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物理《牛頓第二定律》教學設計(3)
(三)探究a與F、m的定量關系1.確定研究方法
預測學生的分析可能如下：
分兩步進行研究：
①保持研究對象的質量 一定時，研究加速度 和合外力 的關系; ②保持研究對象受到的合外力 一定時，研究加速度 和質量 的關系。然后綜合兩次的研究結果，進行推理和歸納，便可找出 與 、 三者之間存在的關系。……
教師在確定研究方法后，簡單地介紹“控制變量法”。
說明初中階段學生曾多次應用過控制變量法。如果學生回答有誤，教師啟發學生回憶：研究電流與電壓和電阻這三者關系所采用的方法。
2.設計實驗方案
教師進一步引導學生設計實驗方案。
讓學生以小組為單位設計探究方案：包括使用哪些實驗器材，如何進行操作，如何采集數據等?(要求學生把設計的方案簡要地寫在紙上)。
教師巡視給予必要的指導。
……
選擇較有代表性方案的小組派代表上臺簡要敘述本組設計的方案(用實物投影儀把學生寫在紙上的方案投影出來)，讓全班同學進行交流。大家在互相啟發、補充的過程中形成較為完善的方案。
預測學生設計的實驗方案可能是：
方案一：用小車、電火花打點計時器、紙帶、長木板、細線、小桶、鉤碼、天平、砝碼、刻度尺、墊木等器材，研究小車的運動。用天平分別測出小車的質量 ，測出小桶的質量與小桶中砝碼 ，把小桶與小桶中砝碼的總重力 當作小車受到的拉力 ，從打點計時器打出的紙帶上測量并算出 ，由 計算出小車的加速度 。方案二：以氣墊導軌、氣源、兩個光電門、數字計時器、滑塊、滑片、刻度尺、細線、小桶、砝碼、天平為器材研究滑塊的運動。用天平測出滑塊和滑片的質量滑塊M，測出小桶與小桶中砝碼的質量 ，把小桶與小桶中砝碼的總重力 當作滑塊受到的拉力 ，用光電門和數字計時器自動測出滑塊運動經過兩個光電門時的速度 、 ，以及這一過程所用的時間t，再通過公式 算出滑塊的加速度 。……
說明：①在學生交流討論實驗設計的方案中，要有較充分的時間讓他們對各種方案闡述自己的觀點，反思方案中的問題，同時教師要參與學生的討論分析，啟發引導學生形成較為完善的實驗方案。
②同時應注意有些學生可能有別的方案，要鼓勵和認真對待，在課堂時間不足的情況下，可在課外指導學生去探究。
③在設計測拉力的方法時，教師要告訴學生：把小桶與小桶中砝碼的總重力 當作研究對象受到的拉力 、這是有條件的，即 << 。同時可以把這一條件作為學生的課外探究課題。④在實驗中，只需測出小桶的質量，然后通過加減小桶中砝碼的質量來改變對研究對象的拉力，這可以節約測量砝碼所需的時間。
3.進行實驗探究和數據處理
①引導學生從實驗誤差、實驗操作等方面來分析比較兩種方案的差別。
師生共同確定用“方案二”進行實驗探究，同時確定實驗的具體步驟和注意事項。并用課件顯示實驗的具體步驟和注意事項。
說明“方案二”便于操作，且實驗誤差較小。用課件顯示具體的實驗步驟，有助于學生較為規范地完成實驗。
②介紹并演示CAI課件的功能
Ⅰ.數據計算：將測出 、 、t等數據輸入計算機的數據處理表格后、計算機將自動算出相應的加速度 ，將 輸入計算機后將自動算出合外力 ;Ⅱ.自動描點連線制圖的功能;Ⅲ.通過網絡可達到數據共享。③學生以小組為單位，分工合作進行實驗探究，并把實驗數據輸入計算機(使用移動PC并接入校園網)。
教師巡視，注意學生儀器使用是否得當，必要時給予指導。
④調用多組學生的實驗數據，讓學生分析 與 、 與 的定量關系。初步得出： 與F成正比， 與 成反比( 與1/ 成正比)。⑤引導學生應用CAI課件，采用圖象法處理實驗數據。
師生共同得出結論： 與 成正比、 與 成反比。說明：在CAI課件中定義坐標軸的數值和單位，同時調用已存的實驗數據，計算機將在坐標系中自動描點、連線得到實驗數據的關系圖象，由此判斷數據的關系。其中 與 的關系可轉變為 與1/ 的關系來做圖。(四)回顧總結深化認識
學生回顧本節課的探究過程以及探究過程中使用的物理思想和方法，歸納總結這節課的知識要點，提出自己在學習中存在的疑問。
教師答疑，深化知識。
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