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一、新课引入对比分析 [人教版]先给出“物体运动状态，也就是物体加速度的大小，与物体的质量有关”及“物体运动状态变化的快慢，还与物体受力的大小有关”后对比小汽车、满载货车启动时加速快慢，竞赛小汽车和一般小汽车加速快慢，得到：“这些事实告诉我们，物体的质量一定时，受力越大，它获得的加速度越大；物体受力一定时，它的质量越小，加速度越大。”[1] [粤教版]在牛顿第一定律的基础上提出新问题。“要探寻物体受力与运动之间的规律，就要考虑加速度与什么因素有关”，后给出火车启动、飞机起飞的例子，并用问题引导学生思考，得到“物体所获得的加速度与物体的受力和物体的质量都有关系的猜想”。[2] [沪科版]在牛顿第一定律基础上得出：“力是产生加速度的原因。”“也就是说，物体的加速度与物体受到的力有关，且加速度的大小、方向与受到的力的大小、方向都有关系。”[3]接着，定性分析运动员用大小方向不同的力踢球，球瞬间获得加速度不同。然后，提出问题：“物体的加速度除了与力的大小、方向有关外，还跟什么因素有关呢？”[3]并分析用球拍挡同样速度滚来的乒乓球和网球的例子，以及推动一辆原来静止空车和满载重车的难易。最后得：“物体的加速度与力、质量有关，物体质量一定时，受力越大，加速度越大；物体受力一定时，质量越大，加速度越小。”[3] [鲁科版]基于学生基础“外力作用的结果是使物体的运动速度发生变化，而速度发生变化又意味着产生了加速度”，提出问题“外力与加速度之间存在什么关系呢？”，[4]列举推车的例子做定性分析。“用大小不同的力推同一辆车”[4]及“用同样的外力推空车和推满载的车”，猜想：“物体获得的加速度可能与外力有关还可能与本身的质量有关”[4]。 [教科版]先提出问题：“用生活中的实例说明影响加速度的因素有哪些，并定性说明这些因素是怎样影响加速大小和方向的。”[5]然后给出，用不同的力推质量相同的两个物体，用相同的力推质量不同的两个物体的四幅图（图略），图（a）、（b）中质量相同，（a）图力大，加速度大，（b）图力小加速度小，图（c）、（d）中力一样大，（c）图质量大加速度小，（d）图质量小加速度小。让学生用图中所示情况与生活经验做比较，定性说出F、m、a之间的关系。 各版本教材都重视通过定性分析学生熟悉的生活实例得到加速度、力、质量之间的关系。不同的是：人教版教材直接给出结论，并用实例来对比分析，例子很有代表性，但是未能解决：为什么要这样比较？运动状态的改变为什么与力有关？粤教版教材，重视在已学习内容基础上，提出新问题。不足在于对实例分析不足，远离学生生活，所给问题逻辑混乱，会造成学生认知混乱，不利于设计实验方案时想到要采用控制变量法。沪科版教材，重视在牛顿第一定律基础上，分析问题，值得借鉴，所举例子贴近学生生活。不足在于，没有分析为何要研究加速度和质量的关系就直接列举实例来分析。鲁科版教材的思路和沪科版基本一致。教科版教材，开门见山提出问题，给出了四幅插图比较直观，但没涉及“为什么”。 教学建议：在牛顿第一定律基础上分析得出：为什么要研究加速度和力以及加速度和质量之间的关系。应让学生明白为什么想到要去探究加速度、力、质量之间的关系，而不是加速度和其他物理量之间的关系。首先，展示牛顿第一定律，再次深度剖析定律。前半句阐明：一切物体任何时候都有惯性。而质量是惯性大小唯一的量度，质量越大惯性越大，运动状态改变越困难。这说明质量与物体运动状态的改变有关，质量是“抗拒”运动状态改变的唯一因素，是影响运动状态改变的唯一内因。