实验方案。
2、理解数据分析的方法
教学用具
多媒体课件，小车（20辆，每辆车上贴上质量为200g，贴上参照车与实验车），一端带有滑轮长木板（20个），一次性小塑料口杯及棉线套（20个，质量可忽略），50克规格钩码10盒（每盒10个），托盘天平砝码20盒，刻度尺（米尺），线绳若干，铁文件夹10个，计算机和大屏幕投影系统一套（装有excel软件），（若投影不清晰可配备喷墨打印机一台备用），计算器。
其他要求
上课地点为实验室，共分成10组，五个学生一组，每组男、女生都要有，选出组长一名。每组桌上贴上组号，每个学生发学案一张（内容见附件），每组同学带课本，计算器，铅笔。
课时安排
1课时
教学过程
一、设计实验方案（回答学案上的问题）
问题1：本节课研究物体运动的加速度大小跟什么有关，请同学们先猜一猜加速度大小跟什么有关？
教师注意：学生可能猜出质量和力以外的因素，教师引导或告之本节课只探究加速度与力和质量的关系。
问题2：请同学们猜一猜加速度与力、质量有什么关系，列举出实例。
（如绿灯亮后，摩托车先冲出，然后小轿车，最后载重货车，说明质量大加速度小；方程式赛车的发动机功率大，启动快，加速度大，说明力大加速度大）
教师可以展示相关视频（如小轿车和载重汽车起动与制动；方程式赛车启动）
问题3：能否从理论上验证力越大，加速度越大，质量越大，加速度越小是合理的？
力是改变运动状态的原因，力大运动状态容易改变，而运动状态的改变快慢是用加速度来描述的，因此力大，加速度大；质量是惯性大小的量度，质量大，惯性大，运动状态难改变。即加速度小。
教师注意：学生回答这一问题时，容易用举实例法，教师注意引导从理论出发。
问题4：研究一个物理量同时与两个物理量有什么关系，应当采用什么方法？
控制变量法
问题5：初中用过这种办法吗？
或压强等
问题6：保持质量一定，怎样研究加速度与力的关系，或保持力一定，怎样研究加速度与质量的关系？
学生会回答出用打点计时器测出几个加速度及所对应的力，分析加速度与力关系或加速度与质量关系，若不提测加速度，可追问如何测出加速度。
问题7：鉴于实验室的打点计时器故障很多，大家都领教过，也鉴于用纸带测出加速度是我们已经掌握的一种技能，因此本次探究加速度与力、质量关系不想用此方法。请同学们另外设计出一种切实可行的实验方法？
（1）阐述实验的理论依据，及对实验方法的初步设计。
（2）在此理论框架内，具体的实验方案是什么？
（讨论三分钟，每组组长发言。）
学生讨论，如果不能得出结论，可以先参考课本43页“做一做”栏目，再讨论，最后可以给出课本78页参考案例。
在此理论依据下，能否再设计出一种实验方案。（再给5分钟讨论，讨论后，每组组长发言。）
本节课用铁文件夹的方案，但还要先解决一个问题。
问题8：绳拉小车的力是小车受的合力吗？
问题9：我们必须要使绳拉小车的力成为小车受到的合力，否则还要计算滑动摩擦力，使问题复杂化，那么怎样去掉摩擦力呢？
（1）用重力分力平衡掉摩擦力（投影图片）（倾斜板，直到小车放上后恰能静止或匀速，本次采用轻推后匀速）采用垫两本书的方式。
（2）减小摩擦力（气垫导轨）
二、做实验并记录数据
1、为了节省时间，做一下分工，1-5组探究加速度与力的关系，参照表一和表二要求（见学案）；6-10组探究加速度与质量的关系，参照表三和表四要求（见学案），各组至少要做出自己组负责的数据（可多做几次，取一组最好的），在此基础上可以做其他数据，要填写好表格。
2、平衡摩擦力时不必将拴有口杯小桶的绳子解下，车后拖的绳子也不用解下，放在车上即可。
3、注意铁夹子的位置。
4、注意实验中同学之间互相配合，如谁扶住板，谁控制铁夹放收，谁负责更换砝码和保证绳在滑轮内并负责保护仪器，谁负责测量记录等。
三、分析实验数据并得出结论
1、各组组长读出自己组测的数据，其他组纪录。
2、分析表二和表四，得出什么结论？
在两车质量一样的情况下，实验车受的力是参照车的多少倍，加速度就是参照车的多少倍，说明加速度与力成正比；在两车受力一样的情况下，实验车总质量是参照车的几倍，加速度就是参照车的几分之一，说明加速度与质量成反比。
3、用excel处理数据。
（1）提问：能否利用5组的数据画出x-F,x-m的关系图象呢？（不能，各组时间不同）
（2）可以画出位移之比与力之比的关系图像，及位移之比与质量比的关系图像，就克服了时间不同的问题。仿照课本35页方法，利用表二的数据拟合出x2/x1与F2/F1关系，并分析得出结论。x2/x1与F2/F1成正比，说明a2/a1与F2/F1成正比，说明a与F成正比。
利用表四的数据拟合出x2/x1与m2/m1关系及x2/x1与m1/m2关系并分析得出结论。x2/x1与m1/m2成正比，说明a2/a1与m1/m2成正比，说明a与m成反比。
四、课堂小结
1、高中第一次接触控制变量法。
2、爱因斯坦有一句名言：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”，因此猜想出加速度与质量、力的关系比实验验证重要，提出实验方案比实验操作重要，通过本节课，大家要好好体会。
3、体会合作的含义（组内与组间），现代科研是需要团队精神的。
五、作业：
1、思考题：除了摩擦力以外，你觉得引起误差的主要原因还有什么？为克服这一问题，请设计出改进的实验方案。
