吴凡 王长江
安徽师范大学物理与电子信息学院 安徽 241002
教学内容：人教版《普通高中课程标准实验教科书·物理》必修1第4章第2节。
教学目标：
1.物理观念：理解物体的加速度大小与力有关，也与质量有关。2. 科学思维：模型建立，会对小车进行受力分析，画出小车的受力图。3.科学探究：探究意识，能从定量实验中提出对小车的加速度与力、质量的关系的研究意识。4.科学态度与责任：科学本质：能正确认识物体运动的本质，认识到研究力和运动的关系的历史探究过程。
教学重点：
学生自主实验与教师演示实验结合，学会用多种方案解决同一物理问题。
教学难点：
设计实验方案、进行自主实验、实验数据处理。
学生学情分析：
学生刚学完匀变速直线运动的规律和牛顿第一定律，急需一次真正的实践去更深刻的理解运动与力之间的关系，而对本节内容的研究，恰恰适应了学生的这一需求，在本节课的学习中，将会使学生第一次真正认识到力与物体运动的关系。
教学用具：
自制的滚码计时测程实验仪（其器件包括：一端带定滑轮的长直木板、带小盘的细线、时间控制器系统、小车、学生砝码一盒、钩码一盒）。
教学过程：
一、创设情境，提出问题
1、猜想a与F、m之间的关系
教师：请同学们观察教材上的两种情境，猜想加速度的大小与那些物理量有关？并且判断它们之间存在有什么关系？
学生积极对图片进行分析，回答出如下答案：
加速度与外力和质量有关，用力越大，加速度就越大；质量越大，加速度就越小。
教师对学生的回答做出相应的评价并进行总结：
a．加速度，可能与物体所受的外力有关系，外力越大，加速度越大；
b．加速度，可能与物体的质量有关系，质量越大，加速度越小。
2、提出猜想
让学生们根据前边对a与F、m关系的分析，猜想三者之间可能存在怎样的关系？
学生：加速度可能与所受外力成正比，与自身质量成反比
教师：实践是检验真理的唯一标准（引出实验探究）
二、实验探究a与F、m之间的关系
1、教材的实验设计
教师向学生介绍课本上的参考方案。
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2、改进的实验设计
教材实验的问题：测量a很繁琐。且如果没有仪器（打点计时器等）测量小车的加速度，有没有什么其他的方式可以得到a与F、m的关系呢？
问题1：不测量加速度a的大小，如何探究其与F、m的关系呢？
回忆旧知：初速度为零的匀加速直线运动的位移公式：，是否可以通过量之间的转换得出结果？
教师对同学们的讨论结果作以总结：只需保证时间是一个定值，能够得到x与F、m的关系，将其带入位移公式，就可以得到a与F、m的关系。
设计意图：引导学生利用物理量之间的关系进行推导，从而建立不同方案，使学生清楚实验的探究原理。
问题2：如何控制每次实验的时间相同？
教师由此引出自己提前设计好的方案：滚桶计时测程实验（个人创新）
a．整体结构
本仪器设计目标：定量探究加速度与力、质量的关系。仪器最左边是一个自制时间控制器，用来控制小车每次运动的时间相同。
a.木板处一端适当垫高，原因是什么？
提醒：利用小车自身重力在沿斜面方向的分力去平衡小车在运动过程中所受到的各种摩擦力。
b.怎样改变小车所受的外力？钩码的重力何时可看作小车所受到的外力？
提醒：通过改变钩码的质量来改变外力，钩码的质量要远小于小车的质量。
c．怎样改变小车的的质量？
提醒：通过改变小车中砝码的质量来改变小车的质量。
d．小车何时开始运动？何时停止运动？
提醒：松开手，小车与滚桶同时开始运动；当滚桶撞击开关时，开关闭合会卡住细线，小车停止运动。小车运动的时间与滚桶从开始运动到开关闭合的时间相同。
3、引出实验方法
教师引导：之前我们说过，物理学的研究方法有等效法、转换法、模型法、控制变量法、平均值法等等，当研究一个量与多个量之间关系时，通常采用什么方法？
学生：控制变量法
师生进行互动之后确定本节课将用控制变量法来探究x与F、m的关系。
控制质量不变，探究位移与外力的关系；控制力不变，探究位移与质量的关系。
4、进行实验
a．保持小车质量不变，令小车从同一初始位置运动6次，分别改变所挂钩码质量为10g、20g、30g、40g、50g、60g，将小车每次运动的位移填入下表。
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用excel表格拟合得到位移与质量的图像，通过图像，无法明确得出位移与质量的关系。
引导学生用化曲为直的方法，探究位移与质量的倒数的关系，通过新的图像，能够发现在所受外力不变的情况下，位移与质量的倒数成正比，即与质量成反比。
5、分析数据，得出结论
根据表中数据可以看出，在时间t不变的情况下，小车的位移与对应外力成正比，与质量成反比，因此由位移公式可得出，在本次实验中小车的加速度与所受合外力成正比，与自身质量成反比。
将小车推广为一般的物体就可以得出结论
结论：物体的加速度与所受外力成正比，与自身质量成反比。
三、课堂小结，提出疑问
教师：请大家思考一下，我们能否用数学关系式来表达加速度与力，质量的关系呢？
学生们自由讨论。
教师：希望同学们课后积极思考，我们下节课继续讨论