2024-2025學年高中物理第四章機械能和能源第5節(jié)驗證機械能守恒定律教案粵教版必修2

PAGE4-驗證機械能守恒定律教學目標一、學問目標1.學會以“自由落體運動”為例，利用打點計時器驗證機械能守恒定律的方法。包括試驗目的、試驗原理、試驗器材、試驗步驟、數(shù)據(jù)處理的方法和留意事項以及誤差分析等。二、核心素養(yǎng)目標1．學會自我學習，通過視頻和模擬試驗的學習，完成驗證明驗過程。2．學會團隊合作，通過小組合作學習提高試驗操作的效率和精確率。3．學會采集和處理數(shù)據(jù)的實力，樹立“實踐是檢驗真理唯一標準”的科學觀。4．培育學生珍惜能源愛惜環(huán)境的的環(huán)保意識。5．滲透感恩與愛的教化。教學重點以“自由落體運動”為例，利用打點計時器驗證機械能守恒定律。教學難點數(shù)據(jù)處理的方法教學策略學生在前面已經(jīng)做過《練習運用打點計時器》和《探究自由落體運動》這兩個試驗，這節(jié)課是以“自由落體運動”為例，利用打點計時器驗證機械能守恒定律，試驗操作和《探究自由落體運動》大同小異，因此這節(jié)課的重點不是試驗操作，而是數(shù)據(jù)處理的方法。課堂上我通過計算機模擬試驗復習試驗的操作過程，而不再進行實際試驗操作，既讓學生鞏固試驗操作過程，又能留下更多的時間給學生去學習數(shù)據(jù)處理的方法。物理教學、特殊是物理試驗教學，必需是以事實為基礎，我們不能給學生一段“虛擬的紙帶”去學習。因此課前我通過試驗打出了許多條比較精確的“紙帶”，把這些真實試驗的“紙帶”發(fā)給學生進行學習。本堂課通過“模擬試驗”、“微課視頻”和“真實試驗”相結合，大大提高了課堂容量和教學效率。教具打算電腦模擬試驗軟件教學視頻試驗裝置1套教學過程預設一、導：1．機械能守恒定律的內(nèi)容及其條件是什么？2．做自由落體運動的物體，是否符合機械能守恒的條件？3．如何驗證做自由落體運動的物體，機械能是守恒的？二、思學生帶耳機自主學習。通過操作模擬試驗和觀看教學視頻學習。每組4位同學，每位同學安排看其中一個教學視頻，不須要看完全部的教學視頻。三、議每位學生向其他小組成員講解并描述自己看的那個教學視頻的內(nèi)容，通過溝通探討，讓每位學生都駕馭4個教學視頻的內(nèi)容。主要學習以下內(nèi)容：（一）試驗器材鐵架臺(帶鐵夾)、電磁打點計時器、重物(帶夾子)、紙帶、復寫紙、導線、毫米刻度尺、低壓溝通電源(4～6V).思索與探討1：驗證機械能守恒定律試驗中是否須要用到天平？教學視頻1答案不須要天平.不須要測量重物的質(zhì)量m.（二）試驗原理1.在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能轉化為動能，總的機械能守恒，即mgh＝eq\f(1,2)mv2.2.物體下落高度的測量：用毫米刻度尺測量紙帶測出.3.物體瞬時速度的計算：紙帶上第n個點的瞬時速度等于這個點前后相鄰兩點間的平均速度vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)(hn＋1、hn－1分別為第n＋1個點、第n－1個點到第一個點的距離).思索與探討2：要確定物體的動能，需測出物體下落肯定高度時的速度.依據(jù)已學過學問，可有三種方法：(1)vn＝eq\r(2ghn)；(2)vn＝gtn；(3)vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)，本試驗應實行哪種方法？教學視頻2答案第(3)種方法.即從紙帶上干脆求出物體實際下落的速度，而不能用理論值計算，同樣的道理，重物下落的高度h也只能用刻度尺干脆測量，而不能用h＝eq\f(1,2)gt2或h＝eq\f(v2,2g)計算得到.（三）試驗步驟1.安裝儀器：按圖將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直固定在鐵架臺上，接好電路.2.打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方.先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。3.選紙帶：選取點跡較為清楚且第1點和第2點間的距離約為2mm的紙帶，把紙帶上打出的第一個點作為起始點，記作0，在距離0點較遠處再依次選出計數(shù)點1、2、3…思索與探討3：為什么要選取第1點和第2點間的距離約為2mm的紙帶？