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【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2012）12-0178-02
一、教材地位
1.本节是前一节《牛顿第一定律》认知过程的延续，更是下一节《牛顿第二定律》的理论和实验基础。
2.本实验是学生第一次利用系统的科学探究的方法进行物理探究，实验涉及到控制变量法、比较法和图象法等一些方法。
3.考纲对本节的内容要求是Ⅱ级，在历次模拟及高考中命题频率都较高，它的思想和方法一直是考察的热点。
二、教学设计思路
本节教学沿着探究过程的各个要素逐层展开，通过情境的创设和问题思考引导学生积极投入到探究的过程。
实验设计充分考虑学生的认知基础，依据学生所有的知识体系一步步设计出加速度、质量和力的测量方法，通过分析讨论得出利用控制变量法开展实验探究过程。
教学中充分体现学生在探究过程中的主体地位，充分尊重学生的自主探究过程。
三、教学目标
1.知识与技能
⑴通过实验探究加速度与力、质量的定量关系。
⑵通过探究理解加速度与力、质量的关系。
⑶培养学生的科学探究能力以及实验的设计、调节和控制能力。
2.过程与方法
⑴引导学生切实参与探究的过程，体会科学探究的基本流程。
⑵通过探究过程渗透科学方法，如控制变量法，比较法和图像分析法等。
3.情感、态度、价值观
⑴体会探究过程所带来的成就感，培养学习的信心和积极的情绪。
⑵通过探究过程体会合作的重要性，培养团队精神。
⑶培养严谨科学的探究态度，形成科学素养。
四、重点、难点
实验设计的过程及数据处理
五、器材
⑴附有滑轮的长木板1块；⑵小车1个；⑶带小盘的细线1条；⑷规格不同砝码和钩码各一盒；⑸纸带；⑹打点计时器；⑺学生电源；⑻导线和电键；⑼ 刻度尺；⑽天平；⑾小木块；⑿计算机 投影仪及课件。
六、教学过程
引入：多媒体展示生活照汽车启动的视频，引导学生比较赛车、小汽车、卡车运动状态改变的快慢（粗略比较）
（设计原则：创设问题情境，形成认知冲突，激发探索兴趣。）
探究过程：
1.提出问题
师：物体运动状态的改变用什么物理量来描述？
生：加速度。
师：汽车的加速度可能与哪些因素有关？
生：与汽车的质量和牵引力有关系。
师：一般小汽车从静止加速到一定速度，只需十几秒的时间，而满载的货车加速就慢得多。
教师带领学生形成初步假设：物体的加速度与其质量和受力有关。
（设计原则：利用已有认知，强化探索的动机和欲望。）
2.猜想与假设
师：加速度质量、合外力可能有怎样的关系？
生：力越大，加速度越大；质量越大，加速度越小。
师：请大家猜想：物体的加速度与力和质量之间可能会有怎样的定量关系？
（学生思考讨论后回答）
猜想1：
猜想2：
师：研究问题的过程中我们不可能把每种猜想都探究一遍，科学的方法是从最简单的关系开始研究，上述猜想中最简单的关系是什么？
生： a∝F， a∝1/m
师：好，接下来就让我们从这个最简单的关系角度去开始我们的探究之旅吧。（板书课题）
（设计原则：由定性的感觉到定量的猜想，由模糊渐变到清晰。）
3.设计实验、制定实验计划
师：我们要研究哪些物理量？
生：需要测量加速度，质量和力三个物理量。
①加速度的测量
师：如何通过实验得到物体的加速度？
（学生分组讨论）
生1：用频闪照相的方法测量出物体的位移和时间，求加速度。
生2：测出物体运动的位移和时间带入方程计算即可求加速度。
生3：首先应该确保物体做匀变速运动，最好是初速度为零，测量出物体运动的位移和时间，即可以求得加速度。
