4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 教学设计-2025-2026学年高一上学期物理人教版必修第一册

中小学教育资源及组卷应用平台 4.2实验：探究加速度与力、质量的关系 教学设计 一、核心素养目标 1.物理观念 （1）通过实验探究，准确理解加速度与力、质量的定量关系，建立“加速度与合外力成正比，与质量成反比”的核心观念，深化对牛顿第二定律的初步认知。 （2）明确实验中“合外力”的内涵（本实验中小车合外力近似等于砝码重力的条件），理解“控制变量法”在多因素问题研究中的应用价值，形成对实验变量的科学认知。 （3）能结合实验结论解释生活中的相关现象（如汽车提速与载重的关系、火箭发射的动力设计），建立“力是改变运动状态的原因”的完整物理观念。 2.科学思维 （1）经历“提出问题—猜想假设—设计方案—数据处理—得出结论”的完整探究过程，培养科学探究的逻辑思维能力，体会“定性猜想→定量探究”的科学研究路径。 （2）通过实验方案的设计与优化（如如何平衡摩擦力、如何近似小车合外力），运用归纳推理、误差分析等思维方法，提升科学论证与创新思维能力。 （3）掌握利用图像法处理实验数据的技巧（将非线性关系转化为线性关系），理解“化曲为直”的思维价值，培养数形结合的分析能力。 3.科学探究 （1）能自主设计实验方案，明确实验目的、原理、器材选择及操作步骤，掌握“控制变量法”的具体应用（控制质量不变探究与力的关系，控制力不变探究与质量的关系）。 （2）能规范操作实验仪器（打点计时器、天平、弹簧测力计等），准确记录实验数据（纸带上的点迹、小车质量、砝码重力等），培养实验操作的规范性与精准性。 （3）能独立处理实验数据（计算加速度、绘制图像），分析实验误差来源（如摩擦力未平衡、砝码质量过大），并提出合理的改进措施，培养科学探究的严谨性。 4.科学态度与社会责任 （1）通过实验探究体会科学研究的艰辛与乐趣，培养尊重实验事实、严谨务实的科学习惯，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学态度。 结合实验结论在工程技术（如汽车制造、航空航天）中的应用，认识物理实验与科技发展的紧密联系，增强科技自信与社会责任感。 在小组合作实验中，培养团队协作意识与沟通表达能力，学会倾听不同意见并基于证据完善实验方案。 二、教学重难点 1.教学重点 （1）实验原理的理解：明确探究加速度与力、质量关系的实验思路，掌握控制变量法的应用。 （2）实验操作的关键：平衡摩擦力的方法、小车合外力的近似处理（砝码质量远小于小车质量）。 （3）数据处理的方法：利用打点计时器计算加速度，通过图像法（a-F图像、a-1/m图像）分析实验数据并得出结论。 2.教学难点 （1）实验方案的优化：如何有效平衡摩擦力，避免因摩擦力影响实验结果；如何合理选择砝码质量，使小车合外力近似等于砝码重力。 （2）加速度的计算：利用逐差法处理纸带上的点迹，准确计算小车的加速度，理解逐差法减小误差的原理。 （3）误差分析与改进：区分系统误差（如摩擦力未平衡彻底）与偶然误差（如数据读数偏差），并提出针对性的改进措施。 （4）图像法的应用：理解为何要绘制a-1/m图像而非a-m图像，掌握“化曲为直”的思维本质。 三、教学环节 （一）情境导入：生活现象引发猜想 1.展示三组生活情境：①视频1：赛车与普通轿车同时启动，赛车提速更快（相同质量，不同动力）；②视频2：空载货车与满载货车同时启动，空载货车提速更快（相同动力，不同质量）；③图片：火箭发射时，巨大的推力使其获得极大加速度。 2.提出问题链：“赛车比普通轿车提速快，可能与什么因素有关？”“空载货车比满载货车提速快，又说明加速度与什么因素有关？”“加速度与力、质量之间究竟存在怎样的定量关系？” 3.学生猜想：结合生活经验，学生易提出“力越大，加速度越大；质量越大，加速度越小”的定性猜想。教 ... ...