2、思考题：用气垫导轨做实验可以基本消除摩擦力影响，如果结合光电计时器也可以测量加速度大小，大家参考课本32页第4题设计一个探究加速度与力、质量关系的实验，条件是没有滑轮系统，但有量角器。（进一步问，无量角器，但有直尺行不行？）
附：教学案
一、设计实验方案
问题1：本节课我们研究物体运动的加速度大小跟什么有关，请同学们先猜一猜加速度大小跟什么有关？
问题2：请同学们猜一猜加速度与力、质量有什么关系，列举出实例。
问题3：能否从理论上验证力越大，加速度越大，质量越大，加速度越小是合理的？
问题4：研究一个物理量同时与两个物理量有什么关系，应当采用什么方法？
问题5：初中用过这种办法吗？
问题6：保持质量一定，怎样研究加速度与力的关系，或保持力一定，怎样研究加速度与质量的关系？
问题7：
问题8：绳拉小车的力是小车受的合力吗？
问题9：我们必须要使绳拉小车的力成为小车受到的合力，否则还要计算滑动摩擦力，使问题复杂化，那么怎样去掉摩擦力呢？
二、做实验并记录数据
1、1-5组探究加速度与力的关系，参照表一和表二要求；6-10组探究加速度与质量的关系，参照表三和表四要求，各组至少要做出自己组负责的数据（可多做几次，取一组最好的），在此基础上可以做其他数据，要填写好表格。
2、平衡摩擦力时不必将拴有口杯小桶的绳子解下，车后拖的绳子也不用解下，放在车上即可。
3、注意铁夹子的位置。
4、注意实验中同学之间互相配合，如谁扶住板，谁控制铁夹放收，谁负责更换砝码和保证绳在滑轮内并负责保护仪器，谁负责测量记录等。
表一（两车质量均为200g+100g）
表二（两车质量均为200g+100g）
表三（两车绳上挂的钩码均为40g）
表四（两车绳上挂的钩码均为40g）
三、分析实验数据并得出结论
1、各组组长读出自己组测的数据，其他组纪录。
2、分析表二和表四，得出什么结论？
3、用excel处理数据。
（1）思考：能否利用5组的数据画出x-F,x-m的关系图象呢？
（2）仿照课本35页方法，利用表二的数据拟合出x2/x1与F2/F1关系，并分析得出结论。
利用表四的数据拟合出x2/x1与m2/m1关系及x2/x1与m1/m2关系并分析得出结论。
作业：
1、思考题：除了摩擦力以外，你觉得引起误差的主要原因还有什么？为克服这一问题，请设计出改进的实验方案。
2、思考题：用气垫导轨做实验可以基本消除摩擦力影响，如果结合光电计时器也可以测量加速度大小，大家参考课本32页第4题设计一个探究加速度与力、质量关系的实验，条件是没有滑轮系统，但有量角器。（无量角器，但有直尺行不行？）
教学设计说明
1、教参上要求本课安排2课时，第1课时设计实验方案，第2课时实验操作与处理数据。为什么我只安排了1课时？
（1）考虑到课本已给出设计的答案，造成实验设计的难度大大降低；同时也对设计出新方案提供了思维范围的参考，因此可能设计环节会在15分钟左右完成。如果学生设计不出，老师会设计一些小问题作为思维的台阶，如果在老师引导下15分钟内还是设计不出，给他45分钟也徒劳。
（2）实验操作基本上是简单动作的重复，何况计划每一组只测一组数据，因此不会用很多时间。由于计划数据的处理当堂完成，而实验室只有一台电脑，操作过程由教师来完成，因此在作图上不会花费很多时间，只是在分析图像时可能用的时间多一点。
综上两点，我只安排了1课时。
2、铁文件夹的方案有系统误差，为什么教学中仍然采用。
（1）笔者认为越是朴素、简单的器材，越能反映出实验的本质，越能体现物理的研究之美，另外器材的简单必然导致学生主体地位的体现，即从操作，到测量纪录，再到计算分析都是学生动手完成，学生在行动中充分体会实验的原理和技巧，提高了能力。
（2）当然，为了解决铁夹子闭合后相对绳子还要运动的问题，笔者在上课前也尝试了一些改进措施，但发现都不如铁文件夹方案效果好，如利用数码相机拍照的方案，相机的反应时间太长，车都要碰上定滑轮了，画面还没有被定格。再如笔者设计出车后拖纸带，纸带穿过打点计时器的限位孔，利用手同时迅速按一下两个振片使振针在两个纸带上留下一个点迹，从而得到两辆车运动的位移，但是操作中发现纸带总被限位孔磨破从而被卡住。
（3）没有按照教参上的方法对铁文件夹进行固定改进，因为采用手按住夹子的方法效果也不错，只是由于学校只有一种50g规格的钩码，所以用一次性塑料口杯做成小桶来装钩码和天平的砝码，算是一点改进。至于做几次实验，每一次的车质量与力大小完全参照教参上的案例。
3、为什么学生提出用铁文件夹的方案后，还要求设计新的实验方案？
（1）因为课本上有此方案，学生肯定都作了预习，所以提出铁文件夹的方案“设计”的成份大打折扣，让学生讨论有走形式，假探究之嫌。
（2）重新设计出不同的实验方案，有助于创新能力的培养。
（3）为了降低难度，对实验的原理依据做了限定。
4、为什么一组只测一组数据？
（1）时间紧迫，在设计实验与数据处理环节上要消耗大量时间。
（2）测量过程基本上是同一动作的重复，没有必要重复很多次。
（3）可以有时间在同一个质量与力情况下多测几次，有助于提高准确性。
（4）在处理数据时，不仅要参考本组的数据，更要参考其他组的数据，让学生体会到合作的意义。
5、课本上没有平衡摩擦力这一环节，为什么要加上这一环节？
（1）提高准确性。
（2）刚刚学完力的分解，可以复习检验这部分知识，同时体会分解力的实际应用。
（3）为牛顿第二定律中F为F合做铺垫。