定律后半句阐明：力是改变物体运动状态的唯一原因，力是“主动”改变运动状态唯一因素，是影响运动状态改变的唯一外因。接着，上升到哲学高度，分析事物的变化需从内因和外因两个方面入手，综合这两方面的因素可以得到物体运动状态的改变只与力、质量这两个因素有关。运动状态的改变就是物体速度变化，物体必有加速度。最后得出：物体获得的加速度只与受到的力、自身质量有关。 二、控制变量法介绍的对比 要探究加速度、力、质量三者之间的关系，需采用控制变量法。五种版本教材中，除人教版以外，其余四种版本在定性分析三者关系后，提出要定量研究三者关系必须采用控制变量法。其中，沪科版教材介绍最详细。“需要采用控制变量法分三步进行。一是保持物体的质量不变，测量物体在不同力作用下的加速度，研究加速度与力的定量关系；二是保持所受的力不变，测量不同质量的物体在同样的力作用下的加速度，研究加速度与质量的定量关系；最后再将这两者综合起来。”[3] 教学建议：控制变量法是物理中重要思想方法，学生掌握了控制变量法，对实验方案设计、实验操作的有序性、数据处理等都有很好的促进作用，有必要再给学生详细介绍。建议借鉴沪科版教材的方法，但在第二步的表述需做出修改，“测量不同质量的物体”改为“测量物体不同质量”，避免歧义。 三、设计实验方案启发性对比 探究性实验要求学生自主设计实验方案。五种版本教材除了鲁科版外，在设计实验方案时，都给学生提出一些富有启发性的问题。 [人教版]先介绍探究“加速度与力的关系”和“加速度与质量的关系”整体思路，后提出“制定实验方案时的两问题”：怎样测量（或比较）物体的加速度；怎样提供并测量物体受到的恒力。 [粤教版]在定量探究加速度与力的关系时，提出：“1.上述实验中加速度用什么公式计算？2.如果仪器只能测出滑块挡光片经过光电门的时间，如何计算速度？3.滑块所受的拉力是否就等于砝码的重力呢？……要将滑块所受的重力近似地等于砝码所受的重力，实验过程中物体的加速度是否不应该太大？”[2] [沪科版]让学生讨论以下问题：“①在这个实验中研究对象是小车和砝码，怎样改变和测量它们的质量？②研究对象所受的外力是由什么提供的？怎样改变和测量外力的大小？③怎样从纸带记录的数据算出研究对象的加速度？”[3] [教科版]给出三个问题，在分析问题过程中，完成实验方案设计。“1.如何使物体在力的作用下做匀加速直线运动？2.如何测量被研究对象的质量及其所受的拉力？3.如何测量物体运动的加速度？”[4] 教学建议：设计实验方案是十分重要的环节，通过这一环节可以拓展学生的思维内涵，让学生明白实验中为何要这样做，还可以怎样做。这一环节的顺利进行，可以让学生更好理解实验原理、实验步骤及数据处理等。设计实验方案对学生而言有一定难度，需要教师和教材给学生提供一些富有启发性的问题。让学生在这些问题的引导下，逐步完成方案的设计。建议按照如下问题展开：1.应该让研究对象（小车）做什么运动？2.如何才能让研究对象做匀加速直线运动？3.如何才给物体提供恒定的拉力？4.如何测量拉力？5.拉力何种情况下才等于物体受到的合力？6.如何测量质量？7.如何测量加速度？弄清楚了研究对象做何种运动，怎样才能做这样的运动，要测量哪些物理量，又该如何测量每一个物理量后，就可以组合出很多方案来。如长木板打点计时器方案、长木板光电门方案、气垫导轨光电门方案、长木板位移传感器方案、气垫导轨位移传感器方案等。 四、实验条件的对比 实验中，把悬挂物的重力近似看成是细线对小车及车上物体的拉力，需满足：小车的质量要远远大于悬挂重物的质量。小车所受的合外力近似等于悬挂重物的重力，还需要平衡小车所受摩擦力。