粤教版高中物理必修二4.5验证机械能守恒定律-教案设计

1、粤教版高中物理必修二4.5验证机械能守恒定律-教案设计 / 8物理粤教版高一年级必修2第四章第5节教学设计（一）验证机械能守恒定律【教学内容】广东教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书物理必修2第四章机械能和能源第五节验证机械能守恒定律教学【教学分析】.教材分析机械能守恒定律是力学中的一条重要规律，本节要求学生从实验误差、实验条件和安全问题等方面设计一个验证机械能守恒定律的实验方案。对学生的能力要求较高，老师要结合学生的实际情况，及时给予指导和帮助，通过适当的铺垫来降低学生的学习难度。.学情分析由于学生很少独立设计实验，因此，老师可以通过举例说明来引导学生学会如何进行 实验设计的思考，有时

2、甚至可以罗列几种实验方案，让学生进行分析和讨论， 然后决定采用其中一种方案。【教学目标】一、知识与技能.知道机械能守恒定律的内容和意义。应向学生说明定律有两层意思：一是动能和势 能可以相互转化；二是总机械能守恒。.知道机械能守恒的条件：只有重力和弹力做功，只发生动能和势能的相互转化。二、过程与方法1、通过这个开放型实验，了解学生对所学知识的掌握和灵活应用程度，了解学生对实 验仪器的作用和使用的掌握情况。2、根据学生设计的实验方案，了解学生对机械能守恒条件的理解程度，学会怎样减小 实验误差。3、通过实验，使学生学会处理和解决实际问题的一般思路和方法。三、情感、态度与价值观1、通过这个开放型实验，

3、培养学生的创新意识和探索能力。2、通过汇报与交流，使学生了解实验方案的不足，实际操作的不便，促使学生对实验 方案和实验步骤进行改进，提高实验的准确性。【教学重点、难点】设计方案验证机械能守恒定律。【教学方法】实验验证法、观察比较法【教学类型】实验课【教学媒体】各种多媒体教学软件【实验器材】 铁架台（带铁夹）、电磁打点计时器、直尺、重物、纸带、复写纸片、 导线和电源等。【教学过程】一、复习提问，引入新课师：在前面我们学习机械能守恒定律。 机械能守恒定律的内容是什么？表达式是什么？满足的条件是什么？这节课我们要设计验证机械能守恒定律的实验方案，并进行实际操作。板书：第四章机械能和能源第五节验证机械

4、能守恒定律二、进行科学探究1.提出问题师：1.本实验通过物体的什么运动验证机械能守恒？2.验证得到什么结果就可以说明物体的机械能守恒？ 3.求重力势能的减少量需要测量什么量， 求动能的增加量需要测量什么 量？需要什么器材？生：本节的实验目的是验证机械能守恒定律，可通过物体的自由落体运动来验证机械 能守恒定律；若物体减少的重力势能等于物体增加的动能，就可以说明物体的机械能守恒； 实验中，可以通过测量物体下降的高度来求出物体减少的重力势能，通过求出始末的速度来知道物体增加的动能。.设计实验方案生：（1）实验原理：在自由落体运动中，物体的重力势能和动能互相转化，但总的机械能保持不变。利用打点计时器记

5、录物体运动的位置，再根据纸带记录的点迹求出物体的速度。物体在下落过程中受到打点计时器的阻力和空气阻力，为了使物体在下落过程中受到的各种阻力可以忽略，必须加大物体的质量，所以实验用质量较大的重锤。如果重锤从静止开2始下落局度h时，速度增大到 v,由机械能守恒应该有 mgh= m/2。（ 2）实验器材：电磁 打点计时器、低压交流电源、纸带、复写纸、重物（附纸带夹子）、刻度尺、铁架台、导线。.实验操作教师提醒：注意机械能守恒定律的条件，尽可能减少误差。U 鬻曲 TOC o 1-5 h z 生：实验步骤：（1）按图1所示装置安装好电磁打点计时器并用/导线将打点计时器接在 46V的交流电源上；（2）将纸

6、带穿过打点计时器，纸带下端用夹子与重物相连，手提纸带使重物静止在靠近打点计q，时器的地方；（3）先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落，打点Jn计时器就在纸带上打下一系列的点；（4）更换纸带，重复上述步骤；图1（5）在取下的纸带中挑选第一、二两点间距接近2mm且点迹清晰的纸带测量，记下起点位置O,再挑选五个连续的点，标明1、2、3、4、5,用刻度尺量出各点距O点的距离h1、h2、h3、h5；（6）用公式Vn=（hn+1 hn-1）/2T计算各点的速度；（7）计算各点对应的势能减少量 Ep和动能增加量 R进行比较。.设计表格、记录数据教师提醒：注意有效位数。速度 v(m.s 1)动能变化量/E/