师：（综合学生的讨论，引导学生比较几种方案的优劣）要得到物体的加速度，我们的确应该设计一个匀加速的过程，而加速度的计算可以利用打点计时器实验完成。下面请大家观察桌上的器材，设计一种测量加速度的具体方案。（学生观察器材讨论方案）
（说明：尊重学生的主体地位，通过学生独立的设计和思考培养学生解决问题的能力，既要肯定学生的设计，又要引导学生寻找合适的方法。）
生：利用挂有钩码的细线拉动小车在长木板上从静止开始做匀加速运动，利用打点计时器和纸带测量物体运动的位移和时间。根据或求得小车的加速度。
师：这个方案不错，但是我们怎么测量小车的质量呢？
②质量的测量
生：用天平测出小车的质量。
师：实验中要探究质量对加速度的影响我们还需要怎么做？
（引导学生思考探究的方案。）
生：改变小车质量多次测量。
③力的测量
师：如何为小车的运动设计一个合外力？
生：用绳上钩码的重力充当小车合力，用天平测出钩码质量即可得合力的大小。
师：钩码的重力就是小车的合力吗？请大家讨论一下。
生：木板存在摩擦，因此钩码重力不是小车的合力。
师：怎么处理可以让钩码的重力尽量接近小车的合力？ （说明：作为系统误差的来源，暂时可以不讲钩码质量对小车合外力的影响，把重点放在如何“去掉”摩擦力上。）
生1：使用光滑的木板。
学生讨论：现实中不存在绝对光滑的表面。
生2：用重力的分力抵消掉滑动摩擦力。
教师引导学生分析讨论得出平衡摩擦力的方法：在长木板没有滑轮的一端垫一小木块，左右移动小木块直到没有挂钩码的小车能在木板上做匀速直线运动。
教师利用多媒体课件展示平衡摩擦力的方法和要求。
师：解决了摩擦力问题，我们如何在实验中改变合力的大小？
生：改变钩码的个数。
④探究方法
师：我们已经知道如何获得运动小车的加速度，质量和力。但是实验中同时出现了两个变量：质量和力。如何进行研究比较好？为什么？
生（讨论）：分别研究比较好，同时改变的话，无法确定加速度的改变是由哪个量变化引起的。且变量不容易控制。保证其中一个量不变而只改变另外一个，可以准确的发现加速度与变量之间的关系。
师：很好！我们可以先保持小车质量不变研究加速度跟力的关系，再保持力不变研究加速度跟小车质量的关系，我们在初中学习欧姆定律时曾经接触过这样的方法，称作控制变量法。请大家按照这个思路设计实验步骤。
学生每四人一小组分工设计实验步骤，设计数据记录表格。
（设计原则：在这一环节的教学上必须循序渐进的引导学生去逐步解决问题，对于难点，教师要做到含蓄的引导，切忌代替学生完成，当需要解决的问题一一明朗时，学生的设计也就水到渠成了，步骤和数据的收集完全可以放手让学生自行设计完成。）
4.进行实验与收集数据
安排学生按照所设计的步骤分组开始实验：
①学生通过小组合作组装实验器材，进行实验。
②教师巡回指导，对实验中遇到的突发问题引导、帮助学生加以分析解决。
③学生进行实验数据的收集和整理。
（说明：严密监控学生实验，做到形式上放手，实质上参与，关注实验中出现的共性问题。）
实验完成
师：如何对实验所得的数据进行分析？
生：分别算出质量一定时的F/a，如果其比值是一个常数，说明a∝F，同时可以算出F一定条件下的ma，如果是一个常数，说明 a∝1/m。
师：大家结合自己的实验分析这种处理方法是否合适。
生：由于实验存在误差，实验结果不可能完全严格的满足正比关系，我认为应该考虑实验的误差因素进行数据分析。
师：事实上直接比较的确会带来比较大的误差，除了数据比较之外我们还可以选择怎样的方法进行分析呢？
生（讨论后回答）：如果我们猜想的关系是正确的，那么作出的a-F图像和a-1/m图像应该是一条过原点的直线。
