8.5 創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 課件 高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊(cè)

《實(shí)驗(yàn)-驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》課程標(biāo)準(zhǔn)要求：

普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版2020年修訂）

2.1.4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。能用機(jī)械能守恒定律分析生產(chǎn)生活中的有關(guān)問題。教材版本：人教版，普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書物理必修2第八章第五節(jié)。

本節(jié)課主要是讓學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證物體運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能是否守恒，加深對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解。又為之后的守恒量的學(xué)習(xí)，如動(dòng)量守恒，電荷守恒定律奠定基礎(chǔ)，有承上啟下的作用。學(xué)生已學(xué)習(xí)本章的第4節(jié)“機(jī)械能守恒定律”，運(yùn)

用動(dòng)能定理及重力、彈力做功與勢(shì)能變化的關(guān)系

從理論上邏輯嚴(yán)密的推出了機(jī)械能守恒定律。學(xué)生學(xué)習(xí)過前面的力學(xué)實(shí)驗(yàn)，已經(jīng)掌握了打點(diǎn)

計(jì)時(shí)器的使用和紙帶上某點(diǎn)瞬時(shí)速度的計(jì)算學(xué)情分析1.2.教學(xué)目標(biāo)1.理解驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的原理。會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案，確定需要測(cè)量的物理量，采用正確的方法測(cè)量相關(guān)的物理量。2.能夠控制實(shí)驗(yàn)條件，正確進(jìn)行實(shí)驗(yàn)操作，獲取物體下落的高度和速度大小等數(shù)據(jù)，會(huì)分析動(dòng)能增加量小于重力勢(shì)能減少量的原因，并采取相應(yīng)措施，以減少實(shí)驗(yàn)誤差。3.樹立實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度，培養(yǎng)認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)精神。教學(xué)重點(diǎn)

通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，形成機(jī)械能守恒的物理觀念；學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)規(guī)范的實(shí)驗(yàn)操作的習(xí)慣；形成通過科學(xué)探究去分析身邊事物規(guī)律的思維思考方式，會(huì)用物理學(xué)科思維去分析身邊事物規(guī)律。實(shí)驗(yàn)過程實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)器材實(shí)驗(yàn)步驟數(shù)據(jù)處理結(jié)果評(píng)估2.通過對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理，對(duì)機(jī)械能守恒定律及守恒條件有更深刻的認(rèn)識(shí)。1.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)?zāi)康膭?chuàng)新改進(jìn)方案自由落體法(主要方法)實(shí)驗(yàn)方法2.1.自由落體法：教材實(shí)驗(yàn)方案1.通過自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。2.實(shí)驗(yàn)原理：重錘自由下落減少的重力勢(shì)能等于重錘增加的動(dòng)能。3.實(shí)驗(yàn)裝置和器材：鐵架臺(tái)、電火花打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，帶夾子重錘、紙帶、刻度尺、交流電源。①重物的質(zhì)量用天平測(cè)出③用直尺量紙帶上某兩點(diǎn)的距離。Δh紙帶上某兩點(diǎn)的距離等于重物下落的高度，這樣就能得到重物下落過程中勢(shì)能的變化。重力勢(shì)能變化量ΔEP=mgh4.實(shí)驗(yàn)過程②按右圖安裝實(shí)驗(yàn)裝置，接通電源后釋放紙帶④紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于相鄰兩點(diǎn)的平均速度。⑤比較重物在某兩點(diǎn)間的動(dòng)能變化與勢(shì)能變化，在誤差范圍內(nèi)，即可能驗(yàn)證物體機(jī)械能是否守恒。從而得到它在各點(diǎn)的動(dòng)能：4.實(shí)驗(yàn)過程ΔEK=ΔEPm（kg）h（cm）V0（m/s）V（m/s）勢(shì)能減少量