6、为什么用excel软件处理数据
（1）提高用计算机辅助的意识。
（2）提高数据处理的准确性，结论的可信性，弥补缺少传感器等精密设备的不足。
7、数据的图像处理为什么不采用直接研究x-F与x-m，而研究F之比与x之比的关系，研究m之比与x之比的关系，肯定是教学的难点，为此，做了一个铺垫的思考题：能否利用5组的数据画出x-F,x-m的关系图象呢？目的是启发出不能直接研究x-F与x-m的图像关系，但对学生想出处理力之比与位移之比，质量之比与位移之比的图像是否有启发性，笔者心理也没底。
教学过程中关键环节完成情况简介：
1、由于担心时间不够用，所以一上课临时做了一些调整，提出：本节课的目的是用实验的方法探究加速度与力、质量的关系，因此凡是和实验没有直接关系的内容先略过不谈，直接从学案的第4个问题开始。
2、学生在回答第6个问题时，说出力大，加速度就大后，说出力与加速度成正比的结论，同样依据质量大，加速度就小得出加速度与质量成反比的结论，老师及时作了纠正。
3、在设计实验的环节
（1）学生说出让两辆车同时启动，同时静止，这样运动时间就一样，根据x=，位移关系，就是加速度关系。老师马上意识到学生看了课本的实验案例，指出若表达成同时启动，同时静止，则全程的加速度是变化的，公式x=并不适用，在此时只能直接给出课本的案例，同时问学生铁文件夹闭合后车是马上停止吗？引导学生得出应该表述成两辆车同时启动，运动相同时间，位移关系，就是加速度关系，同时也看出了实验中的一个缺陷，闭合铁文件夹后线绳相对夹子还要运动，测出的位移并不准。
（2）在学生自己设计方案时，为了降低难度，老师搭设了一个台阶，提醒：理论依据仍为x=，可以更换夹子，克服夹不住的毛病。第一组设计出为绳子加限位孔，孔上加装可以同时滴颜色水的滴管装置，可以在绳上留下记号。又提醒若没有铁夹子，也没有拖着的线绳怎么办？第十组设计出用数码相机频闪照相的方法，但提出让两车位移同，第六组同学作了补充，频闪照相，研究两次曝光之间小车的位移，老师又引导只研究从静止到第一次曝光时刻的位移即可，因为要用x=的理论依据。
此时学生的兴奋性较高，如果再给一段时间，学生肯定还可以提出新的实验方案，但为了教学进度，老师只能说课下再作交流。
4、平衡摩擦力的环节进展顺利，在老师引导下学生答出正确答案。
5、实验过程中
（1）第一组学生发现，在两辆车的质量与受力都一样的情况下，这一次实验车位移大，下一次又参考车位移大，所以第一组没有采集到数据，老师发现后及时让第三组采集了第一组的数据。
（2）有两个组的同学不注意细节，做实验时绳子已经蹭了桌子边，老师及时提醒。
6、分析处理数据
（1）高一、3班的数据如下
表一（两车质量均为200g+100g）
表二（两车质量均为200g+100g）
表三（两车绳上挂的钩码均为40g）
表四（两车绳上挂的钩码均为40g）
数据很不理想，无法继续进行下面的环节。
(2)及时给出上节课高一、2班作出的数据如下
表一（两车质量均为200g+100g）
表二（两车质量均为200g+100g）
表三（两车绳上挂的钩码均为40g）
表四（两车绳上挂的钩码均为40g）
然后引导学生分析数据。
（3）用图像处理数据环节
老师提问：能否利用5组的数据画出x-F,x-m的关系图像呢？学生好像不懂老师问题的含义，于是及时设置了一个台阶，第一组与第二组的力是二倍关系，那么他们的位移一定是二倍关系吗？学生马上反应出不一定，因为时间不一定相同。这样学生就能回答出老师提出的问题了。但是应该怎样把五组数据放一起作图像处理，学生还是回答不出，教师只能直接给出答案，并用excel画出图像。
高一、2班数据的图像如下
（4）时间所剩不多，由图象分析出结论由老师完成。
教学后记：
1、转天的物理课上，又给出多半节课的时间完成学案上的前三个问题，以及继续实验设计和回答两道思考题，在x=的理论框架内，学生又提出几种切实可行的方案，如用边缘涂有颜色的尺子突然按在绳子上留下记号；用摄像机录像再研究定格的画面等，有同学甚至提出用刀同时切断绳子的方法，虽不太适合采用，但也反映出同学思维的创造性。
在回答思考题1时学生提出两种改进方案较好，一是在铁夹子的上口涂颜色，应该说还是属于较传统的设计，二是在闭合夹子的瞬间松开手，让夹子被绳子带走，其他学生做一些保护措施，这种方法非常有创造性，应该是一种不拘泥于常规的方法，反映出学生潜在的创造能力是非常巨大的。另外，有同学提出造成实验误差的主要原因还有一个是两车摩擦力情况不一样，即在两车质量与受力情况一样时，两车加速的步调并不相同，但学生提不出改进措施，我认为除了更换小车直到两车同步调的方法外也没有其他办法。
在回答思考题2时，在老师引导下，学生顺利地提出倾斜导轨获得重力的分力充当动力的方法，改变导轨倾角，让导轨上端点的高度加倍，则倾角的正弦加倍，则动力加倍，再看加速度变化的情况，则可研究出a与F的关系；但在如何探究a与m的关系时遇到了困难，不好保持力不变，因为保持导轨倾角不变，在滑块上添加砝码，改变了滑块的质量也改变了重力分力的大小，讨论的结果只能是滑块质量加倍后，让导轨上端点的高度减半，则倾角的正弦减半，则动力可以保持不变。
2、课上我又提出用同一套器材，为什么2班同学做出的数据较好，3班做出的数据非常不好呢？学生除了说出2班把仪器用坏了的原因以外，说不出其他原因。
教学反思
1、关于课时安排的问题。
