2024-2025学年高中物理 第七章 机械能守恒定律 6 实验：探究功与速度变化的关系（4）教学实录 新人教版必修2

2024-2025学年高中物理第七章机械能守恒定律6实验：探究功与速度变化的关系（4）教学实录新人教版必修2科目授课时间节次--年—月—日（星期——）第—节指导教师授课班级、授课课时授课题目（包括教材及章节名称）2024-2025学年高中物理第七章机械能守恒定律6实验：探究功与速度变化的关系（4）教学实录新人教版必修2设计意图本节课通过实验探究功与速度变化的关系，帮助学生理解机械能守恒定律，培养学生科学探究能力，提高实验操作技能。通过实验操作，学生能够掌握功的计算方法，理解动能与速度的关系，为后续学习动能定理打下基础。核心素养目标1.发展科学探究能力，通过实验探究功与速度变化的关系。

2.培养数学建模能力，学会运用数学方法分析物理现象。

3.提升科学思维，理解动能与速度的关系，形成科学的世界观。学习者分析1.学生已经掌握了相关知识：学生在学习本节课之前，已经学习了牛顿第二定律、动能和势能等基础物理概念，具备一定的物理实验操作能力。

2.学习兴趣、能力和学习风格：高中学生对物理实验普遍感兴趣，愿意动手操作，但部分学生可能对物理概念理解不够深入，需要通过实验加深理解。学生能力方面，部分学生具备较强的观察能力和实验操作技能，但部分学生可能动手能力较弱。学习风格上，学生既有偏好于理论学习的，也有偏好于实践操作的。

3.学生可能遇到的困难和挑战：学生在探究功与速度变化的关系时，可能对功的计算方法理解不够，导致实验结果不准确。此外，学生在分析实验数据时，可能难以建立动能与速度之间的关系，需要教师引导和指导。部分学生可能因为实验操作不熟练而影响实验结果，需要教师在实验过程中给予个别指导。教学资源-实验器材：小车、斜面、打点计时器、纸带、刻度尺、钩码、细线

-软硬件资源：计算机、数据采集与分析软件

-课程平台：学校内部物理教学平台

-信息化资源：相关实验视频、教学课件、实验指导手册

-教学手段：多媒体教学、实物演示、分组讨论教学过程一、导入新课

（老师）同学们，上一节课我们学习了动能和势能，以及它们之间的关系。今天我们将进一步探讨功与速度变化的关系，也就是我们要探究的机械能守恒定律。请大家回忆一下，机械能守恒定律是什么？

（学生）机械能守恒定律是指在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，但机械能的总和保持不变。

（老师）很好，我们已经有了机械能守恒定律的基本概念。今天，我们将通过实验来探究功与速度变化的关系，进一步验证机械能守恒定律。

二、实验准备

（老师）首先，我们需要准备实验器材。请同学们按照实验步骤，将小车、斜面、打点计时器、纸带、钩码、细线等实验器材准备好。

（学生）好的，老师。

三、实验操作

（老师）现在，我们将进行实验。首先，将小车放在斜面的顶端，然后将钩码挂在细线上，连接到小车上。请同学们注意观察，当钩码从斜面顶端滑下时，它会拉动小车，使小车加速运动。

（学生）明白了，老师。

（老师）请同学们按照以下步骤进行实验：

1.将小车放在斜面的顶端，调整斜面的倾斜角度。

2.将钩码挂在细线上，连接到小车上。

3.用打点计时器记录小车运动过程中的时间间隔和位移。

4.重复实验多次，记录不同斜面角度下的数据。

四、数据收集与分析

（老师）请同学们将实验数据记录在表格中，包括时间间隔、位移、钩码的质量和斜面角度等。

（学生）好的，老师。

（老师）接下来，我们将对实验数据进行分析。首先，我们需要计算小车在不同时间间隔内的平均速度。然后，根据牛顿第二定律，我们可以计算出小车所受的合外力。最后，结合功的计算公式，我们可以计算出钩码对小车所做的功。

五、讨论与交流

（老师）请同学们分组讨论，分析实验数据，看看是否能够得出功与速度变化的关系。

（学生）我们小组分析了数据，发现随着斜面角度的增加，小车的速度增加，钩码对小车所做的功也增加。

（老师）很好，你们的观察很准确。那么，我们如何从理论上解释这个现象呢？

六、理论推导

（老师）根据机械能守恒定律，我们知道小车的机械能守恒，即动能加势能等于常数。我们可以通过实验数据计算出小车在不同位置的速度和势能，从而验证这个定律。

七、结论与反思

（老师）通过本节课的实验探究，我们验证了机械能守恒定律，并探究了功与速度变化的关系。请同学们总结一下，今天我们学习了哪些内容？

（学生）我们学习了如何通过实验探究功与速度变化的关系，以及如何运用机械能守恒定律来解释物理现象。

（老师）非常好。在今后的学习中，希望大家能够将实验与理论相结合，不断提高自己的科学探究能力。

八、布置作业

（老师）请大家完成以下作业：

1.写一篇实验报告，总结实验过程和结果。

2.思考如何将本节课的实验方法应用于其他物理现象的探究。

（学生）好的，老师。

九、课堂小结

（老师）今天我们通过实验探究了功与速度变化的关系，验证了机械能守恒定律。希望大家通过本节课的学习，能够更加深入地理解物理概念，提高自己的实验操作能力和科学探究能力。

（学生）谢谢老师。知识点梳理1.机械能守恒定律：

-定义：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，但机械能的总和保持不变。

-条件：系统内只有重力或弹力做功，没有其他外力做功或外力做功的代数和为零。

-应用：解决涉及动能、势能、机械能守恒的物理问题。

2.动能：

-定义：物体由于运动而具有的能量。

-公式：\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，其中\(m\)是物体的质量，\(v\)是物体的速度。

