1.确定研究方法
教师:我们应该采用什么样的物理方法来研究 与 、 的定量关系呢?预测学生的分析可能如下:
分两步进行研究:
①保持研究对象的质量 一定时,研究加速度 和合外力 的关系; ②保持研究对象受到的合外力 一定时,研究加速度 和质量 的关系。然后综合两次的研究结果,进行推理和归纳,便可找出 与 、 三者之间存在的关系。……
教师在确定研究方法后,简单地介绍“控制变量法”。
说明初中阶段学生曾多次应用过控制变量法。如果学生回答有误,教师启发学生回忆:研究电流与电压和电阻这三者关系所采用的方法。
2.设计实验方案
教师进一步引导学生设计实验方案。
让学生以小组为单位设计探究方案:包括使用哪些实验器材,如何进行操作,如何采集数据等?(要求学生把设计的方案简要地写在纸上)。
教师巡视给予必要的指导。
……
选择较有代表性方案的小组派代表上台简要叙述本组设计的方案(用实物投影仪把学生写在纸上的方案投影出来),让全班同学进行交流。大家在互相启发、补充的过程中形成较为完善的方案。
预测学生设计的实验方案可能是:
方案一:用小车、电火花打点计时器、纸带、长木板、细线、小桶、钩码、天平、砝码、刻度尺、垫木等器材,研究小车的运动。用天平分别测出小车的质量 ,测出小桶的质量与小桶中砝码 ,把小桶与小桶中砝码的总重力 当作小车受到的拉力 ,从打点计时器打出的纸带上测量并算出 ,由 计算出小车的加速度 。方案二:以气垫导轨、气源、两个光电门、数字计时器、滑块、滑片、刻度尺、细线、小桶、砝码、天平为器材研究滑块的运动。用天平测出滑块和滑片的质量滑块M,测出小桶与小桶中砝码的质量 ,把小桶与小桶中砝码的总重力 当作滑块受到的拉力 ,用光电门和数字计时器自动测出滑块运动经过两个光电门时的速度 、 ,以及这一过程所用的时间t,再通过公式 算出滑块的加速度 。……
说明:①在学生交流讨论实验设计的方案中,要有较充分的时间让他们对各种方案阐述自己的观点,反思方案中的问题,同时教师要参与学生的讨论分析,启发引导学生形成较为完善的实验方案。
②同时应注意有些学生可能有别的方案,要鼓励和认真对待,在课堂时间不足的情况下,可在课外指导学生去探究。
③在设计测拉力的方法时,教师要告诉学生:把小桶与小桶中砝码的总重力 当作研究对象受到的拉力 、这是有条件的,即 << 。同时可以把这一条件作为学生的课外探究课题。④在实验中,只需测出小桶的质量,然后通过加减小桶中砝码的质量来改变对研究对象的拉力,这可以节约测量砝码所需的时间。
3.进行实验探究和数据处理
①引导学生从实验误差、实验操作等方面来分析比较两种方案的差别。
师生共同确定用“方案二”进行实验探究,同时确定实验的具体步骤和注意事项。并用课件显示实验的具体步骤和注意事项。
说明“方案二”便于操作,且实验误差较小。用课件显示具体的实验步骤,有助于学生较为规范地完成实验。
②介绍并演示CAI课件的功能
Ⅰ.数据计算:将测出 、 、t等数据输入计算机的数据处理表格后、计算机将自动算出相应的加速度 ,将 输入计算机后将自动算出合外力 ;Ⅱ.自动描点连线制图的功能;Ⅲ.通过网络可达到数据共享。③学生以小组为单位,分工合作进行实验探究,并把实验数据输入计算机(使用移动PC并接入校园网)。
教师巡视,注意学生仪器使用是否得当,必要时给予指导。
④调用多组学生的实验数据,让学生分析 与 、 与 的定量关系。初步得出: 与F成正比, 与 成反比( 与1/ 成正比)。⑤引导学生应用CAI课件,采用图象法处理实验数据。
师生共同得出结论: 与 成正比、 与 成反比。说明:在CAI课件中定义坐标轴的数值和单位,同时调用已存的实验数据,计算机将在坐标系中自动描点、连线得到实验数据的关系图象,由此判断数据的关系。其中 与 的关系可转变为 与1/ 的关系来做图。(四)回顾总结深化认识
学生回顾本节课的探究过程以及探究过程中使用的物理思想和方法,归纳总结这节课的知识要点,提出自己在学习中存在的疑问。
教师答疑,深化知识。
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