从教学过程来看，还是应该安排2课时。首先实验设计环节最能体现学生的创造能力，应该多花一些时间，学生在课堂上能提出切实可行的实验方案，而且思维相当活跃，在思维高潮时刻嘎然而止，学生有点意犹未尽的感觉。其次实验设计也不应该仅仅是设计出方案，还应该设计出操作步骤，如总共做几次实验，每一次的车质量与力分别多大，采集数据的表格如何设计，应该怎样处理数据等。还有如果时间充足，每一组都可以采集到五组数据，肯定班内有若干组的数据是合理的，而且最后处理数据的过程可以安排到计算机房，由学生自己完成，练习了excel软件的使用。
2、关于临时去掉学案上前三个问题的问题。
在教学过程中去掉了学案的前三个问题，但仍然没有达到充分完成教学任务的目的，所以去掉学案上的前三个问题的方法并不妥，只有把课时扩充成两课时才能解决根本问题，而且去掉前三个问题，造成整个教学过程的不完善，失去定性和实例佐证这两个环节。
3、 关于实验设计环节。
（1）限制了实验的理论依据和提醒更换铁夹子克服夹不住的毛病应该对学生能成功设计出实验方案起到了关键作用，这就说明科学探究中教师的引导是必不可少的。
（2）在上课之前，我内心认为学生不能设计出实验方案，即使老师作了引导，因此学生的表现令我吃惊，所以说学生的创造能力是潜在存在的，老师一定要给学生机会，一定要引导他们表现出这种能力，久而久之学生的素质才会真正提高。
4、关于数据的不合理性。
为什么同一套器材一个班的数据合理，另一个班的数据又不合理，我仍然找不到答案，有无同学违反操作程序在夹子闭合前用手挡住车以防止车撞上定滑轮；有无夹子闭合早、晚时机问题，还有什么可能的原因有待于进一步探究。
5、关于数据的处理
（1）在学生得出不能把五组数据放在一起作F-a，m-a的图线处理后，没有经过充分的师生互动和生生互动，教师就急于给出了作比的关系图像的结论，有一点儿突然，虽然说即使给了充足的互动时间，学生也不一定能得出正确答案，但那只能说是引导环节的失误，而不是现在的引导环节的缺失。
（2）图像的分析环节太仓促，如为什么研究a、m是否成反比关系不作a-m图像，而作a-1/m图像没有让学生充分讨论，甚至出现了一些失误，如图像并不过原点，老师也说正比例等。
参照车
实验车
组别
绳上挂的钩码/g
（代表力F1）
位移x1/cm
绳上挂的钩码/g（代表力F2）
位移x2/cm
1
20
30
2
20
40
3
20
50
4
20
60
5
20
70
组别
1
1.5
2
2.0
3
2.5
4
3.0
5
3.5
参照车
实验车
组别
车和车上砝码总质量/g
（代表质量m1）
位移x1/cm
车和车上砝码总质量/g
（代表质量m2）
位移x2/cm
1
300
200
2
300
400
3
300
500
4
300
600
5
300
700
组别
1
2/3=0.67
2
4/3=1.33
3
5/3=1.67
4
6/3=2.00
5
7/3=2.33
参照车
实验车
组别
绳上挂的钩码/g
（代表力F1）
位移x1/cm
绳上挂的钩码/g（代表力F2）
位移x2/cm
1
20
55
30
62
2
20
19
40
40.5
3
20
27
50
51
4
20
13.5
60
53.5
5
20
13
70
35
组别
1
1.5
1.13
2
2.0
2.13
3
2.5
1.89
4
3.0
3.96
5
3.5
2.69
参照车
实验车
组别
车和车上砝码总质量/g
（代表质量m1）
位移x1/cm
车和车上砝码总质量/g
（代表质量m2）
位移x2/cm
1
300
25
200
45
2
300
39
400
34
3
300
38
500
22
4
300
37
600
23.5
5
300
51
700
22.5
组别
1
2/3=0.67
1.8
2
4/3=1.33
0.87
3
5/3=1.67
0.57
4
6/3=2.00
0.63
5
7/3=2.33
0.44
参照车
实验车
组别
绳上挂的钩码/g
（代表力F1）
位移x1/cm
绳上挂的钩码/g（代表力F2）
位移x2/cm
1
20
35
30
50
2
20
23
40
43
3
20
20
50
46
4
20
19
60
50
5
20
17.5
70
59
组别
1
1.5
1.43
2
2.0
1.87
3
2.5
2.3
4
3.0
2.63
5
3.5
3.37
参照车
实验车
组别
车和车上砝码总质量/g
（代表质量m1）
位移x1/cm
车和车上砝码总质量/g
（代表质量m2）
位移x2/cm
1
300
33.5
200
51.5
2
300
43
400
35
3
300
58
500
43
4
300
56
600
31
5
300
40
700
21
组别
1
2/3=0.67
1.54
2
4/3=1.33
0.81
3
5/3=1.67
0.74
4
6/3=2.00
0.55
5
7/3=2.33
0.525
三维目标
知识与技能
1、理解物体运动状态的变化快慢即加速度大小与力有关，与质量也有关。
2、通过实验探究加速度与力和质量的定量关系。
3、培养学生动手操作能力。
过程与方法
1、指导学生半定量地探究加速度与力和质量的关系，知道用控制变量法进行实验。
2、引导学生自己设计实验，并根据设计进行实验。
3、对实验数据进行处理，并能根据数据结果得出结论。