五个版本教材对实验条件处理如下。 [人教版]“小盘和砝码所受重力，等于使小车做匀加速运动的力”[1]，然后在页脚注明“这两个力只是近似相等，条件是盘和砝码的质量要比小车的质量小很多，通过以后的学习我们会证明这一点。”[1] [粤教版]在定量探究实验中，用气垫导轨来“尽量消除摩擦力影响”。在定量探究加速度与力的关系时，提出问题“滑块所受的拉力是否就等于砝码的重力呢”之后，分析“通过对砝码的受力分析可知，如果二者相等，砝码受到的合外力将为零，下落过程应该是匀速直线运动，这显然与事实不符。我们猜想，加速度越大，上述两个力的差别会越大，要将滑块所受到的拉力近似地看作等于砝码的重力，实验中物体的加速度是否不应该太大？”[2] [沪科版]在页脚位置分别注明“为了克服木板对小车摩擦力的影响，可以将木板不带滑轮的一端稍微抬高一些，使小车的重力沿斜面向下的分力平衡摩擦力”[3]和“实验中，要求车与车中砝码的总质量远大于小桶及桶中细砂的质量，其原因见5.4节‘多学一点’的分析。”[3]并在5.4节的‘多学一点’给出详细分析过程。 [鲁科版]“为了消除摩擦力对小车运动的影响，必须将木板无滑轮的一端稍微垫高一些，用重力沿斜面向下的分力来平衡摩擦力，使小车不挂重物体时恰能做匀速运动。当挂上重物时，只要重物的质量远小于小车的质量，那么可以近似认为重物所受的重力大小等于小车所受合外力的大小。”[4] [教科版]“在这个过程中需要消除摩擦力的影响。如果将小车放在一端带有滑轮的长木板上做实验，通常可以将长木板倾斜，使小车在不受力时能在长木板上近似做匀速直线运动。如果采用气垫导轨，让滑块在水平轨道上运动，此时摩擦力很小，可以忽略不计。”[5]“当本研究物体的质量M远大于重物的质量m时，可以近似认为其所受拉力F=mg。”[5] 五种版本教材的异同：[人教版]没有平衡摩擦力，在页脚位置注明小盘及砝码重力等于小车所受拉力的条件，这样在实验中没有办法测出小车所受到的合外力。[人教版]“通过以后的学习我们会证明这一点”，然而在后面教材中没有解释为何要求小车的质量远大于砝码及小盘的质量之和。[粤教版]提出问题让师生讨论摩擦力的影响，然后采用气垫导轨来避免摩擦力的影响。没有明确要求小车（滑块）的质量远大于砝码的质量。[沪科版]详细介绍了平衡摩擦力的条件及原理，但没介绍怎样才算平衡好摩擦力。明确要求小车及车中砝码的质量远大于小桶及桶中细砂的质量，并在本章第4节给出详细解释。[鲁科版]对这两个条件的介绍都十分详细，并在平衡摩擦力以及满足“重物质量远小于小车质量”后得出：重物的重力等于小车的合外力。[教科版]介绍很详细，同时介绍了消除摩擦力影响的两种方法，垫高长木板和采用气垫导轨，质量条件也做出要求。 教学建议：借鉴教科版教材的思路，在引导学生设计实验方案时提出问题、讨论问题中，对实验条件做出分析。在解决如何测量物体受到的力（合外力）这一问题的讨论、分析过程中得到实验条件。在消除摩擦力时，依次介绍两种不同的思路，要么找一个力来平衡掉摩擦力，要么让滑块的摩擦力接近于零，分别对应垫高长木板和采用气垫导轨的方法。在质量关系的条件上，可以借鉴沪科版教材的方法，先给出条件，至于“为什么”等学习了牛顿第二定律的应用再解释。另外，应像鲁科版教材一样提炼出“可以近似认为重物所受的重力大小等于小车所受合外力的大小”，这样实验中才能测出合外力。 五、实验方案的选择 五种版本教材选择的实验方案各不相同，如图1至图5（见下页）所示。五种版本教材提供的方案，从朴素的长木板小车打点计时器到先进传感器计算机都有。 五种版本教材实验方案有如下差异：
