2024-2025學(xué)年高中物理 第七章 機械能守恒定律 6 實驗：探究功與速度變化的關(guān)系（4）教學(xué)實錄 新人教版必修2

2024-2025學(xué)年高中物理第七章機械能守恒定律6實驗：探究功與速度變化的關(guān)系（4）教學(xué)實錄新人教版必修2科目授課時間節(jié)次--年—月—日（星期——）第—節(jié)指導(dǎo)教師授課班級、授課課時授課題目（包括教材及章節(jié)名稱）2024-2025學(xué)年高中物理第七章機械能守恒定律6實驗：探究功與速度變化的關(guān)系（4）教學(xué)實錄新人教版必修2設(shè)計意圖本節(jié)課通過實驗探究功與速度變化的關(guān)系，幫助學(xué)生理解機械能守恒定律，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究能力，提高實驗操作技能。通過實驗操作，學(xué)生能夠掌握功的計算方法，理解動能與速度的關(guān)系，為后續(xù)學(xué)習(xí)動能定理打下基礎(chǔ)。核心素養(yǎng)目標(biāo)1.發(fā)展科學(xué)探究能力，通過實驗探究功與速度變化的關(guān)系。

2.培養(yǎng)數(shù)學(xué)建模能力，學(xué)會運用數(shù)學(xué)方法分析物理現(xiàn)象。

3.提升科學(xué)思維，理解動能與速度的關(guān)系，形成科學(xué)的世界觀。學(xué)習(xí)者分析1.學(xué)生已經(jīng)掌握了相關(guān)知識：學(xué)生在學(xué)習(xí)本節(jié)課之前，已經(jīng)學(xué)習(xí)了牛頓第二定律、動能和勢能等基礎(chǔ)物理概念，具備一定的物理實驗操作能力。

2.學(xué)習(xí)興趣、能力和學(xué)習(xí)風(fēng)格：高中學(xué)生對物理實驗普遍感興趣，愿意動手操作，但部分學(xué)生可能對物理概念理解不夠深入，需要通過實驗加深理解。學(xué)生能力方面，部分學(xué)生具備較強的觀察能力和實驗操作技能，但部分學(xué)生可能動手能力較弱。學(xué)習(xí)風(fēng)格上，學(xué)生既有偏好于理論學(xué)習(xí)的，也有偏好于實踐操作的。

3.學(xué)生可能遇到的困難和挑戰(zhàn)：學(xué)生在探究功與速度變化的關(guān)系時，可能對功的計算方法理解不夠，導(dǎo)致實驗結(jié)果不準(zhǔn)確。此外，學(xué)生在分析實驗數(shù)據(jù)時，可能難以建立動能與速度之間的關(guān)系，需要教師引導(dǎo)和指導(dǎo)。部分學(xué)生可能因為實驗操作不熟練而影響實驗結(jié)果，需要教師在實驗過程中給予個別指導(dǎo)。教學(xué)資源-實驗器材：小車、斜面、打點計時器、紙帶、刻度尺、鉤碼、細(xì)線

-軟硬件資源：計算機、數(shù)據(jù)采集與分析軟件

-課程平臺：學(xué)校內(nèi)部物理教學(xué)平臺

-信息化資源：相關(guān)實驗視頻、教學(xué)課件、實驗指導(dǎo)手冊

-教學(xué)手段：多媒體教學(xué)、實物演示、分組討論教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課

（老師）同學(xué)們，上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了動能和勢能，以及它們之間的關(guān)系。今天我們將進(jìn)一步探討功與速度變化的關(guān)系，也就是我們要探究的機械能守恒定律。請大家回憶一下，機械能守恒定律是什么？

（學(xué)生）機械能守恒定律是指在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，但機械能的總和保持不變。

（老師）很好，我們已經(jīng)有了機械能守恒定律的基本概念。今天，我們將通過實驗來探究功與速度變化的關(guān)系，進(jìn)一步驗證機械能守恒定律。

二、實驗準(zhǔn)備

（老師）首先，我們需要準(zhǔn)備實驗器材。請同學(xué)們按照實驗步驟，將小車、斜面、打點計時器、紙帶、鉤碼、細(xì)線等實驗器材準(zhǔn)備好。

（學(xué)生）好的，老師。

三、實驗操作

（老師）現(xiàn)在，我們將進(jìn)行實驗。首先，將小車放在斜面的頂端，然后將鉤碼掛在細(xì)線上，連接到小車上。請同學(xué)們注意觀察，當(dāng)鉤碼從斜面頂端滑下時，它會拉動小車，使小車加速運動。

