實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 教案 高中物理新教科版必修第二冊(cè)（2022-2023學(xué)年）

4.6實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律新教材高中物理必修第二冊(cè)（教科版2019）【教學(xué)內(nèi)容分析】課標(biāo)要求學(xué)生：通過實(shí)驗(yàn)，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。理解機(jī)械能守恒定律，體會(huì)守恒觀念對(duì)認(rèn)識(shí)物理規(guī)律的重要性?！爸挥兄亓ψ龉r(shí)，物體的動(dòng)能和重力勢能可以相互轉(zhuǎn)化，總的機(jī)械能如何變化？”是高一學(xué)生經(jīng)常遇到的一個(gè)問題。本節(jié)課按照科學(xué)探究的要求，組織學(xué)生根據(jù)力學(xué)知識(shí)，制定實(shí)驗(yàn)計(jì)劃，設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行操作以及數(shù)據(jù)處理。本節(jié)課通過實(shí)驗(yàn)探索物理規(guī)律，加深對(duì)科學(xué)的本質(zhì)和價(jià)值的理解【學(xué)情分析】上節(jié)課學(xué)生已學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律，掌握了機(jī)械能守恒定律的條件和公式。同時(shí)學(xué)生也做過了動(dòng)能定理的實(shí)驗(yàn)，所以本節(jié)課的實(shí)驗(yàn)操作對(duì)學(xué)生來說并不復(fù)雜，關(guān)鍵點(diǎn)在于如何進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。【教學(xué)目標(biāo)】掌握實(shí)驗(yàn)原理，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，形成正確的物理觀念。會(huì)根據(jù)實(shí)驗(yàn)中打出的紙帶測定物體下落的距離，會(huì)計(jì)算的瞬時(shí)速度的方法，并能定性的分析產(chǎn)生誤差的原因。經(jīng)歷實(shí)驗(yàn)探究的主要環(huán)節(jié)，通過實(shí)驗(yàn)操作、記錄和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過分析、比較、歸納得出實(shí)驗(yàn)結(jié)果。通過實(shí)驗(yàn)與探究，培養(yǎng)學(xué)生的探究意識(shí)和動(dòng)手實(shí)踐能力。【教學(xué)重、難點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理【教學(xué)過程設(shè)計(jì)】新課導(dǎo)入上節(jié)課我們學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律，這節(jié)課我們通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證一下機(jī)械能守恒定律。新課學(xué)習(xí)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。2.熟悉瞬時(shí)速度的測量方法。3.能正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)得出結(jié)論，能定性地分析產(chǎn)生誤差的原因。二、實(shí)驗(yàn)器材打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、鐵架臺(tái)、重物、紙帶、刻度尺等三、實(shí)驗(yàn)原理回顧機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容，確定實(shí)驗(yàn)探究模型——自由落體運(yùn)動(dòng)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄物體下落運(yùn)動(dòng)的情況，處理數(shù)據(jù)進(jìn)而計(jì)算出物體運(yùn)動(dòng)到打下各計(jì)數(shù)點(diǎn)過程中增加的動(dòng)能及減小的重力勢能，判斷兩者是否相等。12mv2=mgh方法①：測出從初始位置0點(diǎn)下落h高時(shí)的速度大小，若QUOTE112mv22-12mv12=mg?h?h方法②：測出下落QUOTE?h高度過程的初、末速度QUOTE，若四、實(shí)驗(yàn)步驟 1.安裝好鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器2.將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，連好重物3.接通電源，釋放重物，重復(fù)幾次，關(guān)閉電源【實(shí)驗(yàn)操作視頻】通過展示實(shí)驗(yàn)操作視頻，幫助學(xué)生進(jìn)一步掌握實(shí)驗(yàn)操作五、數(shù)據(jù)處理1.選取點(diǎn)跡清晰，且最開始兩點(diǎn)的間距接近2mm的紙帶，標(biāo)上計(jì)數(shù)點(diǎn)0、1、2…v1、v2h3?h1、h22.測出0到各點(diǎn)的距離QUOTEh1、h2、QUOTEh3?…，并求出各點(diǎn)的瞬時(shí)速度【板書展示】舉例計(jì)數(shù)點(diǎn)2的瞬時(shí)速度如何計(jì)算3.機(jī)械能守恒定律的驗(yàn)證公式法、圖像法方法①：從0點(diǎn)到第n點(diǎn)gh=12v2若QUOTEgh=1方法②：任取A點(diǎn)到B點(diǎn)ghAB=12vB2-12v方法③：圖像法12v2-h若作出QUOTE12v2-h圖像，且斜率為QUOTE則物體機(jī)械能守恒六、注意事項(xiàng)1.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝穩(wěn)固，并使兩限位孔的中線在同一豎直線上2.應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物3.先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后再松開紙帶讓重物下落4.本實(shí)驗(yàn)中的幾種驗(yàn)證方法均不需要測重物的質(zhì)量mv=2ghv=gt5.各點(diǎn)的速度要由紙帶實(shí)測，不能用QUOTEv=gt或QUOTEv=2gh計(jì)算【課后作業(yè)】課后跟進(jìn)案——鞏固基礎(chǔ)

