2023年《实验验证机械能守恒定律》精品教案 21.pdf

学习必备 欢迎下载 实验：验证机械能守恒定律教学设计 高中物理新课程将科学探究列为课程目标和课程内容，并作为学生自主学习物理的一种有效学习方式。科学探究是学生在物理课程或现实生活的情境中，通过自己去发现问题、调查研究、动手操作、表达与交流等探究活动，获得知识、技能、方法的学习方式和学习过程。科学探究的目的是让学生经历探究的过程，获得理智与情感的体验，积累科学知识与方法。科学探究的目的是把学生置于动态、开放、生动、多元的学习环境中，在自主学习、探索中，获得学习体验。我在高中物理教学中，试用沪科版高中物理课程标准教科书，就“机械能守恒定律”，一课的教学，进行了实验探究课的尝试。这节课的教学设计过程如下：【设计思想】“只有重力做功时，物体的动能和重力势能可以相互转化，总的机械能如何变化？”是高一学生经常遇到的一个问题。这节课按照科学探究的要求，组织高一学生根据力学知识，制定实验计划，设计方案和进行操作，通过科学探究，使学生对机械能守恒定律的得出、含义、适用条件有一个明确的认识；学会应用科学探究的方法研究物理问题，探索物理规律，加深对科学的本质和价值的理解；运用计算机辅助，使学生亲身体验现代科技的影响，掌握将信息技术作为知识获取工具的方法。【教学目标】知识与技能：1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。2、掌握验证机械能守恒定律的实验原理。过程与方法：通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法。情感、态度与价值观：通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度。【教学重点】掌握验证机械能守恒定律的实验原理。【教学难点】验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。【教学方法】探究、讲授、讨论、学生分组实验、练习。【教学手段】学习必备 欢迎下载 多媒体教学。【学法指导】实验探究 【教学设想】预习导学学生初步了解本节内容实验探究突出重点，突破难点典型例题分析巩固知识达标提升。【教学用具】多媒体课件（配套设备）、电火花计时器、重物（质量 300g3g）、纸带、铁架台、烧瓶夹、电源。【教学过程】复习与引入 上节课我们学习了机械能守恒定律，掌握了机械能守恒定律的条件和公式。这节课我们通过实验来验证一下机械能守恒定律。一、实验介绍 1实验目的：验证机械能守恒定律。2 实验原理：本实验验证极其简单情形下的机械能守恒自由落体运动。而且，针对的是及其特殊的过程从释放点到某位置。思考 1：选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？答案：我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。思考 2：本实验要不要测量物体的质量？答案：因为 mgh=1/2mv2gh=v2，所以无需测量物体的质量 如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。二、实验器材：铁架台、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、重物（带铁夹）、毫米刻度尺等。三、实验步骤：1按图安装实验器材，电源接学生电源，并将输出电压调至 46V交流。接通电源前，用手提升纸带至重锤靠近打点计时器处。2先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。关闭电源，取下纸带备用。3重复步骤 2 两次，打出 3 条纸带。4取点迹清晰，且第一、二点距离接近2mm的纸带进行测量。先将第一点记为 O点，然后在纸带上任取 5 个连续的点（或间隔点数相同的点）1 2 3 4 5，如下图所示。改变称为机械运动静止在物改理变学中把一个体相对于另位相置没另位另位物性是学中另位绝的即还取是决所选另是量会根据测取是决所实际于需要体适当分度值取和另程放刻尺与于和被?实?据另物改学习必备 欢迎下载 5验证 O点到 2 点过程机械能守恒的方程为：mgh2=m，其中T为 1 点到 2 点（或 2 点到 3 点）之间的时间间隔，如果在误差允许的范围内等式成立，试验就是成功的。同理，可以验证 O点到 3 点过程、O点到 4 点过程的机械能是否守恒。6拆下器材，放回原处。思考 3：对于实际获得的纸带，如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？答案：x=1/2gt2=1/2 9.8 0.022m 210-3m=2 mm，所以，纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。四、数据处理与分析 依据刚才的实验，我们采集整理以下信息：数据 序号 下落高度hn（m）瞬 时 速 度 vn（m/s）减少的重力势能 mghn（J）增加的动能m（J）1 2 3 思考 4:可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）?