情感、态度、价值观
1、通过实验，培养实事求是、尊重客观规律的科学态度。
2、通过探究激发学生的求知欲和创新精神。
3、培养与人合作的团队精神。
教学重点
1、控制变量法的使用。
2、如何提出实验方案，并使实验方案合理可行。
3、实验数据的分析和处理。
教学难点
1、在老师引导下提出切实可行的实验方案。
2、理解数据分析的方法
教学用具
多媒体课件，小车（20辆，每辆车上贴上质量为200g，贴上参照车与实验车），一端带有滑轮长木板（20个），一次性小塑料口杯及棉线套（20个，质量可忽略），50克规格钩码10盒（每盒10个），托盘天平砝码20盒，刻度尺（米尺），线绳若干，铁文件夹10个，计算机和大屏幕投影系统一套（装有excel软件），（若投影不清晰可配备喷墨打印机一台备用），计算器。
其他要求
上课地点为实验室，共分成10组，五个学生一组，每组男、女生都要有，选出组长一名。每组桌上贴上组号，每个学生发学案一张（内容见附件），每组同学带课本，计算器，铅笔。
课时安排
1课时
教学过程
一、设计实验方案（回答学案上的问题）
问题1：本节课研究物体运动的加速度大小跟什么有关，请同学们先猜一猜加速度大小跟什么有关？
教师注意：学生可能猜出质量和力以外的因素，教师引导或告之本节课只探究加速度与力和质量的关系。
问题2：请同学们猜一猜加速度与力、质量有什么关系，列举出实例。
（如绿灯亮后，摩托车先冲出，然后小轿车，最后载重货车，说明质量大加速度小；方程式赛车的发动机功率大，启动快，加速度大，说明力大加速度大）
教师可以展示相关视频（如小轿车和载重汽车起动与制动；方程式赛车启动）
问题3：能否从理论上验证力越大，加速度越大，质量越大，加速度越小是合理的？
力是改变运动状态的原因，力大运动状态容易改变，而运动状态的改变快慢是用加速度来描述的，因此力大，加速度大；质量是惯性大小的量度，质量大，惯性大，运动状态难改变。即加速度小。
教师注意：学生回答这一问题时，容易用举实例法，教师注意引导从理论出发。
问题4：研究一个物理量同时与两个物理量有什么关系，应当采用什么方法？
控制变量法
问题5：初中用过这种办法吗？
或压强等
问题6：保持质量一定，怎样研究加速度与力的关系，或保持力一定，怎样研究加速度与质量的关系？
学生会回答出用打点计时器测出几个加速度及所对应的力，分析加速度与力关系或加速度与质量关系，若不提测加速度，可追问如何测出加速度。
问题7：鉴于实验室的打点计时器故障很多，大家都领教过，也鉴于用纸带测出加速度是我们已经掌握的一种技能，因此本次探究加速度与力、质量关系不想用此方法。请同学们另外设计出一种切实可行的实验方法？
（1）阐述实验的理论依据，及对实验方法的初步设计。
（2）在此理论框架内，具体的实验方案是什么？
（讨论三分钟，每组组长发言。）
学生讨论，如果不能得出结论，可以先参考课本43页“做一做”栏目，再讨论，最后可以给出课本78页参考案例。
在此理论依据下，能否再设计出一种实验方案。（再给5分钟讨论，讨论后，每组组长发言。）
本节课用铁文件夹的方案，但还要先解决一个问题。
问题8：绳拉小车的力是小车受的合力吗？
问题9：我们必须要使绳拉小车的力成为小车受到的合力，否则还要计算滑动摩擦力，使问题复杂化，那么怎样去掉摩擦力呢？
（1）用重力分力平衡掉摩擦力（投影图片）（倾斜板，直到小车放上后恰能静止或匀速，本次采用轻推后匀速）采用垫两本书的方式。
（2）减小摩擦力（气垫导轨）
二、做实验并记录数据
1、为了节省时间，做一下分工，1-5组探究加速度与力的关系，参照表一和表二要求（见学案）；6-10组探究加速度与质量的关系，参照表三和表四要求（见学案），各组至少要做出自己组负责的数据（可多做几次，取一组最好的），在此基础上可以做其他数据，要填写好表格。
2、平衡摩擦力时不必将拴有口杯小桶的绳子解下，车后拖的绳子也不用解下，放在车上即可。
3、注意铁夹子的位置。
4、注意实验中同学之间互相配合，如谁扶住板，谁控制铁夹放收，谁负责更换砝码和保证绳在滑轮内并负责保护仪器，谁负责测量记录等。
三、分析实验数据并得出结论
1、各组组长读出自己组测的数据，其他组纪录。
2、分析表二和表四，得出什么结论？
在两车质量一样的情况下，实验车受的力是参照车的多少倍，加速度就是参照车的多少倍，说明加速度与力成正比；在两车受力一样的情况下，实验车总质量是参照车的几倍，加速度就是参照车的几分之一，说明加速度与质量成反比。
3、用excel处理数据。
（1）提问：能否利用5组的数据画出x-F,x-m的关系图象呢？（不能，各组时间不同）
（2）可以画出位移之比与力之比的关系图像，及位移之比与质量比的关系图像，就克服了时间不同的问题。仿照课本35页方法，利用表二的数据拟合出x2/x1与F2/F1关系，并分析得出结论。x2/x1与F2/F1成正比，说明a2/a1与F2/F1成正比，说明a与F成正比。
利用表四的数据拟合出x2/x1与m2/m1关系及x2/x1与m1/m2关系并分析得出结论。x2/x1与m1/m2成正比，说明a2/a1与m1/m2成正比，说明a与m成反比。
四、课堂小结
1、高中第一次接触控制变量法。
2、爱因斯坦有一句名言：“提出一个问题往往比解决一个问题更重要”，因此猜想出加速度与质量、力的关系比实验验证重要，提出实验方案比实验操作重要，通过本节课，大家要好好体会。
