1、粵教版高中物理必修二4.5驗證機械能守恒定律-教案設計 / 8物理粵教版高一年級必修2第四章第5節(jié)教學設計（一）驗證機械能守恒定律【教學內(nèi)容】廣東教育出版社出版的普通高中課程標準實驗教科書物理必修2第四章機械能和能源第五節(jié)驗證機械能守恒定律教學【教學分析】.教材分析機械能守恒定律是力學中的一條重要規(guī)律，本節(jié)要求學生從實驗誤差、實驗條件和安全問題等方面設計一個驗證機械能守恒定律的實驗方案。對學生的能力要求較高，老師要結合學生的實際情況，及時給予指導和幫助，通過適當?shù)匿亯|來降低學生的學習難度。.學情分析由于學生很少獨立設計實驗，因此，老師可以通過舉例說明來引導學生學會如何進行 實驗設計的思考，有時

2、甚至可以羅列幾種實驗方案，讓學生進行分析和討論， 然后決定采用其中一種方案。【教學目標】一、知識與技能.知道機械能守恒定律的內(nèi)容和意義。應向?qū)W生說明定律有兩層意思：一是動能和勢 能可以相互轉(zhuǎn)化；二是總機械能守恒。.知道機械能守恒的條件：只有重力和彈力做功，只發(fā)生動能和勢能的相互轉(zhuǎn)化。二、過程與方法1、通過這個開放型實驗，了解學生對所學知識的掌握和靈活應用程度，了解學生對實 驗儀器的作用和使用的掌握情況。2、根據(jù)學生設計的實驗方案，了解學生對機械能守恒條件的理解程度，學會怎樣減小 實驗誤差。3、通過實驗，使學生學會處理和解決實際問題的一般思路和方法。三、情感、態(tài)度與價值觀1、通過這個開放型實驗，

3、培養(yǎng)學生的創(chuàng)新意識和探索能力。2、通過匯報與交流，使學生了解實驗方案的不足，實際操作的不便，促使學生對實驗 方案和實驗步驟進行改進，提高實驗的準確性。【教學重點、難點】設計方案驗證機械能守恒定律。【教學方法】實驗驗證法、觀察比較法【教學類型】實驗課【教學媒體】各種多媒體教學軟件【實驗器材】 鐵架臺（帶鐵夾）、電磁打點計時器、直尺、重物、紙帶、復寫紙片、 導線和電源等。【教學過程】一、復習提問，引入新課師：在前面我們學習機械能守恒定律。 機械能守恒定律的內(nèi)容是什么？表達式是什么？滿足的條件是什么？這節(jié)課我們要設計驗證機械能守恒定律的實驗方案，并進行實際操作。板書：第四章機械能和能源第五節(jié)驗證機械

4、能守恒定律二、進行科學探究1.提出問題師：1.本實驗通過物體的什么運動驗證機械能守恒？2.驗證得到什么結果就可以說明物體的機械能守恒？ 3.求重力勢能的減少量需要測量什么量， 求動能的增加量需要測量什么 量？需要什么器材？生：本節(jié)的實驗目的是驗證機械能守恒定律，可通過物體的自由落體運動來驗證機械 能守恒定律；若物體減少的重力勢能等于物體增加的動能，就可以說明物體的機械能守恒； 實驗中，可以通過測量物體下降的高度來求出物體減少的重力勢能，通過求出始末的速度來知道物體增加的動能。.設計實驗方案生：（1）實驗原理：在自由落體運動中，物體的重力勢能和動能互相轉(zhuǎn)化，但總的機械能保持不變。利用打點計時器記

5、錄物體運動的位置，再根據(jù)紙帶記錄的點跡求出物體的速度。物體在下落過程中受到打點計時器的阻力和空氣阻力，為了使物體在下落過程中受到的各種阻力可以忽略，必須加大物體的質(zhì)量，所以實驗用質(zhì)量較大的重錘。如果重錘從靜止開2始下落局度h時，速度增大到 v,由機械能守恒應該有 mgh= m/2。（ 2）實驗器材：電磁 打點計時器、低壓交流電源、紙帶、復寫紙、重物（附紙帶夾子）、刻度尺、鐵架臺、導線。.實驗操作教師提醒：注意機械能守恒定律的條件，盡可能減少誤差。U 鬻曲 TOC o 1-5 h z 生：實驗步驟：（1）按圖1所示裝置安裝好電磁打點計時器并用/導線將打點計時器接在 46V的交流電源上；（2）將紙