7、K下降距离h(m)重力做功W/比较W与力E/K123.数据处理、误差分析教师提醒：可用列表法、作图法处理。(1)安装打点计时器时，两纸带限位孔必须在同一竖直直线上，以减小纸带与限位孔 的摩擦阻力。(2)实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常后才能松开纸带让重锤下落。(3)选用密度较大的物体作重锤，以相对减小空气阻力的影响，实验中无需测出重锤的质量m,可保留在验证式中。(4)测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能搞错。为了减小测量h值的相对误差，选取的各计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，约 50cm即可。(5)实验中应挑选第一、 二两点间距接近 2mmt勺纸带，而不是使用vt=gt计

8、算某点的 速度，应根据中间时刻的瞬时速度与全程平均速度的关系求解。(6)实验中由于空气阻力及其它阻力的存在，测出的物体动能的增加量应小于重力势 能的减少量。.应用师：例题分析与补充训练例题：某同学在做“验证机械能守恒定律”的实验中，不慎将一条选择好的纸带的前面部分损坏，剩下的一段带上各点间的距离，他测出并标在纸带上，如图 2所示，已知打点(0123456/2.80 3.203.604.004.30 单位：cm图2计时器的周期为 0.02s ,重力加速度为 g=9.8m/s 2。试证明在实验误差允许的范围内机械能 守恒。补充练习：1.关于验证机械能守恒定律的下列说法中，哪些是正确的？()A.选用

9、重物时，重的比轻的好。B.选用重物时，体积大的比小的好。C.选定重物后，可不测出它的质量。D.重物所受的重力，应远大于它所受的空气阻力和纸带受到打点计时器的阻力。2.使用电磁打点计时器验证机械能守恒定律，由于摩擦力不可避免，则下述说法正确 的是()A.重物减少的重力势能一定等于增加的动能。B.重物减少的重力势能大于增加的动能。C.重物减少的重力势能小于增加的动能。D.以上说法都有可能。3.在验证机械能守恒定律的实验中：1).有如下器材：电磁打点计时器；低压电源；纸带；带夹子的重物；刻度尺；天平； 铁架台。其中该实验不需要的器材是 。2).实验时，松开纸带与闭合电源开关的合理顺序是 。3).实验

10、中，要从几条打上点的纸带中挑选第一，第二两点之间的距离接近 mm且点迹清晰的纸带进行测量。.在验证机械能守恒定律时：如果以V2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的V2/2 h图线应是,才能验证机械能守恒定律，V2/2 h图线的斜率等于 的数值。.在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,当地重力加速度为g=9.8m/s2 ,测得所用重物的质量为200g。实验得到一条清晰纸带，如图3所示，把第一个点记作 O,另选择连续的四个点 A、B、G D作为测量点，经测量知道 A、 曰 C、D各点到。点的距离分别为 41.61cm、49.63cm、56.10cm和62.

11、79cm ,由此可知重物 由。点运动到C点，重力势能的减少量等于 J;重锤经过C点时的速度为 m/s, 动能的增加量为 J。(结果保留三位有效数字).交流和总结师生间、生生间回顾这节课我们在实验中遇到什么困难，又是怎样解决的，今后在哪些方面进行改进三、作业：完成实验报告及后面的练习，预习第六节能量能量转化与守恒定律。【后记】:第五节验证机械能守恒定律可设计多种方案，但要尽量结合实验室的现有仪器，实验 时要特别注意满足机械能守恒的条件，设法减少实验误差。物理粤教版高一年级必修2第四章第5节教学设计（二）验证机械能守恒定律【教材分析与设计思想】一、教材分析本节是一个开放性较高的实验课，教材中并没有

12、直接告诉学生验证机械能守恒的实验 方案，而是要求学生在前面所学知识的基础上，独立设计实验方案， 并根据自己所设计的实验方案进行实验，及加以改进实验以减少误差。 本节重在让学生经历科学的探究过程，培养学生的自主性，合作性，体验发现、创造和成功的乐趣。二、设计思想本实验是一个开放性实验，有多种实验方案，但考虑到学生的能力水平，考虑到前面 学生所掌握的知识能力，本节在课前让学生自主设计实验时就明确规定学生是用自由落体运 动实验来验证明机械能守恒，让学生能从一个方向入手，另外考虑到部分能力较强的学生， 提出让学生思考设计其它办法来验证机械能守恒定律，并结合实验室的情况， 尽可能提供其它方法的实验器材。

13、 满足了不同学生学生的需要。 此外，课前教师要对学生所设计的实验报 告认真批阅指导，为上课做好充分的准备。课堂上，为了学生更好更有效地完成本实验，在实验前就让学生汇报交流课前设计的 实验报告，让学生在讨论交流中不断改进自己的实验方案，减少误差，为动手做实验做好充分的准备。在实验过程教师主要从减少误差和图象法处理数据方法加以引导。【教学目标】一、知识与技能.知道机械能守恒定律的内容和意义。.知道机械能守恒的条件：只有重力和弹力做功时，动能与势能相互转化。二、过程与方法.通过本节开放性实验，了解学生对所学知识掌握和灵活应用程度，了解学生对实验 仪器的作用和使用的掌握情况。.根据学生设计的实验方案，