教學視頻3答案因為紙帶做自由落體運動，第1點與第2點的時間間隔是0.02s，依據(jù)s=eq\f(1,2)gt2=eq\f(1,2)x10x0.022=0.002m=2mm.4.測距離：用刻度尺測出0點到1、2、3…的距離，即為對應下落的高度h1、h2、h3…（四）數(shù)據(jù)處理本節(jié)課堂上學生只利用方法一，其他方法留待以后學生自己看視頻學習。1.方法一：利用起始點和第n點從起始點到第n個計數(shù)點，重力勢能削減量為mghn，動能增加量為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)，計算ghn和eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)，假如在試驗誤差允許的范圍內(nèi)ghn＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)，則機械能守恒定律得到驗證.2.方法二：教學視頻4任取兩點A、B,重力勢能削減量為mghA－mghB，動能增加量為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)，計算ghAB和eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,A)，假如在試驗誤差允許的范圍內(nèi)ghAB＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,A)，則機械能守恒定律得到驗證.（五）誤差分析重物下落要克服阻力做功，因此減小的重力勢能略大于增加的動能.（六）留意事項1.盡量減小各種阻力的影響，實行的措施有：(1)安裝打點計時器時，必需使兩個限位孔的中線嚴格豎直，以減小摩擦阻力.(2)應選用質(zhì)量和密度較大的重物，以減小阻力的影響.2.試驗中，提紙帶的手要保持不動，且保證紙帶豎直.接通電源后，等打點計時器工作穩(wěn)定再松開紙帶.3.紙帶選取時以第一個點為起點時，要驗證的是eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)＝mghn，必需保證紙帶上的第一個點為重物靜止釋放時打的點，所以前兩個點的間距約為h＝eq\f(1,2)gt2＝eq\f(1,2)×10×(0.02)2m＝2mm.4.計算速度時不能用v＝gt或v＝eq\r(2gh)，否則就犯了用機械能守恒定律去驗證機械能守恒的錯誤.四、展五、評學生展示和老師點評環(huán)節(jié)合并同時進行，一邊展示一邊點評。把學案拍照上傳到主機。老師展示學生試驗數(shù)據(jù)的采集和處理結果，并得出機械能守恒的結論。還可請同學展示模擬試驗的測量數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)的過程。六、檢課堂練習在“驗證機械能守恒定律”的試驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，查得當?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8m/s2，某同學選擇了一條志向的紙帶，用刻度尺測量時各計數(shù)點對應刻度尺上的讀數(shù)如圖3所示，圖中O點是打點計時器打出的第一個點，A、B、C、D分別是每打兩個點取的計數(shù)點.則重物由O點運動到B點時(重物質(zhì)量為mkg)圖3(1)重力勢能的削減量是________J。動能的增加量是________J。(2)重力勢能的削減量______(“略大于”或“略小于”)動能的增加量，緣由是______.(3)依據(jù)計算的數(shù)據(jù)得出的結論：__________________.答案(1)1.911m1.89m(2)略大于重物下落要克服阻力做功(3)在試驗誤差允許的范圍內(nèi)重物削減的重力勢能等于其增加的動能，即機械能守恒七、練課后作業(yè)1．在用如圖所示的裝置做“驗證機械能守恒定律”的試驗時．(1)為了減小試驗誤差，下列做法合理的是________．A．用天平測重錘質(zhì)量時，采納多次測量取平均的方法B．用刻度尺測重錘下落高度時，采納多次測量取平均的方法C．選用體積小的，可以看做質(zhì)點的重錘做試驗D．釋放重錘前，通過目測的方法使連接重錘的紙帶盡量豎直2．某同學做驗證機械能守恒定律的試驗時，不慎將一條選擇出的紙帶的一部分損壞，損壞的是前端部分．剩下的一段紙帶上各相鄰點間的距離已測出標在圖中，單位是cm.打點計時器工作頻率為50Hz，重力加速度取g＝9.8m/s