6、帶穿過打點計時器，紙帶下端用夾子與重物相連，手提紙帶使重物靜止在靠近打點計q，時器的地方；（3）先接通電源，再松開紙帶，讓重物自由下落，打點Jn計時器就在紙帶上打下一系列的點；（4）更換紙帶，重復上述步驟；圖1（5）在取下的紙帶中挑選第一、二兩點間距接近2mm且點跡清晰的紙帶測量，記下起點位置O,再挑選五個連續(xù)的點，標明1、2、3、4、5,用刻度尺量出各點距O點的距離h1、h2、h3、h5；（6）用公式Vn=（hn+1 hn-1）/2T計算各點的速度；（7）計算各點對應的勢能減少量 Ep和動能增加量 R進行比較。.設計表格、記錄數(shù)據(jù)教師提醒：注意有效位數(shù)。速度 v(m.s 1)動能變化量/E/

7、K下降距離h(m)重力做功W/比較W與力E/K123.數(shù)據(jù)處理、誤差分析教師提醒：可用列表法、作圖法處理。(1)安裝打點計時器時，兩紙帶限位孔必須在同一豎直直線上，以減小紙帶與限位孔 的摩擦阻力。(2)實驗時，必須先接通電源，讓打點計時器工作正常后才能松開紙帶讓重錘下落。(3)選用密度較大的物體作重錘，以相對減小空氣阻力的影響，實驗中無需測出重錘的質(zhì)量m,可保留在驗證式中。(4)測量下落高度時，都必須從起始點算起，不能搞錯。為了減小測量h值的相對誤差，選取的各計數(shù)點要離起始點遠些，紙帶也不宜過長，約 50cm即可。(5)實驗中應挑選第一、 二兩點間距接近 2mmt勺紙帶，而不是使用vt=gt計

8、算某點的 速度，應根據(jù)中間時刻的瞬時速度與全程平均速度的關系求解。(6)實驗中由于空氣阻力及其它阻力的存在，測出的物體動能的增加量應小于重力勢 能的減少量。.應用師：例題分析與補充訓練例題：某同學在做“驗證機械能守恒定律”的實驗中，不慎將一條選擇好的紙帶的前面部分損壞，剩下的一段帶上各點間的距離，他測出并標在紙帶上，如圖 2所示，已知打點(0123456/2.80 3.203.604.004.30 單位：cm圖2計時器的周期為 0.02s ,重力加速度為 g=9.8m/s 2。試證明在實驗誤差允許的范圍內(nèi)機械能 守恒。補充練習：1.關于驗證機械能守恒定律的下列說法中，哪些是正確的？()A.選用

9、重物時，重的比輕的好。B.選用重物時，體積大的比小的好。C.選定重物后，可不測出它的質(zhì)量。D.重物所受的重力，應遠大于它所受的空氣阻力和紙帶受到打點計時器的阻力。2.使用電磁打點計時器驗證機械能守恒定律，由于摩擦力不可避免，則下述說法正確 的是()A.重物減少的重力勢能一定等于增加的動能。B.重物減少的重力勢能大于增加的動能。C.重物減少的重力勢能小于增加的動能。D.以上說法都有可能。3.在驗證機械能守恒定律的實驗中：1).有如下器材：電磁打點計時器；低壓電源；紙帶；帶夾子的重物；刻度尺；天平； 鐵架臺。其中該實驗不需要的器材是 。2).實驗時，松開紙帶與閉合電源開關的合理順序是 。3).實驗

10、中，要從幾條打上點的紙帶中挑選第一，第二兩點之間的距離接近 mm且點跡清晰的紙帶進行測量。.在驗證機械能守恒定律時：如果以V2/2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的V2/2 h圖線應是,才能驗證機械能守恒定律，V2/2 h圖線的斜率等于 的數(shù)值。.在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz,當?shù)刂亓铀俣葹間=9.8m/s2 ,測得所用重物的質(zhì)量為200g。實驗得到一條清晰紙帶，如圖3所示，把第一個點記作 O,另選擇連續(xù)的四個點 A、B、G D作為測量點，經(jīng)測量知道 A、 曰 C、D各點到。點的距離分別為 41.61cm、49.63cm、56.10cm和62.

