資源簡介

5.2《 加速度與力、質量的關系》課時教案
學科 物理 年級冊別 高一上冊 共1課時
教材 魯科版高中物理必修第一冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于魯科版高中物理必修第一冊第五章第二節，是牛頓第二定律的前奏，起著承上啟下的關鍵作用。學生在學習了加速度、力和質量的基本概念后，進一步探究三者之間的定量關系，為后續建立牛頓第二定律奠定實驗與思維基礎。教材通過“實驗：探究加速度與力、質量的關系”引導學生經歷科學探究全過程，突出控制變量法的應用，體現了物理學科“從現象到規律”的研究路徑。
學情分析
高一學生已掌握加速度、力、質量等基本概念，具備初步的實驗操作能力，但對多變量關系的科學探究方法尚不熟練。學生在數學上剛接觸函數圖像，對a-F、a-1/m圖像的理解可能存在困難。此外，打點計時器的使用雖已學習，但在實際實驗中仍易出現誤差操作。因此，教學中需強化控制變量思想，借助數字化實驗手段降低操作難度，并通過問題鏈引導學生深入理解圖像背后的物理意義。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解加速度與合外力成正比、與物體質量成反比的定性關系，并能用生活實例說明。
2. 掌握控制變量法在多因素問題研究中的應用，形成“變量分離—獨立研究—綜合歸納”的科學思維路徑。
科學思維
1. 能設計并實施“探究加速度與力、質量關系”的實驗方案，合理選擇實驗器材與數據處理方法。
2. 能根據實驗數據繪制a-F和a-1/m圖像，通過圖像斜率分析物理量間的定量關系，提升數據建模能力。
科學探究
1. 經歷提出問題、設計實驗、收集數據、分析論證、得出結論的完整探究過程，發展科學探究能力。
2. 在小組合作中分工協作，規范操作氣墊導軌或打點計時器系統，提升實驗操作技能與團隊協作意識。
科學態度與責任
1. 在實驗中實事求是記錄數據，尊重實驗事實，養成嚴謹求實的科學態度。
2. 認識到物理規律來源于實驗探索，體會科學家探索自然規律的艱辛與智慧，增強探索未知的興趣與責任感。
教學重點、難點
重點
1. 掌握控制變量法探究加速度與力、質量關系的實驗設計思路。
2. 能通過實驗數據分析得出a∝F（當m一定）和a∝1/m（當F一定）的結論。
難點
1. 理解為何要作a-1/m圖像而非a-m圖像，以及圖像斜率的物理意義。
2. 實驗中平衡摩擦力的操作要點及誤差來源分析。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、合作探究法、講授法、實驗法
教具準備
氣墊導軌（或長木板）、滑塊、光電門（或打點計時器）、數字計時器、砝碼組、細繩、滑輪、天平、計算機與數據采集軟件
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入，激發探究欲望
【5分鐘】 一、創設真實情境，引發認知沖突 （一）、播放視頻：同一型號汽車空載與滿載啟動對比
教師播放一段精心剪輯的視頻：一輛轎車在平直公路上分別進行空載和滿載情況下的加速啟動。畫面清晰展示出空車起步迅速、加速度大，而滿載時起步緩慢、加速度小的現象。緊接著，切換場景：同一輛空車，在輕踩油門和深踩油門兩種情況下啟動，前者加速度小，后者加速度明顯更大。
提問引導：“同學們，請仔細觀察這兩個對比實驗。你們發現了什么物理現象？為什么會出現這樣的差異？影響汽車加速度大小的因素可能有哪些？”
預設學生回答：“車子越重，越難加速?！薄坝烷T踩得越大，車子跑得越快?！?br/>教師順勢總結：“大家說得很好！看來加速度似乎與‘力’和‘質量’有關。那么，它們之間到底存在怎樣的定量關系呢？今天，我們就化身小小科學家，親手設計實驗來揭開這個謎底！”