师：图象法是我们进行实验数据分析的常用手段，而且利用图象法可以有效的减小实验中的误差。下面就请大家利用手中的数据作出a-F图像和a-1/m
（巡视学生的作图过程）
（设计原则：数据分析是探究过程的重要组成部分，也是学生能力培养的重要一环。引导学生思考处理数据的可能方法，促使学生分析和解决问题的能力再次升华，能力的培养也为以后的实验打下了基础。）
5.分析与论证
投影展示学生实验成果
师：图像中所有的点是否在同一直线上，如果不在一条直线上，点的离散是实际的必然还是实验中的偶然？图像是否是一条通过原点的直线，直线如有偏离，是实际的必然还是实验中的偶然？
学生讨论回答：点不全在同一条直线上，图像也不是显然的通过原点，可能是我们的实验不够精密或者是实验中的误差所导致。也有可能是我们的猜想有问题。
师：很好，大家能够实事求是的分析实验结果而不被自己初始的猜想所左右，这是一种很好的科学态度，在探究过程中我们不能妄下结论，一个结论往往要经过多次反复的实验才能最终形成。下面我利用你们的数据，借助电脑模拟出，请大家观察它们的特点。
（老师用电脑拟合图像并展示）
生：观察发现图像和图像的线性关系更不明显。
教师引导学生分析上述现象的成因：通过比较发现a-F，a-1/m图像更接近线性关系，因此我们有理由坚定我们的猜想a∝F， a∝1/m。当然，更精确的结果还需要进一步的实验验证。
形成初步结论：a∝F， a∝1/m
（设计思想：分析和论证的过程需要科学的依据，本实验的结果仅仅是一个初步的结论，电脑拟合图像的比较对学生的猜想起到了积极的作用，为初步结论的形成提供了一定的理论依据。）
6.评估、交流与合作
学生交流实验成果，包括实验的过程设计（步骤），数据和信息等。通过讨论评估其科学性。通过交流发现他人设计中的优点，对自己的设计进行修改和完善。
七、板书设计
八、布置作业
对自己的实验结果进行进一步的分析和处理，分析图像中出现的具体问题的可能原因。
针对课本所提供的另外一种加速度测量比较方案进行思考，设计实验探究过程。
一、教材地位
1.本节是前一节《牛顿第一定律》认知过程的延续，更是下一节《牛顿第二定律》的理论和实验基础。
2.本实验是学生第一次利用系统的科学探究的方法进行物理探究，实验涉及到控制变量法、比较法和图象法等一些方法。
3.考纲对本节的内容要求是Ⅱ级，在历次模拟及高考中命题频率都较高，它的思想和方法一直是考察的热点。
二、教学设计思路
本节教学沿着探究过程的各个要素逐层展开，通过情境的创设和问题思考引导学生积极投入到探究的过程。
实验设计充分考虑学生的认知基础，依据学生所有的知识体系一步步设计出加速度、质量和力的测量方法，通过分析讨论得出利用控制变量法开展实验探究过程。
教学中充分体现学生在探究过程中的主体地位，充分尊重学生的自主探究过程。
三、教学目标
1.知识与技能
⑴通过实验探究加速度与力、质量的定量关系。
⑵通过探究理解加速度与力、质量的关系。
⑶培养学生的科学探究能力以及实验的设计、调节和控制能力。
2.过程与方法
⑴引导学生切实参与探究的过程，体会科学探究的基本流程。
⑵通过探究过程渗透科学方法，如控制变量法，比较法和图像分析法等。
3.情感、态度、价值观
⑴体会探究过程所带来的成就感，培养学习的信心和积极的情绪。
⑵通过探究过程体会合作的重要性，培养团队精神。
⑶培养严谨科学的探究态度，形成科学素养。
四、重点、难点
实验设计的过程及数据处理
五、器材
⑴附有滑轮的长木板1块；⑵小车1个；⑶带小盘的细线1条；⑷规格不同砝码和钩码各一盒；⑸纸带；⑹打点计时器；⑺学生电源；⑻导线和电键；⑼ 刻度尺；⑽天平；⑾小木块；⑿计算机 投影仪及课件。
六、教学过程