3、体会合作的含义（组内与组间），现代科研是需要团队精神的。
五、作业：
1、思考题：除了摩擦力以外，你觉得引起误差的主要原因还有什么？为克服这一问题，请设计出改进的实验方案。
2、思考题：用气垫导轨做实验可以基本消除摩擦力影响，如果结合光电计时器也可以测量加速度大小，大家参考课本32页第4题设计一个探究加速度与力、质量关系的实验，条件是没有滑轮系统，但有量角器。（进一步问，无量角器，但有直尺行不行？）
附：教学案
一、设计实验方案
问题1：本节课我们研究物体运动的加速度大小跟什么有关，请同学们先猜一猜加速度大小跟什么有关？
问题2：请同学们猜一猜加速度与力、质量有什么关系，列举出实例。
问题3：能否从理论上验证力越大，加速度越大，质量越大，加速度越小是合理的？
问题4：研究一个物理量同时与两个物理量有什么关系，应当采用什么方法？
问题5：初中用过这种办法吗？
问题6：保持质量一定，怎样研究加速度与力的关系，或保持力一定，怎样研究加速度与质量的关系？
问题7：
问题8：绳拉小车的力是小车受的合力吗？
问题9：我们必须要使绳拉小车的力成为小车受到的合力，否则还要计算滑动摩擦力，使问题复杂化，那么怎样去掉摩擦力呢？
二、做实验并记录数据
1、1-5组探究加速度与力的关系，参照表一和表二要求；6-10组探究加速度与质量的关系，参照表三和表四要求，各组至少要做出自己组负责的数据（可多做几次，取一组最好的），在此基础上可以做其他数据，要填写好表格。
2、平衡摩擦力时不必将拴有口杯小桶的绳子解下，车后拖的绳子也不用解下，放在车上即可。
3、注意铁夹子的位置。
4、注意实验中同学之间互相配合，如谁扶住板，谁控制铁夹放收，谁负责更换砝码和保证绳在滑轮内并负责保护仪器，谁负责测量记录等。
表一（两车质量均为200g+100g）
表二（两车质量均为200g+100g）
表三（两车绳上挂的钩码均为40g）
表四（两车绳上挂的钩码均为40g）
三、分析实验数据并得出结论
1、各组组长读出自己组测的数据，其他组纪录。
2、分析表二和表四，得出什么结论？
3、用excel处理数据。
（1）思考：能否利用5组的数据画出x-F,x-m的关系图象呢？
（2）仿照课本35页方法，利用表二的数据拟合出x2/x1与F2/F1关系，并分析得出结论。
利用表四的数据拟合出x2/x1与m2/m1关系及x2/x1与m1/m2关系并分析得出结论。
作业：
1、思考题：除了摩擦力以外，你觉得引起误差的主要原因还有什么？为克服这一问题，请设计出改进的实验方案。
2、思考题：用气垫导轨做实验可以基本消除摩擦力影响，如果结合光电计时器也可以测量加速度大小，大家参考课本32页第4题设计一个探究加速度与力、质量关系的实验，条件是没有滑轮系统，但有量角器。（无量角器，但有直尺行不行？）
教学设计说明
1、教参上要求本课安排2课时，第1课时设计实验方案，第2课时实验操作与处理数据。为什么我只安排了1课时？
（1）考虑到课本已给出设计的答案，造成实验设计的难度大大降低；同时也对设计出新方案提供了思维范围的参考，因此可能设计环节会在15分钟左右完成。如果学生设计不出，老师会设计一些小问题作为思维的台阶，如果在老师引导下15分钟内还是设计不出，给他45分钟也徒劳。
（2）实验操作基本上是简单动作的重复，何况计划每一组只测一组数据，因此不会用很多时间。由于计划数据的处理当堂完成，而实验室只有一台电脑，操作过程由教师来完成，因此在作图上不会花费很多时间，只是在分析图像时可能用的时间多一点。
综上两点，我只安排了1课时。
2、铁文件夹的方案有系统误差，为什么教学中仍然采用。
（1）笔者认为越是朴素、简单的器材，越能反映出实验的本质，越能体现物理的研究之美，另外器材的简单必然导致学生主体地位的体现，即从操作，到测量纪录，再到计算分析都是学生动手完成，学生在行动中充分体会实验的原理和技巧，提高了能力。
（2）当然，为了解决铁夹子闭合后相对绳子还要运动的问题，笔者在上课前也尝试了一些改进措施，但发现都不如铁文件夹方案效果好，如利用数码相机拍照的方案，相机的反应时间太长，车都要碰上定滑轮了，画面还没有被定格。再如笔者设计出车后拖纸带，纸带穿过打点计时器的限位孔，利用手同时迅速按一下两个振片使振针在两个纸带上留下一个点迹，从而得到两辆车运动的位移，但是操作中发现纸带总被限位孔磨破从而被卡住。
（3）没有按照教参上的方法对铁文件夹进行固定改进，因为采用手按住夹子的方法效果也不错，只是由于学校只有一种50g规格的钩码，所以用一次性塑料口杯做成小桶来装钩码和天平的砝码，算是一点改进。至于做几次实验，每一次的车质量与力大小完全参照教参上的案例。
3、为什么学生提出用铁文件夹的方案后，还要求设计新的实验方案？
（1）因为课本上有此方案，学生肯定都作了预习，所以提出铁文件夹的方案“设计”的成份大打折扣，让学生讨论有走形式，假探究之嫌。
（2）重新设计出不同的实验方案，有助于创新能力的培养。
（3）为了降低难度，对实验的原理依据做了限定。
4、为什么一组只测一组数据？
（1）时间紧迫，在设计实验与数据处理环节上要消耗大量时间。
（2）测量过程基本上是同一动作的重复，没有必要重复很多次。
（3）可以有时间在同一个质量与力情况下多测几次，有助于提高准确性。
（4）在处理数据时，不仅要参考本组的数据，更要参考其他组的数据，让学生体会到合作的意义。