我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能EA和EB。若以点B为0 势能点，则有：EKAmghEKB 数据处理：M kg h m VA m/s VB m/s 势能减少量 mgh(J)动能增加量 EK(J)1 0.5 0.48 1.3 1.6 0.2235 0.2175 2 0.5 0.63 1.2 1.6 0.2882 0.2800 3 0.5 0.68 1.4 1.8 0.3112 0.3000 4 0.5 1.71 1.5 2.3 0.7668 0.7600 过本实验，我们可以得到的结论：EA和EB 近似相等，从而验证机械能守恒 思考 5：如何测量物体的瞬时速度?h A B 改变称为机械运动静止在物改理变学中把一个体相对于另位相置没另位另位物性是学中另位绝的即还取是决所选另是量会根据测取是决所实际于需要体适当分度值取和另程放刻尺与于和被?实?据另物改学习必备 欢迎下载 答案：vB=vAC做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。探究讨论：速度能不能用 v=2gh 或 v=gt 计算？分析：（1）用 v=2gh这种方法是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用。（2）v=gt这种方法认为加速度为 g，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于 g，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是减少的，故这种方法也不能用。图象法处理数据;五、误差分析 1、偶然误差：测量长度时会带来误差.2、系统误差：实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，故动能的增加量EK 必定稍小于势能的减少量EP 。六、例题分析 例 1：在“验证机械能守恒定律”的一次实验中，质量 m=1kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如上图所示(相邻记数点时间间隔为 0.02s)，那么：(1)纸带的_(用字母表示)端与重物相连；(2)打点计时器打下计数点B 时，物体的速度vB=_；改变称为机械运动静止在物改理变学中把一个体相对于另位相置没另位另位物性是学中另位绝的即还取是决所选另是量会根据测取是决所实际于需要体适当分度值取和另程放刻尺与于和被?实?据另物改学习必备 欢迎下载(3)从起点 P 到打下计数点 B 的过程中物体的重力势能减少量EP=_，此过程中物体动能的增加量Ek=_；(g 取 9.8ms2)(4)通过计算，数值上EP_Ek(填“”或“=”)，这是因为_；(5)实验的结论是_。例 2：在用打点计时器验证物体自由下落过程中机械能守恒的实验里，以下哪些步骤必要？请把它们选出，并将它们的字母代号按操作顺序填在后面横线空白处_ A断开电源，取下纸带进行测量、记录。B将纸带固定在重锤上，并把它穿过打点计时器，提升到一定高度 C接通电源，释放纸带 D用天平测出重重锤的质量 E把打点计时器固定在支架上，并接在交流低压电源两端 F用秒表测出重锤下落的时间 例 3：在用自由落体运动做“验证机械能守恒定律”实验中，用天平称得重物的质量为 0.5kg，所用电源的频率为 50Hz，某同学通过正确的实验操作得到了一条理想的纸带。纸带上打出的点如图所示（纸带上的O点是第一个打印点，A、B、C、D、E分别是每打两个点的时间作为计时单位取的记数点，图中数据单位为毫米），已知当地的重力加速度 9.8m/s2。选择 B点为初始点，D点为终点，则从打下 B点到打下 D点的过程中，重物的重力势能的减少量为 J；重物动能的增加量为 J。七、作业布置 1资料：“活学活用”第 35 页第 2 题写到作业本。【教学反思】科学态度和科学作风的熏陶，提高科学文化素质，而且需要体验科学探究过程，增强创新意识和实践能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情，为终身发展，形成科学的世界观和价值观打下基础。围绕这一原则，我们要积极的转变教学方式和学生的学习方式。我所上的这节实验验证：机械能守恒定律的教学设计正是努力朝着这个方向做的。主要体现在以下几个方面：1、变验证型实验为探究型实验；2、恰当的设置了探究点；3、注重了知识与技能循序渐进的教学；4、充分展示了学生的主体地位；5、学生的合作意识、态度情感和价值观得到了升华。总之，我认为这节教学设计教改意识明显，符合新课程标准和素质教育的要求，是成功的。ABDEOC0125.0195.0280.0381.5497.5mm单位：改变称为机械运动静止在物改理变学中把一个体相对于另位相置没另位另位物性是学中另位绝的即还取是决所选另是量会根据测取是决所实际于需要体适当分度值取和另程放刻尺与于和被?实?据另物改