二、回顧舊知，構建探究框架 （二）、引導回憶已有知識，明確探究方向
教師在黑板上寫下三個關鍵詞：加速度（a）、力（F）、質量（m）。然后提問：“我們已經知道加速度是描述速度變化快慢的物理量，力是改變物體運動狀態的原因，質量是物體慣性大小的量度?，F在我們要研究這三個量之間的關系，這屬于典型的多變量問題。請問，在科學研究中，我們通常采用什么方法來處理這類問題？”
等待學生思考并回答“控制變量法”后，教師予以肯定：“非常正確！控制變量法是我們破解復雜問題的金鑰匙。接下來，我們的探究將分為兩步走：第一步，控制質量不變，改變力，看加速度如何變化；第二步，控制力不變，改變質量，再看加速度如何變化。讓我們開始今天的科學之旅吧！” 1. 觀看視頻，描述現象。
2. 思考并回答影響加速度的因素。
3. 回憶控制變量法的概念。
4. 明確本節課的探究任務。
評價任務 現象描述：☆☆☆
因素識別：☆☆☆
方法回憶：☆☆☆
設計意圖 通過貼近生活的汽車啟動視頻，創設真實問題情境，激發學生興趣，引發認知沖突，自然引出探究主題。結合已有知識回顧，幫助學生建立“控制變量法”的思維框架，明確探究路徑，為后續實驗設計做好鋪墊。
實驗設計，構建探究路徑
【10分鐘】 一、小組討論，制定實驗方案 （一）、分組討論實驗裝置與原理
教師將學生分成四人一組，發放實驗設計任務單，提出核心問題：“請各小組結合課本P87-P89的內容，討論并設計一個可行的實驗方案，用于測量滑塊的加速度，并實現力和質量的調節。思考以下問題：① 如何提供并測量作用在滑塊上的拉力F？② 如何精確測量滑塊的加速度a？③ 如何改變滑塊的質量m？④ 如何確保拉力F就是滑塊所受的合外力？”
教師巡視各小組，參與討論，適時提示：“我們可以利用懸掛砝碼的重力來提供拉力，但要注意只有當砝碼質量遠小于滑塊質量時，拉力才近似等于砝碼重力。加速度可以通過打點計時器打出的紙帶計算，也可以用光電門配合擋光片測量時間來計算?！?br/>二、師生共建，優化實驗細節 （二）、集體交流，完善實驗步驟
邀請幾個小組代表分享設計方案，教師引導全班進行點評與補充。重點解決兩個關鍵問題：
第一，關于“合外力”的實現：教師演示在長木板一端墊高，調節傾角，使滑塊能在無拉力作用下做勻速直線運動（或通過光電門測速恒定），從而平衡摩擦力。強調：“只有這樣，細繩的拉力才真正等于滑塊所受的合外力，這是實驗成功的關鍵前提?！?br/>第二，關于“質量變化”的操作：明確指出在探究a與m關系時，應通過在滑塊上增減砝碼來改變總質量，同時保持懸掛砝碼不變以確保拉力F恒定。反之，在探究a與F關系時，應通過改變懸掛砝碼的數量來改變拉力，而滑塊本身質量保持不變。
最后，教師利用多媒體展示標準化的實驗裝置圖，并梳理完整的實驗步驟流程圖，確保每位學生都清楚操作要領。 1. 小組討論實驗方案。
2. 設計數據記錄表格。
3. 提出操作難點與疑問。
4. 參與全班交流與修正。
評價任務 方案合理：☆☆☆
變量控制：☆☆☆
操作明確：☆☆☆
設計意圖 通過小組合作探究，培養學生自主設計實驗的能力。教師通過問題鏈引導，幫助學生突破“合外力”與“質量調節”兩大操作難點。集體交流環節促進思維碰撞，優化實驗設計，體現“做中學”的理念，為動手實踐打下堅實基礎。
動手實踐，采集實驗數據
【15分鐘】 一、分工協作，開展實驗操作 （一）、實驗一：探究加速度與力的關系（m保持不變）
教師宣布實驗開始，各小組領取實驗器材。要求每組先完成“a與F”關系的探究。具體步驟如下：
1. 調節氣墊導軌水平或木板傾斜角度，直至滑塊能勻速下滑，完成摩擦力平衡。
2. 將滑塊質量固定（如500g），在細繩另一端依次掛上10g、20g、30g、40g、50g的鉤碼（注意總質量不超過滑塊的1/10），每次釋放滑塊前確保系統靜止。
