2020-2021学年高中物理人教版必修二教案-验证机械能守恒定律-含解析.doc

PAGE 第八章 机械能守恒定律 实验：验证机械能守恒定律 教学设计 科目 物理 课题 实验：验证机械能守恒定律 课时 1课时 教学目标与 核心素养 一．知识与技能 1. 理解实验的设计思路，明确实验中需要直接测量的物理量； 2. 知道实验中选取测量点的有关要求。会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离。 二．过程与方法 1. 能正确进行实验操作，能根据实验数据的分析得出实验结论； 2. 能定性地分析产生实验误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差。 情感态度与价值观 1. 理解实验的设计思路，自主思考实验设计思路，加强实验能力； 2.能够独立分析产生实验误差的原因，并且尽量减小实验误差，通过实验理解机械能守恒定律。 教学重、 难点 教学重点：1. 理解用落体法验证机械能守恒定律； 2. 理解用光滑斜面法验证机械能守恒定律。 教学难点：1. 学会用平均速度法求解瞬时速度； 2. 学会用图像法处理实验数据并运用所学知识处理实验误差。 教学准备 课件演示、电火花计时器、重物、纸带、铁架台、烧瓶夹、电源 教 学 过 程 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课： 机械能守恒定律告诉我们，在只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能相互转化时总的机械能保持不变。下面我们通过实验来研究物体运动过程中动能与重力势能变化，从而验证机械能守恒定律。 讲授新课： （1）实验思路 【教师引导】方案一：自由落体运动 做自由落体运动的物体，如果忽略微小阻力作用，机械能是守恒的，即重力势能的减少量等于动能的增加量。 方案二：物体沿光滑斜面下滑 物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力与物体位移方向垂直(如图)，对物体不做功，这种情况也满足机械能守恒的条件。 【教师补充引导】实验思路的两点说明： （1）实验验证只有重力做功时，物体的机械能守恒，因此设计实验要求是物体只受重力作用或除重力做功外，其他力不做功。 （2）实验中阻力做功不可避免，我们应当尽量减小阻力做功的影响，用落体法验证时，要求重物的质量大一些，使重力远大于阻力；用光滑斜面法验证时，用气垫导轨铺设斜面，使阻力减至最小。 （2）物理量的测量 【教师引导】研究对象确定后，还需要明确所测的物理量和实验器材。根据重力势能和动能的定义，很自然地想到，需要测量物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度这三个物理量。 （3）数据分析 【教师引导】根据选定的实验方案设计相应的表格记录实验数据。计算物体在选定位置上动能与势能的和是否满足eq \f(1,2)mveq \o\al(2,2)＋mgh2＝eq \f(1,2)mveq \o\al(2,1)＋mgh1 也可以计算重物在某两点间的动能变化和势能变化是否满足eq \f(1,2)mveq \o\al(2,2)-eq \f(1,2)mveq \o\al(2,1)＝mgh1-mgh2 本实验我们提供物体做自由落体运动及沿光滑斜面下滑这两种方案。 【教师补充】用落体法验证机械能守恒定律 1、实验步骤 （1）仪器安装:按图示装置竖直架稳打点计时器，并用导线将打点计时器接在电源上。 （2）打纸带:将长约1m的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打点计时器，用手提着纸带，使重锤静止在靠近打点计时器的地方。接通电源，松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。 （3）换几条纸带，重复上面的实验。 2、数据处理 （1）求瞬时速度 在取下的纸带中挑选第1、2两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量。记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点0、1、2、3、…、n+1并测量出各计数点到O点的距离h0、h1、h2、h3、…、hn+1，再根据公式，计算出1、2、3、…、n点的瞬时速度v1、v2、v3、…、vn。 （2）机械能守恒验证 方法一：利用起始点和第n点 从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为eq \f(1,2)mveq \o\al(2,n)，如果在实验误差允许的范围内eq \f(1,2)mveq \o\al(2,n)＝mghn，即eq \f(1,2)veq \o\al(2,n)＝ghn成立，则机械能守恒定律得到验证。 方法二:任取两点 ①任取两点A,B，测出hAB，求出ghAB。 ②分别求出A、B两点的瞬时速度vA、vB，求出eq \f(1,2)mveq \o\al(2,B)－eq \f(1,2)mveq \o\al(2,A)的值。 ③如果在实验误差允许的范围内eq \f(1,2)veq \o\al(2,B)－eq \f(1,2)veq \o\al(2,A)＝ghAB，就证明机械能是守恒的。 方法三：图像法 计算各计数点的eq \f(1,2)v2，以eq \f(1,