8.5 创新实验：验证机械能守恒定律 课件 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册

《实验-验证机械能守恒定律》课程标准要求：

普通高中物理课程标准（2017年版2020年修订）

2.1.4通过实验，验证机械能守恒定律。理解机械能守恒定律。体会守恒观念对认识物理规律的重要性。能用机械能守恒定律分析生产生活中的有关问题。教材版本：人教版，普通高中课程标准实验教科书物理必修2第八章第五节。

本节课主要是让学生通过实验验证物体运动过程中机械能是否守恒，加深对机械能守恒定律的理解。又为之后的守恒量的学习，如动量守恒，电荷守恒定律奠定基础，有承上启下的作用。学生已学习本章的第4节“机械能守恒定律”，运

用动能定理及重力、弹力做功与势能变化的关系

从理论上逻辑严密的推出了机械能守恒定律。学生学习过前面的力学实验，已经掌握了打点

计时器的使用和纸带上某点瞬时速度的计算学情分析1.2.教学目标1.理解验证机械能守恒定律的原理。会设计实验方案，确定需要测量的物理量，采用正确的方法测量相关的物理量。2.能够控制实验条件，正确进行实验操作，获取物体下落的高度和速度大小等数据，会分析动能增加量小于重力势能减少量的原因，并采取相应措施，以减少实验误差。3.树立实事求是的科学态度，培养认真严谨的科学精神。教学重点

通过实验验证机械能守恒定律，形成机械能守恒的物理观念；学生严谨规范的实验操作的习惯；形成通过科学探究去分析身边事物规律的思维思考方式，会用物理学科思维去分析身边事物规律。实验过程实验目的实验原理实验器材实验步骤数据处理结果评估2.通过对实验数据的分析处理，对机械能守恒定律及守恒条件有更深刻的认识。1.验证机械能守恒定律实验目的创新改进方案自由落体法(主要方法)实验方法2.1.自由落体法：教材实验方案1.通过自由落体运动验证机械能守恒定律。2.实验原理：重锤自由下落减少的重力势能等于重锤增加的动能。3.实验装置和器材：铁架台、电火花打点计时器，带夹子重锤、纸带、刻度尺、交流电源。①重物的质量用天平测出③用直尺量纸带上某两点的距离。Δh纸带上某两点的距离等于重物下落的高度，这样就能得到重物下落过程中势能的变化。重力势能变化量ΔEP=mgh4.实验过程②按右图安装实验装置，接通电源后释放纸带④纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点的平均速度。⑤比较重物在某两点间的动能变化与势能变化，在误差范围内，即可能验证物体机械能是否守恒。从而得到它在各点的动能：4.实验过程ΔEK=ΔEPm（kg）h（cm）V0（m/s）V（m/s）势能减少量

ΔEP(J)动能增加量

ΔEK(J)10.516.301.6602.4100.8150.76020.518.351.9002.6750.9180.88630.519.601.4752.4630.9800.97340.522.22.3883.1631.1101.0765.实验数据记录实验结论：在误差允许的范围内，物体重力势能减少量与动能增加量基本相等，验证了机械能守恒定律6.教材实验方案评价优点：实验过程清晰，实验操作、数据记录和处理都和之前用打点计时器探究匀变速直线运动等实验类似，学生易于接受。缺点一：实验器材相对专业，进行实验的门槛较高不够贴近学生日常生活、物理知识与学生日常生活剥离，不利于提高学生的物理学习兴趣。缺点二：由于纸带与打点计时器之间有摩擦力，给实验带来误差。创新实验设计方案（一）利用手机或者相机的连拍频闪拍照功能对在竖直放置米尺附近做自由落体小球进行连拍，获得小球下落的频闪照片，可以验证机械能守恒定律。图二ABECD创新实验设计方案（一）

ABECDhAChCEhBD

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创新实验设计方案（一）创新亮点和误差分析

误差分析：1.利用米尺测量小球位置之间的距离时，可能存在读数等偶然误差。2.尺子放置不严格竖直，带来小球照片之间距离数据误差创新亮点：通过照相机可以避免纸带与打点计时器之间的摩擦力影响，提高了实验结果的精度。创新实验设计方案（二）——连接体装置法实验装置：定滑轮、轻质细线、两个质量不同的物体A、B，且ma>mb、天平、光电门、刻度尺、游标卡尺光电门Hd实验原理：物体A和物体B组成的连接体系统，由于重力大小不同，使得A和B一起运动，过程中只有A和B的重力做功，系统减少的重力势能等于系统增加的动能，即ΔEP=ΔEK，从而验证机械能守恒定律。

实验步骤光电门Hd创新实验设计方案（二）——创新亮点和方案分析

方案分析：1，连接物体A和物体B的细线不可过长，不能在过程中与滑轮连接处发生相对滑动，选择质量轻，韧性高，较粗糙的细线为宜。2，整个装置要保证在竖直平面内安装和操作。3，物体B选择宽度较小的，测出的瞬时速度更加准确，实验效果更好。创新亮点：采用连接体验证机械能守恒定律，不仅方法新颖，而且开拓学生多物体机械能守恒的思维认知，有利于加深对机械能守恒定律的理解。创新实验设计方案（三）——单摆实验原理：小球做单摆运动时，重力势能的变化量等于动能的变化量，即可验证机械能守恒定律。实验装置：单摆、天平、光电门、刻度尺、螺旋测微器小球光电门实验步骤：用天平称量小球的质量m，用螺旋测微器测量小球直径d。按右图安装装置，保证单摆装置竖直放置。将单摆静置，用刻度尺测量悬点O和单摆最低点B之间的矩离，记作l。④保持细线拉直状态，将小球拉至任意一点A记录A点位置，并记录AB竖直高度H。小球光电门AB

创新实验设计方案（三）——创新亮点和误差分析创新亮点：1，设计思路的创新：实验以曲线运动为载体的设计思路，使学生清楚地认识到机械能守恒定律不仅可以在直线运动中适用，在曲线运动中也同样适用，拓宽了学生对机械能守恒定律