ΔEP(J)動(dòng)能增加量

ΔEK(J)10.516.301.6602.4100.8150.76020.518.351.9002.6750.9180.88630.519.601.4752.4630.9800.97340.522.22.3883.1631.1101.0765.實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，物體重力勢(shì)能減少量與動(dòng)能增加量基本相等，驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律6.教材實(shí)驗(yàn)方案評(píng)價(jià)優(yōu)點(diǎn)：實(shí)驗(yàn)過程清晰，實(shí)驗(yàn)操作、數(shù)據(jù)記錄和處理都和之前用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器探究勻變速直線運(yùn)動(dòng)等實(shí)驗(yàn)類似，學(xué)生易于接受。缺點(diǎn)一：實(shí)驗(yàn)器材相對(duì)專業(yè)，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的門檻較高不夠貼近學(xué)生日常生活、物理知識(shí)與學(xué)生日常生活剝離，不利于提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)興趣。缺點(diǎn)二：由于紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間有摩擦力，給實(shí)驗(yàn)帶來誤差。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案（一）利用手機(jī)或者相機(jī)的連拍頻閃拍照功能對(duì)在豎直放置米尺附近做自由落體小球進(jìn)行連拍，獲得小球下落的頻閃照片，可以驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。圖二ABECD創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案（一）

ABECDhAChCEhBD

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創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案（一）創(chuàng)新亮點(diǎn)和誤差分析

誤差分析：1.利用米尺測(cè)量小球位置之間的距離時(shí)，可能存在讀數(shù)等偶然誤差。2.尺子放置不嚴(yán)格豎直，帶來小球照片之間距離數(shù)據(jù)誤差創(chuàng)新亮點(diǎn)：通過照相機(jī)可以避免紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器之間的摩擦力影響，提高了實(shí)驗(yàn)結(jié)果的精度。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案（二）——連接體裝置法實(shí)驗(yàn)裝置：定滑輪、輕質(zhì)細(xì)線、兩個(gè)質(zhì)量不同的物體A、B，且ma>mb、天平、光電門、刻度尺、游標(biāo)卡尺光電門Hd實(shí)驗(yàn)原理：物體A和物體B組成的連接體系統(tǒng)，由于重力大小不同，使得A和B一起運(yùn)動(dòng)，過程中只有A和B的重力做功，系統(tǒng)減少的重力勢(shì)能等于系統(tǒng)增加的動(dòng)能，即ΔEP=ΔEK，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

實(shí)驗(yàn)步驟光電門Hd創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案（二）——?jiǎng)?chuàng)新亮點(diǎn)和方案分析

方案分析：1，連接物體A和物體B的細(xì)線不可過長(zhǎng)，不能在過程中與滑輪連接處發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，選擇質(zhì)量輕，韌性高，較粗糙的細(xì)線為宜。2，整個(gè)裝置要保證在豎直平面內(nèi)安裝和操作。3，物體B選擇寬度較小的，測(cè)出的瞬時(shí)速度更加準(zhǔn)確，實(shí)驗(yàn)效果更好。創(chuàng)新亮點(diǎn)：采用連接體驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，不僅方法新穎，而且開拓學(xué)生多物體機(jī)械能守恒的思維認(rèn)知，有利于加深對(duì)機(jī)械能守恒定律的理解。創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案（三）——單擺實(shí)驗(yàn)原理：小球做單擺運(yùn)動(dòng)時(shí)，重力勢(shì)能的變化量等于動(dòng)能的變化量，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。實(shí)驗(yàn)裝置：?jiǎn)螖[、天平、光電門、刻度尺、螺旋測(cè)微器小球光電門實(shí)驗(yàn)步驟：用天平稱量小球的質(zhì)量m，用螺旋測(cè)微器測(cè)量小球直徑d。按右圖安裝裝置，保證單擺裝置豎直放置。將單擺靜置，用刻度尺測(cè)量懸點(diǎn)O和單擺最低點(diǎn)B之間的矩離，記作l。④保持細(xì)線拉直狀態(tài)，將小球拉至任意一點(diǎn)A記錄A點(diǎn)位置，并記錄AB豎直高度H。小球光電門AB

創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案（三）——?jiǎng)?chuàng)新亮點(diǎn)和誤差分析創(chuàng)新亮點(diǎn)：1，設(shè)計(jì)思路的創(chuàng)新：實(shí)驗(yàn)以曲線運(yùn)動(dòng)為載體的設(shè)計(jì)思路，使學(xué)生清楚地認(rèn)識(shí)到機(jī)械能守恒定律不僅可以在直線運(yùn)動(dòng)中適用，在曲線運(yùn)動(dòng)中也同樣適用，拓寬了學(xué)生對(duì)機(jī)械能守恒定律