11、79cm ,由此可知重物 由。點運動到C點，重力勢能的減少量等于 J;重錘經(jīng)過C點時的速度為 m/s, 動能的增加量為 J。(結果保留三位有效數(shù)字).交流和總結師生間、生生間回顧這節(jié)課我們在實驗中遇到什么困難，又是怎樣解決的，今后在哪些方面進行改進三、作業(yè)：完成實驗報告及后面的練習，預習第六節(jié)能量能量轉(zhuǎn)化與守恒定律。【后記】:第五節(jié)驗證機械能守恒定律可設計多種方案，但要盡量結合實驗室的現(xiàn)有儀器，實驗 時要特別注意滿足機械能守恒的條件，設法減少實驗誤差。物理粵教版高一年級必修2第四章第5節(jié)教學設計（二）驗證機械能守恒定律【教材分析與設計思想】一、教材分析本節(jié)是一個開放性較高的實驗課，教材中并沒有

12、直接告訴學生驗證機械能守恒的實驗 方案，而是要求學生在前面所學知識的基礎上，獨立設計實驗方案， 并根據(jù)自己所設計的實驗方案進行實驗，及加以改進實驗以減少誤差。 本節(jié)重在讓學生經(jīng)歷科學的探究過程，培養(yǎng)學生的自主性，合作性，體驗發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和成功的樂趣。二、設計思想本實驗是一個開放性實驗，有多種實驗方案，但考慮到學生的能力水平，考慮到前面 學生所掌握的知識能力，本節(jié)在課前讓學生自主設計實驗時就明確規(guī)定學生是用自由落體運 動實驗來驗證明機械能守恒，讓學生能從一個方向入手，另外考慮到部分能力較強的學生， 提出讓學生思考設計其它辦法來驗證機械能守恒定律，并結合實驗室的情況， 盡可能提供其它方法的實驗器材。

13、 滿足了不同學生學生的需要。 此外，課前教師要對學生所設計的實驗報 告認真批閱指導，為上課做好充分的準備。課堂上，為了學生更好更有效地完成本實驗，在實驗前就讓學生匯報交流課前設計的 實驗報告，讓學生在討論交流中不斷改進自己的實驗方案，減少誤差，為動手做實驗做好充分的準備。在實驗過程教師主要從減少誤差和圖象法處理數(shù)據(jù)方法加以引導。【教學目標】一、知識與技能.知道機械能守恒定律的內(nèi)容和意義。.知道機械能守恒的條件：只有重力和彈力做功時，動能與勢能相互轉(zhuǎn)化。二、過程與方法.通過本節(jié)開放性實驗，了解學生對所學知識掌握和靈活應用程度，了解學生對實驗 儀器的作用和使用的掌握情況。.根據(jù)學生設計的實驗方案，

14、了解學生對機械能守恒條件的理解程度，學會處樣減少 實驗誤差。三、情感、態(tài)度與價值觀.通過對實驗報告的匯報、討論交流，使學生了解實驗方案的不足，使學生對實驗方 案和實驗步驟進行改進，從而提高實驗的準確性。.通過本實驗，培養(yǎng)學生的獨立思考的能力和探索能力。【教學重點】.通過對課前設計的實驗報告的匯報、討論、交流，了解實驗方案的不足，對實驗步 驟進行改進。.檜查學生對所學知識的掌握和靈活應用程度，了解學生對實驗儀器的使用的掌握情 況。.掌握實驗數(shù)據(jù)的處理分析。【教學難點】.學生設計實驗，通過匯報、討論、交流，了解實驗方案和實驗步驟的不足，并加以 改進。.如何用圖象法對實驗數(shù)據(jù)進行處理分析。【教學方法