配套練習(xí)1.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50hz,查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣?.8m/s2,某同學(xué)選擇了如圖所示的一條理想的紙帶，并用刻度尺測量出了各計(jì)數(shù)點(diǎn)到0點(diǎn)的距離。圖中0點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C、D分別是每打兩個(gè)點(diǎn)取出的計(jì)數(shù)點(diǎn)。當(dāng)重物由0點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)時(shí)，已知重物質(zhì)量為TOC\o"1-5"\h\z1kg，請(qǐng)根據(jù)以上數(shù)據(jù)，填寫出下面四個(gè)空(計(jì)算結(jié)果保留三位有效數(shù)字)（1）由上圖可知，重物與紙帶的端相連。(填“左”或“右”)；（2）重力勢能的減少量J;動(dòng)能的增加量J;（3）根據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)可得出結(jié)論：。2.下圖是“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，以下列出了一些實(shí)驗(yàn)步驟：A.用天平測出重物和夾子的質(zhì)量B.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器用鐵夾固定放到桌邊的鐵架臺(tái)上，使兩個(gè)限位孔在同一豎直面內(nèi)C.把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在交流電源上，電源開關(guān)處于斷開狀態(tài)D.將紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，讓重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，處于靜止?fàn)顟B(tài)E.接通電源，待計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后釋放紙帶，之后再斷開電源F.用秒表測出重物下落的時(shí)間G.更換紙帶，重新進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)（1）對(duì)于本實(shí)驗(yàn)，以上不必要的兩個(gè)步驟是和。（2）右圖為實(shí)驗(yàn)中打出的一條紙帶 ，0為打出的第一個(gè)點(diǎn),A、B、C為從合適位置開始選取的三個(gè)連續(xù)點(diǎn)（其他點(diǎn)未畫出），打點(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02s打一個(gè)點(diǎn).若重物的質(zhì)量為0.5kg,當(dāng)?shù)刂亓铀俣热=9.8m/s2,由圖乙所給的數(shù)據(jù)可算出（結(jié)果保留兩位有效數(shù)字）:①從O點(diǎn)下落到B點(diǎn)的過程中，重力勢能的減少量為J.②打B點(diǎn)時(shí)重物的動(dòng)能為J.（3）試指出造成第（2）問中①②計(jì)算結(jié)果不等的原因是3.如圖所示為用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)裝置（所用電源的頻率為50Hz）某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測得各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O的距離（單位：cm）如圖所示，圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個(gè)點(diǎn)，A、B、C是連續(xù)打下的三個(gè)點(diǎn)。（1）關(guān)于這一實(shí)驗(yàn)，下列說法中正確的是（ ）A.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)接直流電源B.應(yīng)先釋放紙帶，后接通電源打點(diǎn)C.需使用秒表測出重物下落的時(shí)間D.釋放重物前，重物應(yīng)靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器（2）若重錘質(zhì)量為1kg，重力加速度取9.8m/s2。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重錘下落的速度vb= m/s，重錘的動(dòng)能EkB= J。從開始下落算起，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打 B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢能減小量為EpB=J（結(jié)果均保留兩位有效數(shù)字）。通過計(jì)算，數(shù)值上EPBEkB（填“＞”“=”或“＜”） 。這是因?yàn)椤?.在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器電源頻率為50Hz，重物質(zhì)量m=1.00kg，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=