引入：多媒体展示生活照汽车启动的视频，引导学生比较赛车、小汽车、卡车运动状态改变的快慢（粗略比较）
（设计原则：创设问题情境，形成认知冲突，激发探索兴趣。）
探究过程：
1.提出问题
师：物体运动状态的改变用什么物理量来描述？
生：加速度。
师：汽车的加速度可能与哪些因素有关？
生：与汽车的质量和牵引力有关系。
师：一般小汽车从静止加速到一定速度，只需十几秒的时间，而满载的货车加速就慢得多。
教师带领学生形成初步假设：物体的加速度与其质量和受力有关。
（设计原则：利用已有认知，强化探索的动机和欲望。）
2.猜想与假设
师：加速度质量、合外力可能有怎样的关系？
生：力越大，加速度越大；质量越大，加速度越小。
师：请大家猜想：物体的加速度与力和质量之间可能会有怎样的定量关系？
（学生思考讨论后回答）
猜想1：
猜想2：
师：研究问题的过程中我们不可能把每种猜想都探究一遍，科学的方法是从最简单的关系开始研究，上述猜想中最简单的关系是什么？
生： a∝F， a∝1/m
师：好，接下来就让我们从这个最简单的关系角度去开始我们的探究之旅吧。（板书课题）
（设计原则：由定性的感觉到定量的猜想，由模糊渐变到清晰。）
3.设计实验、制定实验计划
师：我们要研究哪些物理量？
生：需要测量加速度，质量和力三个物理量。
①加速度的测量
师：如何通过实验得到物体的加速度？
（学生分组讨论）
生1：用频闪照相的方法测量出物体的位移和时间，求加速度。
生2：测出物体运动的位移和时间带入方程计算即可求加速度。
生3：首先应该确保物体做匀变速运动，最好是初速度为零，测量出物体运动的位移和时间，即可以求得加速度。
师：（综合学生的讨论，引导学生比较几种方案的优劣）要得到物体的加速度，我们的确应该设计一个匀加速的过程，而加速度的计算可以利用打点计时器实验完成。下面请大家观察桌上的器材，设计一种测量加速度的具体方案。（学生观察器材讨论方案）
（说明：尊重学生的主体地位，通过学生独立的设计和思考培养学生解决问题的能力，既要肯定学生的设计，又要引导学生寻找合适的方法。）
生：利用挂有钩码的细线拉动小车在长木板上从静止开始做匀加速运动，利用打点计时器和纸带测量物体运动的位移和时间。根据或求得小车的加速度。
师：这个方案不错，但是我们怎么测量小车的质量呢？
②质量的测量
生：用天平测出小车的质量。
师：实验中要探究质量对加速度的影响我们还需要怎么做？
（引导学生思考探究的方案。）
生：改变小车质量多次测量。
③力的测量
师：如何为小车的运动设计一个合外力？
生：用绳上钩码的重力充当小车合力，用天平测出钩码质量即可得合力的大小。
师：钩码的重力就是小车的合力吗？请大家讨论一下。
生：木板存在摩擦，因此钩码重力不是小车的合力。
师：怎么处理可以让钩码的重力尽量接近小车的合力？ （说明：作为系统误差的来源，暂时可以不讲钩码质量对小车合外力的影响，把重点放在如何“去掉”摩擦力上。）
生1：使用光滑的木板。
学生讨论：现实中不存在绝对光滑的表面。
生2：用重力的分力抵消掉滑动摩擦力。
教师引导学生分析讨论得出平衡摩擦力的方法：在长木板没有滑轮的一端垫一小木块，左右移动小木块直到没有挂钩码的小车能在木板上做匀速直线运动。
教师利用多媒体课件展示平衡摩擦力的方法和要求。
师：解决了摩擦力问题，我们如何在实验中改变合力的大小？
生：改变钩码的个数。
④探究方法
师：我们已经知道如何获得运动小车的加速度，质量和力。但是实验中同时出现了两个变量：质量和力。如何进行研究比较好？为什么？
生（讨论）：分别研究比较好，同时改变的话，无法确定加速度的改变是由哪个量变化引起的。且变量不容易控制。保证其中一个量不变而只改变另外一个，可以准确的发现加速度与变量之间的关系。