3. 使用光電門系統測量滑塊經過兩段相等距離的時間，代入公式 a = (v - v )/(2s) 計算加速度，或將數據實時傳輸至電腦軟件自動擬合。
4. 將每次的拉力F（近似為鉤碼重力mg）和對應的加速度a填入預先設計的表格中。
二、轉換條件，繼續數據采集 （二）、實驗二：探究加速度與質量的關系（F保持不變）
完成第一部分后，教師提醒：“現在請切換任務，保持懸掛鉤碼質量不變（如始終為30g），通過在滑塊上添加不同質量的砝碼（如500g、600g、700g、800g、900g），改變滑塊的總質量m。每次改變質量后，務必重新檢查系統是否仍處于平衡狀態，避免引入額外誤差。”
學生繼續操作，測量并記錄不同質量m對應的加速度a，并計算其倒數1/m，便于后續作圖分析。
在整個實驗過程中，教師巡回指導，重點關注儀器使用規范、數據記錄真實性及小組協作情況，及時糾正錯誤操作，鼓勵學生大膽嘗試、細心觀察。 1. 安裝調試實驗裝置。
2. 按步驟測量并記錄數據。
3. 計算加速度值。
4. 填寫實驗數據表格。
評價任務 操作規范：☆☆☆
數據真實：☆☆☆
協作有序：☆☆☆
設計意圖 讓學生親歷科學探究全過程，在實踐中深化對控制變量法的理解。通過真實操作，培養動手能力、觀察能力和團隊合作精神。強調數據的真實性與操作的規范性，滲透科學態度教育，使學生在“做”中感悟物理本質。
數據分析，建構物理規律
【10分鐘】 一、處理數據，繪制函數圖像 （一）、繪制a-F圖像
實驗結束后，教師引導：“現在我們手中有了寶貴的數據，接下來就是‘去偽存真、揭示規律’的關鍵時刻。”首先，請各小組根據實驗一的數據，在坐標紙上描點繪制a-F圖像。教師提問：“大家觀察圖像的走勢，它接近于一條什么圖形？這說明a與F之間可能存在什么關系？”
待多數小組得出“過原點的直線”結論后，教師總結：“很好！當質量m一定時，加速度a與合外力F成正比，即a ∝ F。”
二、變換視角，深化規律理解 （二）、繪制a-1/m圖像
接著，教師提出挑戰性問題：“在實驗二中，如果我們直接畫a-m圖像，會是什么形狀？是直線嗎？”學生嘗試后發現曲線難以判斷關系。
教師啟發：“物理學中常通過變量替換將非線性關系轉化為線性關系。既然我們猜測a與m成反比，那不妨試試畫a與1/m的關系圖像?！?br/>學生將質量倒數1/m作為橫坐標，重新描點作圖。結果發現圖像呈良好的線性關系。
教師進一步追問：“這條直線的斜率代表什么物理意義？如果增大拉力F，圖像會發生怎樣的變化？”引導學生理解斜率k = F，即a = F·(1/m)，為牛頓第二定律F = ma的建立埋下伏筆。
最后，教師利用投影展示幾組典型圖像，進行對比分析，強化規律認知。 1. 整理實驗數據。
2. 描點繪制a-F圖像。
3. 描點繪制a-1/m圖像。
4. 分析圖像特征與規律。
評價任務 圖像準確：☆☆☆
規律表述：☆☆☆
斜率理解：☆☆☆
設計意圖 通過圖像法處理數據，培養學生數據建模與科學推理能力。引導學生經歷“從非線性到線性”的轉化過程，深刻理解反比例關系的圖像特征。通過對斜率的解讀，架起實驗現象與理論公式之間的橋梁，實現從感性認識到理性認識的飛躍。
課堂總結，升華科學精神
【5分鐘】 一、結構化回顧，凝練核心知識 （一）、系統總結本課所學
教師站在講臺中央，語調沉穩而富有感染力：“同學們，今天我們共同完成了一次精彩的科學探險。我們從生活中的汽車啟動現象出發，提出了‘加速度與力、質量有何關系’的問題；通過控制變量法設計實驗，親手采集了數據；最終通過圖像分析，得出了兩條重要規律：當質量一定時，加速度與合外力成正比；當力一定時，加速度與質量成反比。這正是偉大科學家牛頓在三百多年前通過無數實驗與思考所發現的自然法則的雛形?！?br/>二、升華情感，傳遞科學價值 （二）、講述科學故事，激勵探索精神