15、】討論交流法、實驗法【教學用具】電火花打點計時器、交流電、紙帶、重錘、夾子、鐵架臺、刻度尺等【教學過程】課前準備：思考：機械能守恒定律成立的條件是什么？數(shù)學表達式如何？從能量轉(zhuǎn)化的角度看，機械能守恒定律又可如何表示？驗證機械能守恒定律在測量的物理量有哪些？在這些量中直 接測量的有哪些？間接測量的有哪些？如何測量？要求：以四人為一小組，設計一個實驗：用自由落體運動來驗證機械能守恒定律，并初步設計好實驗報告：實驗目的、實驗原理、實驗器材和裝置、實驗過程和步驟、數(shù)據(jù)記錄與 分析。并思考能否設計其它實驗用另外的方法來驗證機械能守恒定律？教師認真批閱學生初步設計的實驗報告，了解學生對機械能守恒條件的掌握

16、程度，了解學生實驗設計的合理性，方便課堂上準確有效地指導學生。實驗室提供的儀器：電火花打點計時器、交流電、紙帶、重錘、夾子、鐵架臺、刻度尺（每小組有）如果學生能設計出其它方法來驗證機械能守恒定律，如用氣墊導軌、用平拋運動的方法等，如果所需的器材實驗有，則可給個別小組多提供相應的實驗器材。一、復習引入（2分鐘）師：機械能守恒定律成立的條件是什么？數(shù)學表達式如何？從能量轉(zhuǎn)化的角度看，機械能守恒定律又可如何表示？生：師：本節(jié)我們就用大家設計的實驗來驗證機械能守恒定律。二、科學探究過程師：驗證機械能守恒定律在測量的物理量有哪些？在這些量中直接測量的有哪些？間接 測量的有哪些？如何測量？.匯報交流實驗方

17、案（10分鐘）師：下面我們請一個小組的代表來說說你們設計的實驗報告，其他同學認真聽，并找出自己小組設計的實驗報告有哪些不同，哪種更合理更好，呆會請大家討論交流。生：一、實驗目的二、實驗原理三、實驗器材四、實驗步驟五、實驗數(shù)據(jù)的記錄與分析學生根據(jù)自己設計的實驗報告，從減小誤差的角度找到更好的方法。.實驗過程(10分鐘)下面請大家通過剛才的討論交流，對你們小組所設計的實驗從減小誤差的角度加以改 進，然后根據(jù)實驗室提供的器材完成本實驗，并做好實驗數(shù)據(jù)的記錄。生：做實驗，列表記錄數(shù)據(jù)。.實驗數(shù)據(jù)的分析(10分鐘)師：在物理實驗過程中，數(shù)據(jù)的分析方法除了計算法，還有哪一種方法是更加形象直觀 的？生：圖象

18、法。師：本實驗中，我們是通過能量轉(zhuǎn)化的角度，通過比較什么量的變化來驗證機械能守恒定律的？生：勢能、動能的變化。師：勢能、動能的變化又與什么有關？生：下落的高度。師：所以用圖象法處理數(shù)據(jù)時，坐標的縱軸、橫軸應分別表示什么？生：縱軸表示：勢能、動能，橫軸表示：下落高度。師：勢能的大小與參考點的選取有關嗎？所以應注意什么？生：有，必須選擇零勢點。師：請大家用計算法和圖象法對記錄的數(shù)據(jù)進行分析。.實驗結論與實驗誤差分析(5分鐘)師：請大家繼續(xù)完成實驗報告：寫出實驗結論，并對實驗過程中產(chǎn)生的誤差進行分析。.小結(3分鐘)1)在本次實驗過程中，你遇到了哪些困難？發(fā)現(xiàn)了哪些問題？又是如何克服和解決的？2)通過本實驗，你是否驗證了機械能守恒定律？)通過完成這項研究，你有什么收獲和體會？三、作業(yè).繼續(xù)完成實驗報告.練習：(1)在用電磁打點計時器驗證機械 能守恒定律的實驗中，打點計時器每打兩 個相鄰點的時間間隔為 0.02s,實驗中應選 第一、第二點最接近 mm的紙帶進行測量。把第一個點記作0,另選三個連續(xù)的點 n-1, n, n+1,三個點到0點距離分別為hb12h2, h3,如圖2所不，根據(jù)以上數(shù)據(jù)可算出重錘在n點的速度u n=, 若算出一vn2