（學(xué)生）明白了，老師。

（老師）請同學(xué)們按照以下步驟進(jìn)行實驗：

1.將小車放在斜面的頂端，調(diào)整斜面的傾斜角度。

2.將鉤碼掛在細(xì)線上，連接到小車上。

3.用打點計時器記錄小車運動過程中的時間間隔和位移。

4.重復(fù)實驗多次，記錄不同斜面角度下的數(shù)據(jù)。

四、數(shù)據(jù)收集與分析

（老師）請同學(xué)們將實驗數(shù)據(jù)記錄在表格中，包括時間間隔、位移、鉤碼的質(zhì)量和斜面角度等。

（學(xué)生）好的，老師。

（老師）接下來，我們將對實驗數(shù)據(jù)進(jìn)行分析。首先，我們需要計算小車在不同時間間隔內(nèi)的平均速度。然后，根據(jù)牛頓第二定律，我們可以計算出小車所受的合外力。最后，結(jié)合功的計算公式，我們可以計算出鉤碼對小車所做的功。

五、討論與交流

（老師）請同學(xué)們分組討論，分析實驗數(shù)據(jù)，看看是否能夠得出功與速度變化的關(guān)系。

（學(xué)生）我們小組分析了數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)隨著斜面角度的增加，小車的速度增加，鉤碼對小車所做的功也增加。

（老師）很好，你們的觀察很準(zhǔn)確。那么，我們?nèi)绾螐睦碚撋辖忉屵@個現(xiàn)象呢？

六、理論推導(dǎo)

（老師）根據(jù)機械能守恒定律，我們知道小車的機械能守恒，即動能加勢能等于常數(shù)。我們可以通過實驗數(shù)據(jù)計算出小車在不同位置的速度和勢能，從而驗證這個定律。

七、結(jié)論與反思

（老師）通過本節(jié)課的實驗探究，我們驗證了機械能守恒定律，并探究了功與速度變化的關(guān)系。請同學(xué)們總結(jié)一下，今天我們學(xué)習(xí)了哪些內(nèi)容？

（學(xué)生）我們學(xué)習(xí)了如何通過實驗探究功與速度變化的關(guān)系，以及如何運用機械能守恒定律來解釋物理現(xiàn)象。

（老師）非常好。在今后的學(xué)習(xí)中，希望大家能夠?qū)嶒炁c理論相結(jié)合，不斷提高自己的科學(xué)探究能力。

八、布置作業(yè)

（老師）請大家完成以下作業(yè)：

1.寫一篇實驗報告，總結(jié)實驗過程和結(jié)果。

2.思考如何將本節(jié)課的實驗方法應(yīng)用于其他物理現(xiàn)象的探究。

（學(xué)生）好的，老師。

九、課堂小結(jié)

（老師）今天我們通過實驗探究了功與速度變化的關(guān)系，驗證了機械能守恒定律。希望大家通過本節(jié)課的學(xué)習(xí)，能夠更加深入地理解物理概念，提高自己的實驗操作能力和科學(xué)探究能力。

（學(xué)生）謝謝老師。知識點梳理1.機械能守恒定律：

-定義：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，但機械能的總和保持不變。

-條件：系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功，沒有其他外力做功或外力做功的代數(shù)和為零。

-應(yīng)用：解決涉及動能、勢能、機械能守恒的物理問題。

2.動能：

-定義：物體由于運動而具有的能量。

-公式：\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)，其中\(zhòng)(m\)是物體的質(zhì)量，\(v\)是物體的速度。

-特點：動能是標(biāo)量，與速度的平方成正比。

3.勢能：

-定義：物體由于位置而具有的能量。

-重力勢能：\(E_p=mgh\)，其中\(zhòng)(m\)是物體的質(zhì)量，\(g\)是重力加速度，\(h\)是物體相對于參考點的高度。

-彈性勢能：\(E_p=\frac{1}{2}kx^2\)，其中\(zhòng)(k\)是彈簧的勁度系數(shù)，\(x\)是彈簧的形變量。

4.功：

-定義：力對物體做功是指力使物體在力的方向上移動一段距離。

-公式：\(W=F\cdots\cdot\cos\theta\)，其中\(zhòng)(W\)是功，\(F\)是力，\(s\)是物體移動的距離，\(\theta\)是力與物體移動方向之間的夾角。

