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实验探究力与加速度关系教学方案

一、教学目标

（一）知识与技能

1.学生通过实验操作，加深对牛顿第二定律的理解，明确物体加速度与所受合外力之间的定量关系。

2.掌握运用控制变量法研究物理规律的基本思路和操作方法。

3.学会正确使用打点计时器、小车、轨道等实验器材，能够独立或合作完成实验装置的组装与调试。

4.初步学会处理实验数据的常用方法，如列表法、图像法，并能根据图像得出实验结论。

（二）过程与方法

1.经历“提出问题—作出猜想—设计方案—进行实验—收集数据—分析论证—得出结论—交流评估”的完整探究过程，体验科学探究的一般方法。

2.在探究过程中，学习从实际问题中抽象出物理模型，培养分析和解决问题的能力。

3.通过小组合作，培养团队协作精神和沟通交流能力。

（三）情感态度与价值观

1.通过实验探究，激发对物理现象的好奇心和求知欲，培养学习物理的兴趣。

2.在实验操作和数据处理中，培养实事求是的科学态度和严谨细致的科学作风。

3.认识到物理规律的得出是建立在大量实验基础之上的，体会物理学的实证精神。

二、教学对象

高中学生（已学习牛顿第一定律，对力和运动的关系有初步认识）

三、教学重难点

（一）教学重点

1.控制变量法在本实验中的应用，即如何保证小车质量一定，研究加速度与合外力的关系。

2.实验数据的收集、处理与分析，特别是利用图像法（a-F图像）得出加速度与合外力成正比的结论。

3.对实验误差的初步分析和实验方案的改进思考。

（二）教学难点

1.如何准确测量和计算小车的加速度。

2.如何尽可能减小实验误差，如平衡摩擦力、保证小车所受拉力近似等于砝码（或砂桶）的重力。

3.从实验数据和图像中归纳总结出物理规律，并理解其物理意义。

四、教学准备

（一）教师准备

1.精心设计的PPT课件（包含实验原理、步骤、注意事项、数据记录表样例、思考题等）。

2.实验器材的准备与调试：每组配备打点计时器（电磁式或电火花式）、低压交流电源、一端带有定滑轮的长木板、小车、纸带、复写纸、细绳、钩码（或砂桶与砂子）、天平（或电子秤）、刻度尺、垫块、夹子等。

3.制作实验操作要点的微视频（可选，用于学生预习或复习）。

4.设计学生实验报告模板。

（二）学生准备

1.预习课本中关于牛顿第二定律的相关内容，回顾打点计时器的使用方法。

2.预习本实验的目的、原理和大致步骤，思考实验中可能遇到的问题。

3.按小组进行分工，明确组长、操作员、记录员、数据处理员等角色。

（三）实验器材清单（每组）

*打点计时器（1台）

*学生电源（1台，与打点计时器配套）

*长木板（1块，带定滑轮）

*小车（1辆）

*纸带（若干条）

*细绳（1条）

*钩码（一盒，规格若干）或砂桶（1个）与砂子

*天平或电子秤（1台，公用或分组）

*毫米刻度尺（1把）

*垫块（1-2块，用于平衡摩擦力）

*夹子（1个，用于固定纸带）

*导线（若干）

五、教学过程

（一）导入新课（约5分钟）

*情境创设与问题提出：

教师：同学们，我们已经学习了牛顿第一定律，知道力是改变物体运动状态的原因，而加速度是描述物体运动状态变化快慢的物理量。那么，物体所受的力与其产生的加速度之间究竟存在怎样的定量关系呢？（引导学生思考）

教师：如果我们推一辆静止的空车，很容易让它运动起来，并且能较快地加速；如果车上装满了货物，同样用这么大的力去推，它启动就慢，加速度也小。这说明加速度可能与物体所受的力以及物体的质量都有关系。

教师：今天我们就先来探究一个简化的问题：当物体的质量保持不变时，它的加速度与它所受的合外力之间有什么关系？（板书课题：实验探究：加速度与力的关系）

（二）猜想与假设（约5分钟）

*引导学生根据生活经验和已有知识进行猜想。

*学生可能提出：力越大，加速度越大；加速度可能与力成正比等。

*教师：大家的猜想都有一定道理。科学探究需要大胆猜想，更需要小心求证。我们如何通过实验来检验这些猜想呢？

（三）设计实验方案（约10分钟）

1.明确研究对象：以小车为研究对象。

2.提出问题：如何测量小车的加速度？如何提供并测量小车所受的合外力？如何控制小车的质量不变？

3.讨论与交流：

*加速度的测量：引导学生回忆利用打点计时器打出的纸带计算加速度的方法（如逐差法、平均速度法等）。

*合外力的提供与测量：

方案：将小车放在水平轨道上，用细绳通过定滑轮连接钩码（或砂桶），利用钩码（或砂桶）的重力牵引小车运动。

讨论：小车所受的合外力是否等于钩码（或砂桶）的重力？（引导学生分析小车和钩码的受力情况，得出只有当钩码（或砂