14、了解学生对机械能守恒条件的理解程度，学会处样减少 实验误差。三、情感、态度与价值观.通过对实验报告的汇报、讨论交流，使学生了解实验方案的不足，使学生对实验方 案和实验步骤进行改进，从而提高实验的准确性。.通过本实验，培养学生的独立思考的能力和探索能力。【教学重点】.通过对课前设计的实验报告的汇报、讨论、交流，了解实验方案的不足，对实验步 骤进行改进。.桧查学生对所学知识的掌握和灵活应用程度，了解学生对实验仪器的使用的掌握情 况。.掌握实验数据的处理分析。【教学难点】.学生设计实验，通过汇报、讨论、交流，了解实验方案和实验步骤的不足，并加以 改进。.如何用图象法对实验数据进行处理分析。【教学方法

15、】讨论交流法、实验法【教学用具】电火花打点计时器、交流电、纸带、重锤、夹子、铁架台、刻度尺等【教学过程】课前准备：思考：机械能守恒定律成立的条件是什么？数学表达式如何？从能量转化的角度看，机械能守恒定律又可如何表示？验证机械能守恒定律在测量的物理量有哪些？在这些量中直 接测量的有哪些？间接测量的有哪些？如何测量？要求：以四人为一小组，设计一个实验：用自由落体运动来验证机械能守恒定律，并初步设计好实验报告：实验目的、实验原理、实验器材和装置、实验过程和步骤、数据记录与 分析。并思考能否设计其它实验用另外的方法来验证机械能守恒定律？教师认真批阅学生初步设计的实验报告，了解学生对机械能守恒条件的掌握

16、程度，了解学生实验设计的合理性，方便课堂上准确有效地指导学生。实验室提供的仪器：电火花打点计时器、交流电、纸带、重锤、夹子、铁架台、刻度尺（每小组有）如果学生能设计出其它方法来验证机械能守恒定律，如用气垫导轨、用平抛运动的方法等，如果所需的器材实验有，则可给个别小组多提供相应的实验器材。一、复习引入（2分钟）师：机械能守恒定律成立的条件是什么？数学表达式如何？从能量转化的角度看，机械能守恒定律又可如何表示？生：师：本节我们就用大家设计的实验来验证机械能守恒定律。二、科学探究过程师：验证机械能守恒定律在测量的物理量有哪些？在这些量中直接测量的有哪些？间接 测量的有哪些？如何测量？.汇报交流实验方

17、案（10分钟）师：下面我们请一个小组的代表来说说你们设计的实验报告，其他同学认真听，并找出自己小组设计的实验报告有哪些不同，哪种更合理更好，呆会请大家讨论交流。生：一、实验目的二、实验原理三、实验器材四、实验步骤五、实验数据的记录与分析学生根据自己设计的实验报告，从减小误差的角度找到更好的方法。.实验过程(10分钟)下面请大家通过刚才的讨论交流，对你们小组所设计的实验从减小误差的角度加以改 进，然后根据实验室提供的器材完成本实验，并做好实验数据的记录。生：做实验，列表记录数据。.实验数据的分析(10分钟)师：在物理实验过程中，数据的分析方法除了计算法，还有哪一种方法是更加形象直观 的？生：图象

18、法。师：本实验中，我们是通过能量转化的角度，通过比较什么量的变化来验证机械能守恒定律的？生：势能、动能的变化。师：势能、动能的变化又与什么有关？生：下落的高度。师：所以用图象法处理数据时，坐标的纵轴、横轴应分别表示什么？生：纵轴表示：势能、动能，横轴表示：下落高度。师：势能的大小与参考点的选取有关吗？所以应注意什么？生：有，必须选择零势点。师：请大家用计算法和图象法对记录的数据进行分析。.实验结论与实验误差分析(5分钟)师：请大家继续完成实验报告：写出实验结论，并对实验过程中产生的误差进行分析。.小结(3分钟)1)在本次实验过程中，你遇到了哪些困难？发现了哪些问题？又是如何克服和解决的？2)通过本实验，你是否验证了机械能守恒定律？)通过完成这项研究，你有什么收获和体会？三、作业.继续完成实验报告.练习：(1)在用电磁打点计时器验证机械 能守恒定律的实验中，打点计时器每打两 个相邻点的时间间隔为 0.02s,实验中应选 第一、第二点最接近 mm的纸带进行测量。把第一个点记作0,另选三个连续的点 n-1, n, n+1,三个点到0点距离分别为hb12h2, h3,如图2所不，根据以上数据可算出重锤在n点的速度u n=, 若算出一vn2