-特点：动能是标量，与速度的平方成正比。

3.势能：

-定义：物体由于位置而具有的能量。

-重力势能：\(E_p=mgh\)，其中\(m\)是物体的质量，\(g\)是重力加速度，\(h\)是物体相对于参考点的高度。

-弹性势能：\(E_p=\frac{1}{2}kx^2\)，其中\(k\)是弹簧的劲度系数，\(x\)是弹簧的形变量。

4.功：

-定义：力对物体做功是指力使物体在力的方向上移动一段距离。

-公式：\(W=F\cdots\cdot\cos\theta\)，其中\(W\)是功，\(F\)是力，\(s\)是物体移动的距离，\(\theta\)是力与物体移动方向之间的夹角。

-特点：功是标量，与力的方向和物体移动的方向有关。

5.功与能量转化：

-功可以转化为能量，能量也可以转化为功。

-在机械能守恒的情况下，功的转化主要体现在动能和势能之间的相互转化。

6.动能定理：

-定义：物体所受合外力所做的功等于物体动能的变化量。

-公式：\(W=\DeltaE_k\)，其中\(W\)是合外力所做的功，\(\DeltaE_k\)是动能的变化量。

7.动能和势能的转换：

-在重力场中，物体的重力势能可以转化为动能，反之亦然。

-在弹性势场中，物体的弹性势能可以转化为动能，反之亦然。

8.机械能守恒定律的应用：

-解决涉及物体运动、碰撞、抛体运动等物理问题。

-分析物体在不同位置的能量变化，确定物体在某个位置的能量。

9.实验探究：

-通过实验探究功与速度变化的关系，验证机械能守恒定律。

-学习实验操作技巧，提高实验分析能力。

10.知识点综合应用：

-将动能、势能、功等概念应用于实际问题，如机械设计、能源转换等。板书设计①机械能守恒定律

-定义：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能和势能可以相互转化，但机械能的总和保持不变。

-条件：系统内只有重力或弹力做功，没有其他外力做功或外力做功的代数和为零。

②动能

-公式：\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)

-特点：动能是标量，与速度的平方成正比。

③势能

-重力势能：\(E_p=mgh\)

-弹性势能：\(E_p=\frac{1}{2}kx^2\)

④功

-公式：\(W=F\cdots\cdot\cos\theta\)

-特点：功是标量，与力的方向和物体移动的方向有关。

⑤动能定理

-公式：\(W=\DeltaE_k\)

-定义：物体所受合外力所做的功等于物体动能的变化量。

⑥动能和势能的转换

-重力场中的转换：重力势能转化为动能，反之亦然。

-弹性势场中的转换：弹性势能转化为动能，反之亦然。

⑦机械能守恒定律的应用

-解决涉及物体运动、碰撞、抛体运动等物理问题。

-分析物体在不同位置的能量变化，确定物体在某个位置的能量。

⑧实验探究

-探究功与速度变化的关系，验证机械能守恒定律。

-学习实验操作技巧，提高实验分析能力。

⑨知识点综合应用

-将动能、势能、功等概念应用于实际问题，如机械设计、能源转换等。典型例题讲解例题1：

一个质量为2kg的小球从高度h=10m的斜面顶端自由下滑，不计空气阻力。求小球到达斜面底部时的速度。

解：

小球从高度h下滑，重力势能转化为动能。根据机械能守恒定律：

\[mgh=\frac{1}{2}mv^2\]

\[v=\sqrt{2gh}\]

\[v=\sqrt{2\times9.8\times10}\]

\[v\approx9.9\text{m/s}\]

例题2：

一个质量为0.5kg的物体从静止开始沿光滑水平面滑行，受到一个恒定的水平力F=10N作用。物体滑行5m后停下。求物体受到的摩擦力。

解：

物体受到恒定水平力作用，摩擦力与力F方向相反。物体滑行过程中，动能转化为摩擦力做的功。根据动能定理：

\[W=F\cdots\]

\[W=\frac{1}{2}mv^2\]

\[F\cdots=\frac{1}{2}mv^2\]

由于物体最终停下，\(v=0\)，所以：

\[F\cdots=0\]

\[F=0\]

因此，物体受到的摩擦力为0N。

例题3：

一个质量为3kg的物体从高度h=5m的斜面顶端自由下滑，斜面与水平面的夹角为30°。不计空气阻力。求物体到达斜面底部时的速度。

解：

物体从高度h下滑，重力势能转化为动能。斜面与水平面的夹角为30°，因此物体下滑的路径长度为\(h\sin(30°)\)。根据机械能守恒定律：

\[mgh=\frac{1}{2}mv^2\]

\[v=\sqrt{2gh\sin(30°)}\]

\[v=\sqrt{2\times9.8\times5\times\frac{1}{2}}\]

\[v\approx7.07\text{m/s}\]

例题4：

一个质量为0.2kg的物体从静止开始沿光滑斜面滑行，斜面长度为0.5m，高度为0.2m。不计空气阻力。求物体到达斜面底端时的速度。

解：

物体从静止开始滑行，重力势能转化为动能。根据机械能守恒定律：

\[mgh=\frac{1}{2}mv^2\]

\[v=\sqrt{2gh}\]

\[v=\sqrt{2\times9.8\times0.2}\]

\[v\approx2.01\text{m/s}\]

例题5：

一个质量为1kg的物体从高度h=10m的斜面顶端自由下滑，斜面与水平面的夹角为45°。不计空气