-特點：功是標(biāo)量，與力的方向和物體移動的方向有關(guān)。

5.功與能量轉(zhuǎn)化：

-功可以轉(zhuǎn)化為能量，能量也可以轉(zhuǎn)化為功。

-在機械能守恒的情況下，功的轉(zhuǎn)化主要體現(xiàn)在動能和勢能之間的相互轉(zhuǎn)化。

6.動能定理：

-定義：物體所受合外力所做的功等于物體動能的變化量。

-公式：\(W=\DeltaE_k\)，其中\(zhòng)(W\)是合外力所做的功，\(\DeltaE_k\)是動能的變化量。

7.動能和勢能的轉(zhuǎn)換：

-在重力場中，物體的重力勢能可以轉(zhuǎn)化為動能，反之亦然。

-在彈性勢場中，物體的彈性勢能可以轉(zhuǎn)化為動能，反之亦然。

8.機械能守恒定律的應(yīng)用：

-解決涉及物體運動、碰撞、拋體運動等物理問題。

-分析物體在不同位置的能量變化，確定物體在某個位置的能量。

9.實驗探究：

-通過實驗探究功與速度變化的關(guān)系，驗證機械能守恒定律。

-學(xué)習(xí)實驗操作技巧，提高實驗分析能力。

10.知識點綜合應(yīng)用：

-將動能、勢能、功等概念應(yīng)用于實際問題，如機械設(shè)計、能源轉(zhuǎn)換等。板書設(shè)計①機械能守恒定律

-定義：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化，但機械能的總和保持不變。

-條件：系統(tǒng)內(nèi)只有重力或彈力做功，沒有其他外力做功或外力做功的代數(shù)和為零。

②動能

-公式：\(E_k=\frac{1}{2}mv^2\)

-特點：動能是標(biāo)量，與速度的平方成正比。

③勢能

-重力勢能：\(E_p=mgh\)

-彈性勢能：\(E_p=\frac{1}{2}kx^2\)

④功

-公式：\(W=F\cdots\cdot\cos\theta\)

-特點：功是標(biāo)量，與力的方向和物體移動的方向有關(guān)。

⑤動能定理

-公式：\(W=\DeltaE_k\)

-定義：物體所受合外力所做的功等于物體動能的變化量。

⑥動能和勢能的轉(zhuǎn)換

-重力場中的轉(zhuǎn)換：重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，反之亦然。

-彈性勢場中的轉(zhuǎn)換：彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，反之亦然。

⑦機械能守恒定律的應(yīng)用

-解決涉及物體運動、碰撞、拋體運動等物理問題。

-分析物體在不同位置的能量變化，確定物體在某個位置的能量。

⑧實驗探究

-探究功與速度變化的關(guān)系，驗證機械能守恒定律。

-學(xué)習(xí)實驗操作技巧，提高實驗分析能力。

⑨知識點綜合應(yīng)用

-將動能、勢能、功等概念應(yīng)用于實際問題，如機械設(shè)計、能源轉(zhuǎn)換等。典型例題講解例題1：

一個質(zhì)量為2kg的小球從高度h=10m的斜面頂端自由下滑，不計空氣阻力。求小球到達(dá)斜面底部時的速度。

解：

小球從高度h下滑，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。根據(jù)機械能守恒定律：

\[mgh=\frac{1}{2}mv^2\]

\[v=\sqrt{2gh}\]

\[v=\sqrt{2\times9.8\times10}\]

\[v\approx9.9\text{m/s}\]

例題2：

一個質(zhì)量為0.5kg的物體從靜止開始沿光滑水平面滑行，受到一個恒定的水平力F=10N作用。物體滑行5m后停下。求物體受到的摩擦力。

解：

物體受到恒定水平力作用，摩擦力與力F方向相反。物體滑行過程中，動能轉(zhuǎn)化為摩擦力做的功。根據(jù)動能定理：

\[W=F\cdots\]

\[W=\frac{1}{2}mv^2\]

\[F\cdots=\frac{1}{2}mv^2\]

由于物體最終停下，\(v=0\)，所以：

\[F\cdots=0\]

\[F=0\]

因此，物體受到的摩擦力為0N。

例題3：

一個質(zhì)量為3kg的物體從高度h=5m的斜面頂端自由下滑，斜面與水平面的夾角為30°。不計空氣阻力。求物體到達(dá)斜面底部時的速度。

解：

物體從高度h下滑，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。斜面與水平面的夾角為30°，因此物體下滑的路徑長度為\(h\sin(30°)\)。根據(jù)機械能守恒定律：

\[mgh=\frac{1}{2}mv^2\]

\[v=\sqrt{2gh\sin(30°)}\]

\[v=\sqrt{2\times9.8\times5\times\frac{1}{2}}\]

\[v\approx7.07\text{m/s}\]

例題4：

一個質(zhì)量為0.2kg的物體從靜止開始沿光滑斜面滑行，斜面長度為0.5m，高度為0.2m。不計空氣阻力。求物體到達(dá)斜面底端時的速度。

解：

物體從靜止開始滑行，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。根據(jù)機械能守恒定律：

\[mgh=\frac{1}{2}mv^2\]

\[v=\sqrt{2gh}\]

\[v=\sqrt{2\times9.8\times0.2}\]

\[v\approx2.01\text{m/s}\]

例題5：

一個質(zhì)量為1kg的物體從高度h=10m的斜面頂端自由下滑，斜面與水平面的夾角為45°。不計空氣