5、课本上没有平衡摩擦力这一环节，为什么要加上这一环节？
（1）提高准确性。
（2）刚刚学完力的分解，可以复习检验这部分知识，同时体会分解力的实际应用。
（3）为牛顿第二定律中F为F合做铺垫。
6、为什么用excel软件处理数据
（1）提高用计算机辅助的意识。
（2）提高数据处理的准确性，结论的可信性，弥补缺少传感器等精密设备的不足。
7、数据的图像处理为什么不采用直接研究x-F与x-m，而研究F之比与x之比的关系，研究m之比与x之比的关系，肯定是教学的难点，为此，做了一个铺垫的思考题：能否利用5组的数据画出x-F,x-m的关系图象呢？目的是启发出不能直接研究x-F与x-m的图像关系，但对学生想出处理力之比与位移之比，质量之比与位移之比的图像是否有启发性，笔者心理也没底。
教学过程中关键环节完成情况简介：
1、由于担心时间不够用，所以一上课临时做了一些调整，提出：本节课的目的是用实验的方法探究加速度与力、质量的关系，因此凡是和实验没有直接关系的内容先略过不谈，直接从学案的第4个问题开始。
2、学生在回答第6个问题时，说出力大，加速度就大后，说出力与加速度成正比的结论，同样依据质量大，加速度就小得出加速度与质量成反比的结论，老师及时作了纠正。
3、在设计实验的环节
（1）学生说出让两辆车同时启动，同时静止，这样运动时间就一样，根据x=，位移关系，就是加速度关系。老师马上意识到学生看了课本的实验案例，指出若表达成同时启动，同时静止，则全程的加速度是变化的，公式x=并不适用，在此时只能直接给出课本的案例，同时问学生铁文件夹闭合后车是马上停止吗？引导学生得出应该表述成两辆车同时启动，运动相同时间，位移关系，就是加速度关系，同时也看出了实验中的一个缺陷，闭合铁文件夹后线绳相对夹子还要运动，测出的位移并不准。
（2）在学生自己设计方案时，为了降低难度，老师搭设了一个台阶，提醒：理论依据仍为x=，可以更换夹子，克服夹不住的毛病。第一组设计出为绳子加限位孔，孔上加装可以同时滴颜色水的滴管装置，可以在绳上留下记号。又提醒若没有铁夹子，也没有拖着的线绳怎么办？第十组设计出用数码相机频闪照相的方法，但提出让两车位移同，第六组同学作了补充，频闪照相，研究两次曝光之间小车的位移，老师又引导只研究从静止到第一次曝光时刻的位移即可，因为要用x=的理论依据。
此时学生的兴奋性较高，如果再给一段时间，学生肯定还可以提出新的实验方案，但为了教学进度，老师只能说课下再作交流。
4、平衡摩擦力的环节进展顺利，在老师引导下学生答出正确答案。
5、实验过程中
（1）第一组学生发现，在两辆车的质量与受力都一样的情况下，这一次实验车位移大，下一次又参考车位移大，所以第一组没有采集到数据，老师发现后及时让第三组采集了第一组的数据。
（2）有两个组的同学不注意细节，做实验时绳子已经蹭了桌子边，老师及时提醒。
6、分析处理数据
（1）高一、3班的数据如下
表一（两车质量均为200g+100g）
表二（两车质量均为200g+100g）
表三（两车绳上挂的钩码均为40g）
表四（两车绳上挂的钩码均为40g）
数据很不理想，无法继续进行下面的环节。
(2)及时给出上节课高一、2班作出的数据如下
表一（两车质量均为200g+100g）
表二（两车质量均为200g+100g）
表三（两车绳上挂的钩码均为40g）
表四（两车绳上挂的钩码均为40g）
然后引导学生分析数据。
（3）用图像处理数据环节
老师提问：能否利用5组的数据画出x-F,x-m的关系图像呢？学生好像不懂老师问题的含义，于是及时设置了一个台阶，第一组与第二组的力是二倍关系，那么他们的位移一定是二倍关系吗？学生马上反应出不一定，因为时间不一定相同。这样学生就能回答出老师提出的问题了。但是应该怎样把五组数据放一起作图像处理，学生还是回答不出，教师只能直接给出答案，并用excel画出图像。
高一、2班数据的图像如下
（4）时间所剩不多，由图象分析出结论由老师完成。
教学后记：
1、转天的物理课上，又给出多半节课的时间完成学案上的前三个问题，以及继续实验设计和回答两道思考题，在x=的理论框架内，学生又提出几种切实可行的方案，如用边缘涂有颜色的尺子突然按在绳子上留下记号；用摄像机录像再研究定格的画面等，有同学甚至提出用刀同时切断绳子的方法，虽不太适合采用，但也反映出同学思维的创造性。
在回答思考题1时学生提出两种改进方案较好，一是在铁夹子的上口涂颜色，应该说还是属于较传统的设计，二是在闭合夹子的瞬间松开手，让夹子被绳子带走，其他学生做一些保护措施，这种方法非常有创造性，应该是一种不拘泥于常规的方法，反映出学生潜在的创造能力是非常巨大的。另外，有同学提出造成实验误差的主要原因还有一个是两车摩擦力情况不一样，即在两车质量与受力情况一样时，两车加速的步调并不相同，但学生提不出改进措施，我认为除了更换小车直到两车同步调的方法外也没有其他办法。
在回答思考题2时，在老师引导下，学生顺利地提出倾斜导轨获得重力的分力充当动力的方法，改变导轨倾角，让导轨上端点的高度加倍，则倾角的正弦加倍，则动力加倍，再看加速度变化的情况，则可研究出a与F的关系；但在如何探究a与m的关系时遇到了困难，不好保持力不变，因为保持导轨倾角不变，在滑块上添加砝码，改变了滑块的质量也改变了重力分力的大小，讨论的结果只能是滑块质量加倍后，让导轨上端点的高度减半，则倾角的正弦减半，则动力可以保持不变。