教師深情講述：“牛頓曾說：‘我之所以看得更遠，是因為站在巨人的肩膀上。’而每一個定律的背后，都是無數次失敗與堅持的積累。就像我們今天實驗中遇到的摩擦力干擾、數據偏差，也都曾困擾著那些偉大的 minds。但正是這種對真理的執著追求，推動著人類文明不斷前行?！?br/>最后，教師目光掃視全班，語氣堅定：“希望你們不僅記住了a∝F、a∝1/m，更能記住這份勇于質疑、勤于動手、善于思考的科學精神。愿你們在未來的學習道路上，始終保有好奇心，做一名真正的探索者！” 1. 跟隨教師回顧知識點。
2. 傾聽科學史故事。
3. 感悟科學探究精神。
4. 樹立探索未知志向。
評價任務 知識掌握：☆☆☆
方法理解：☆☆☆
情感認同：☆☆☆
設計意圖 采用“結構化+升華式”雙重總結，既幫助學生系統梳理知識脈絡，又通過科學史與名言激發情感共鳴。將物理規律的學習上升到科學精神的傳承，實現知識、能力與價值觀的有機統一，為下一節正式學習牛頓第二定律做好心理與認知準備。
作業設計
一、基礎鞏固題
1. 在“探究加速度與力、質量的關系”實驗中，為什么要平衡摩擦力？如果不平衡，會對實驗結果造成什么影響？
2. 某同學在實驗中得到如下數據（m=0.5kg保持不變）：
F(N)0.10.20.30.40.5a(m/s )0.180.400.620.781.02
請在坐標紙上繪制a-F圖像，并判斷a與F是否成正比，說明理由。
二、能力提升題
3. 在探究a與m關系時，若未將木板傾角調至平衡摩擦力狀態，且木板傾角偏小，則所作的a-1/m圖像可能是下列哪種情形？（ ）
A. 過原點的直線
B. 不過原點的直線，縱軸截距為正
C. 不過原點的直線，縱軸截距為負
D. 曲線
4. 若實驗中使用的鉤碼質量較大，不再滿足“遠小于滑塊質量”的條件，試分析這對a-F圖像會產生怎樣的影響？
【答案解析】
一、基礎鞏固題
1. 平衡摩擦力是為了使細繩的拉力等于滑塊所受的合外力。若不平衡，拉力需克服摩擦力后才產生加速度，導致測得的加速度偏小，a-F圖像不過原點，影響正比關系的驗證。
2. 描點繪圖后可見各點大致分布在一條過原點的直線上，說明a與F成正比。
二、能力提升題
3. C。因傾角偏小，摩擦力未完全平衡，合外力F_合 = F_拉 - f，導致加速度偏小，圖像縱截距為負。
4. 鉤碼自身也有加速度，其重力大于細繩拉力，導致實際作用在滑塊上的拉力小于鉤碼重力，使得a-F圖像斜率偏小，且不再過原點。
板書設計
§5.2 加速度與力、質量的關系
一、提出問題：
a 與 F、m 有何關系？
二、科學方法：
控制變量法
↓
（1）m 不變 → a 與 F 關系
（2）F 不變 → a 與 m 關系
三、實驗結論：
① m 一定：a ∝ F → a-F 圖像：過原點直線
② F 一定：a ∝ 1/m → a-1/m 圖像：過原點直線
四、核心思想：
實驗 + 圖像 + 推理 = 物理規律
教學反思
成功之處
1. 以汽車啟動視頻導入，情境真實生動，有效激發了學生探究興趣，實現了從生活走向物理的教學理念。
2. 實驗環節采用小組合作模式，學生參與度高，動手能力強，多數小組能獨立完成數據采集與圖像繪制，體現了“做中學”的優勢。
3. 通過a-1/m圖像的設計，成功突破了反比例關系理解的難點，學生對圖像斜率的物理意義有了較深體會。
不足之處
1. 部分小組在平衡摩擦力操作上耗時較長，影響了整體實驗進度，今后可提前錄制微課進行預習指導。
2. 個別學生對數據處理軟件操作不熟，依賴教師協助，需加強信息技術融合培訓。
3. 課堂生成性問題（如誤差分析）討論不夠充分，應預留更多時間進行深度對話。

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