师：很好！我们可以先保持小车质量不变研究加速度跟力的关系，再保持力不变研究加速度跟小车质量的关系，我们在初中学习欧姆定律时曾经接触过这样的方法，称作控制变量法。请大家按照这个思路设计实验步骤。
学生每四人一小组分工设计实验步骤，设计数据记录表格。
（设计原则：在这一环节的教学上必须循序渐进的引导学生去逐步解决问题，对于难点，教师要做到含蓄的引导，切忌代替学生完成，当需要解决的问题一一明朗时，学生的设计也就水到渠成了，步骤和数据的收集完全可以放手让学生自行设计完成。）
4.进行实验与收集数据
安排学生按照所设计的步骤分组开始实验：
①学生通过小组合作组装实验器材，进行实验。
②教师巡回指导，对实验中遇到的突发问题引导、帮助学生加以分析解决。
③学生进行实验数据的收集和整理。
（说明：严密监控学生实验，做到形式上放手，实质上参与，关注实验中出现的共性问题。）
实验完成
师：如何对实验所得的数据进行分析？
生：分别算出质量一定时的F/a，如果其比值是一个常数，说明a∝F，同时可以算出F一定条件下的ma，如果是一个常数，说明 a∝1/m。
师：大家结合自己的实验分析这种处理方法是否合适。
生：由于实验存在误差，实验结果不可能完全严格的满足正比关系，我认为应该考虑实验的误差因素进行数据分析。
师：事实上直接比较的确会带来比较大的误差，除了数据比较之外我们还可以选择怎样的方法进行分析呢？
生（讨论后回答）：如果我们猜想的关系是正确的，那么作出的a-F图像和a-1/m图像应该是一条过原点的直线。
师：图象法是我们进行实验数据分析的常用手段，而且利用图象法可以有效的减小实验中的误差。下面就请大家利用手中的数据作出a-F图像和a-1/m
（巡视学生的作图过程）
（设计原则：数据分析是探究过程的重要组成部分，也是学生能力培养的重要一环。引导学生思考处理数据的可能方法，促使学生分析和解决问题的能力再次升华，能力的培养也为以后的实验打下了基础。）
5.分析与论证
投影展示学生实验成果
师：图像中所有的点是否在同一直线上，如果不在一条直线上，点的离散是实际的必然还是实验中的偶然？图像是否是一条通过原点的直线，直线如有偏离，是实际的必然还是实验中的偶然？
学生讨论回答：点不全在同一条直线上，图像也不是显然的通过原点，可能是我们的实验不够精密或者是实验中的误差所导致。也有可能是我们的猜想有问题。
师：很好，大家能够实事求是的分析实验结果而不被自己初始的猜想所左右，这是一种很好的科学态度，在探究过程中我们不能妄下结论，一个结论往往要经过多次反复的实验才能最终形成。下面我利用你们的数据，借助电脑模拟出，请大家观察它们的特点。
（老师用电脑拟合图像并展示）
生：观察发现图像和图像的线性关系更不明显。
教师引导学生分析上述现象的成因：通过比较发现a-F，a-1/m图像更接近线性关系，因此我们有理由坚定我们的猜想a∝F， a∝1/m。当然，更精确的结果还需要进一步的实验验证。
形成初步结论：a∝F， a∝1/m
（设计思想：分析和论证的过程需要科学的依据，本实验的结果仅仅是一个初步的结论，电脑拟合图像的比较对学生的猜想起到了积极的作用，为初步结论的形成提供了一定的理论依据。）
6.评估、交流与合作
学生交流实验成果，包括实验的过程设计（步骤），数据和信息等。通过讨论评估其科学性。通过交流发现他人设计中的优点，对自己的设计进行修改和完善。
七、板书设计
八、布置作业
对自己的实验结果进行进一步的分析和处理，分析图像中出现的具体问题的可能原因。
针对课本所提供的另外一种加速度测量比较方案进行思考，设计实验探究过程。