2、课上我又提出用同一套器材，为什么2班同学做出的数据较好，3班做出的数据非常不好呢？学生除了说出2班把仪器用坏了的原因以外，说不出其他原因。
教学反思
1、关于课时安排的问题。
从教学过程来看，还是应该安排2课时。首先实验设计环节最能体现学生的创造能力，应该多花一些时间，学生在课堂上能提出切实可行的实验方案，而且思维相当活跃，在思维高潮时刻嘎然而止，学生有点意犹未尽的感觉。其次实验设计也不应该仅仅是设计出方案，还应该设计出操作步骤，如总共做几次实验，每一次的车质量与力分别多大，采集数据的表格如何设计，应该怎样处理数据等。还有如果时间充足，每一组都可以采集到五组数据，肯定班内有若干组的数据是合理的，而且最后处理数据的过程可以安排到计算机房，由学生自己完成，练习了excel软件的使用。
2、关于临时去掉学案上前三个问题的问题。
在教学过程中去掉了学案的前三个问题，但仍然没有达到充分完成教学任务的目的，所以去掉学案上的前三个问题的方法并不妥，只有把课时扩充成两课时才能解决根本问题，而且去掉前三个问题，造成整个教学过程的不完善，失去定性和实例佐证这两个环节。
3、 关于实验设计环节。
（1）限制了实验的理论依据和提醒更换铁夹子克服夹不住的毛病应该对学生能成功设计出实验方案起到了关键作用，这就说明科学探究中教师的引导是必不可少的。
（2）在上课之前，我内心认为学生不能设计出实验方案，即使老师作了引导，因此学生的表现令我吃惊，所以说学生的创造能力是潜在存在的，老师一定要给学生机会，一定要引导他们表现出这种能力，久而久之学生的素质才会真正提高。
4、关于数据的不合理性。
为什么同一套器材一个班的数据合理，另一个班的数据又不合理，我仍然找不到答案，有无同学违反操作程序在夹子闭合前用手挡住车以防止车撞上定滑轮；有无夹子闭合早、晚时机问题，还有什么可能的原因有待于进一步探究。
5、关于数据的处理
（1）在学生得出不能把五组数据放在一起作F-a，m-a的图线处理后，没有经过充分的师生互动和生生互动，教师就急于给出了作比的关系图像的结论，有一点儿突然，虽然说即使给了充足的互动时间，学生也不一定能得出正确答案，但那只能说是引导环节的失误，而不是现在的引导环节的缺失。
（2）图像的分析环节太仓促，如为什么研究a、m是否成反比关系不作a-m图像，而作a-1/m图像没有让学生充分讨论，甚至出现了一些失误，如图像并不过原点，老师也说正比例等。
参照车
实验车
组别
绳上挂的钩码/g
（代表力F1）
位移x1/cm
绳上挂的钩码/g（代表力F2）
位移x2/cm
1
20
30
2
20
40
3
20
50
4
20
60
5
20
70
组别
1
1.5
2
2.0
3
2.5
4
3.0
5
3.5
参照车
实验车
组别
车和车上砝码总质量/g
（代表质量m1）
位移x1/cm
车和车上砝码总质量/g
（代表质量m2）
位移x2/cm
1
300
200
2
300
400
3
300
500
4
300
600
5
300
700
组别
1
2/3=0.67
2
4/3=1.33
3
5/3=1.67
4
6/3=2.00
5
7/3=2.33
参照车
实验车
组别
绳上挂的钩码/g
（代表力F1）
位移x1/cm
绳上挂的钩码/g（代表力F2）
位移x2/cm
1
20
55
30
62
2
20
19
40
40.5
3
20
27
50
51
4
20
13.5
60
53.5
5
20
13
70
35
组别
1
1.5
1.13
2
2.0
2.13
3
2.5
1.89
4
3.0
3.96
5
3.5
2.69
参照车
实验车
组别
车和车上砝码总质量/g
（代表质量m1）
位移x1/cm
车和车上砝码总质量/g
（代表质量m2）
位移x2/cm
1
300
25
200
45
2
300
39
400
34
3
300
38
500
22
4
300
37
600
23.5
5
300
51
700
22.5
组别
1
2/3=0.67
1.8
2
4/3=1.33
0.87
3
5/3=1.67
0.57
4
6/3=2.00
0.63
5
7/3=2.33
0.44
参照车
实验车
组别
绳上挂的钩码/g
（代表力F1）
位移x1/cm
绳上挂的钩码/g（代表力F2）
位移x2/cm
1
20
35
30
50
2
20
23
40
43
3
20
20
50
46
4
20
19
60
50
5
20
17.5
70
59
组别
1
1.5
1.43
2
2.0
1.87
3
2.5
2.3
4
3.0
2.63
5
3.5
3.37
参照车
实验车
组别
车和车上砝码总质量/g
（代表质量m1）
位移x1/cm
车和车上砝码总质量/g
（代表质量m2）
位移x2/cm
1
300
33.5
200
51.5
2
300
43
400
35
3
300
58
500
43
4
300
56
600
31
5
300
40
700
21
组别
1
2/3=0.67
1.54
2
4/3=1.33
0.81
3
5/3=1.67
0.74
4
6/3=2.00
0.55
5
7/3=2.33
0.525
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