粤教版(2019)高中物理必修第二册第四章 第五节机械能守恒定律学案(无答案) (1)

实验：《机械能守恒定律》教学设计一、内容及其解析1．内容本单元教学内容如下：本课时主要内容是验证机械能守恒定律，其中核心内容是数据处理。

根据核心内容的知识类型，教学应该按新授实验课课型设计并实施。

2．解析（1）对核心内容的解析本课时是在机械能守恒定律基础上，进一步研究验证机械能守恒定律。

学生在掌握机械能守恒定律需要满足的条件的基础上，通过对实验处理，验证机械能守恒定律。

从本课时内容来看，数据处理和分析是本单元的主要内容。

在实验分析中，对实验步骤和原理的分析上得出实验数据处理和注意事项，所以实验分析是本课时的核心内容。

（2）在实验分析的基础上，对实验数据的处理和分析判断机械能是否守恒。

所以，验证机械能守恒定律的教学的重点是数据处理，而关键是减小的重力势能和增加的动能的计算。

二、目标及其解析1．课堂教学目标：1.机械能守恒的条件判断机械能守恒。

2.理解实验步骤的注意事项。

3.会计算减小的重力势能和增加的动能。

4.会使用打点计时器独立完成实验（已做）。

5.会分析处理实验所得的数据。

三、教学过程设计第一课时（一）课前回顾：1.机械能守恒条件？2.如果物体做自由落体运动，怎样判断机械能是否守恒？3．纸带处理中某点瞬时速度的计算方法？（二）新课讲授：以问题形式引入课题1、本实验要做什么（实验目的）？2、可根据什么做（理解实验原理）？3、怎么做（实验思路和方法）？（三）实验操作（步骤）问题1：两种打点计时器分别使用什么电源？安装计时器的要求是什么？如果有两种计时器可供选择，应选择哪种？问题2：为什么重物静止在靠近计时器的地方？问题3：为什么要先接通电源，后松开纸带？问题3：为什么选取纸带要选第一、二两点间距离接近2mm？（四）实验器材问题：本实验需要天平吗？针对练习：1、在做“验证机械能守恒定律”实验时，以下说法正确的是()A．选用重锤时，重的比轻的好B．选用重锤时，密度大的比密度小的好C．选用重锤后要称质量D．重锤所受重力要远大于它所受的空气阻力和打点计时器对纸带的阻力2、用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压有交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.下面列举了该实验的几个操作步骤：A．按照图示的装置安装器件；B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；C．用天平测量出重锤的质量；D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，并说明其原因．3、在“验证机械能守恒定律”的实验中：(1)从下列器材中选出实验所必须的，其编号为______．A．打点计时器(包括纸带) B．重物C．天平D．毫米刻度尺E．秒表F．运动小车(2)打点计时器的安装放置要求为________；开始打点计时的时候，应先________，然后________．(3)实验中产生系统误差的原因主要是________，使重物获得的动能往往_____．为减小误差，悬挂在____________第二课时（五）实验数据处理1．选取纸带的原则是什么？(1)点迹清晰．(2)所打点呈一条直线．(3)第一、二点间距接近2 mm.2、怎样求减小的重力势能？3、瞬时速度的求解？根据已学过知识，可有四种方法：(1)v n＝2gh n；(2)v n＝gt n；(3)v n＝h n＋1－h n－12T.（4）v n＝s n＋s n＋12T应该怎样选择计算公式？练习1、在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz.查得当地的重力加速度g＝9.8m/s2，测得所用的重物的质量为1.00kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点．经测量知道A、B、C、D各点到O的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm.(1)根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于________J，动能的增加量等于________J(取3位有效数字)．实验结论：___________________________(2)实验中产生系统误差的原因主要是__________．为了减小误差，悬挂在纸带下的重物的质量应选择______________．(3)如果以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的v2/2－h图线是______________．（六）误差分析1．本实验的误差主要来自于空气阻力及纸带和打点计时器限位孔之间的摩擦，故动能的增加量略小于重力势能的减少量．解决办法：（1）安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减少摩擦阻力；（2）应选用质量和密度较大的重锤，增大重力可使阻力的影响相对减小．增大密度可以减少体积，可使空气阻力减小；2．偶然误差测量长度时会带来误差．测量时都应从第一个打点O点量起，且多次测量取平均值.练习2、在当地重力加速度为9.8m/s2的实验室内进行验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率为50Hz.一同学选择了一条理想纸带，用刻度尺测量时各计时点位置对应刻度尺上的读数如图所示．图中O是自由落体的初始第一点，A、B、C、D是纸带上连续的几个点，图中数值的单位为厘米．根据实验并结合纸带回答下列问题：(1)实验时要从几条纸带中挑选第一、二两点间的距离接近________并且点迹清晰的纸带进行测量；若重锤质量为m，则重锤从开始下落到B点时，减少的重力势能为________J；重锤动能的增加量为________J．(数字部分保留三位有效数字)；试验结论______________________(2)实验中产生系统误差的原因主要是__________．为了减小误差，应该怎样做_______________________．拓展利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示：(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平；②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l＝9.30mm.③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝________cm.④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已能过光电门2；⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式；①滑块通过光电门1和光电门2的瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________.②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E k1＝________和E k2＝________.③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔE p＝________(重力加速度为g)．(3)如果ΔE p＝________，则可认为验证了机械能守恒定律．。

物理粤教版高一年级必修2第四章第5节教学设计（一）《验证机械能守恒定律》【教学内容】广东教育出版社出版的普通高中课程标准实验教科书《物理必修2》第四章《机械能和能源》第五节《验证机械能守恒定律》教学【教学分析】1．教材分析机械能守恒定律是力学中的一条重要规律，本节要求学生从实验误差、实验条件和安全问题等方面设计一个验证机械能守恒定律的实验方案。

对学生的能力要求较高，老师要结合学生的实际情况，及时给予指导和帮助，通过适当的铺垫来降低学生的学习难度。

2．学情分析由于学生很少独立设计实验，因此，老师可以通过举例说明来引导学生学会如何进行实验设计的思考，有时甚至可以罗列几种实验方案，让学生进行分析和讨论，然后决定采用其中一种方案。

【教学目标】一、知识与技能1．知道机械能守恒定律的内容和意义。

应向学生说明定律有两层意思：一是动能和势能可以相互转化；二是总机械能守恒。

2．知道机械能守恒的条件：只有重力和弹力做功，只发生动能和势能的相互转化。

二、过程与方法1、通过这个开放型实验，了解学生对所学知识的掌握和灵活应用程度，了解学生对实验仪器的作用和使用的掌握情况。

2、根据学生设计的实验方案，了解学生对机械能守恒条件的理解程度，学会怎样减小实验误差。

3、通过实验，使学生学会处理和解决实际问题的一般思路和方法。

三、情感、态度与价值观1、通过这个开放型实验，培养学生的创新意识和探索能力。

2、通过汇报与交流，使学生了解实验方案的不足，实际操作的不便，促使学生对实验方案和实验步骤进行改进，提高实验的准确性。

【教学重点、难点】设计方案验证机械能守恒定律。

【教学方法】实验验证法、观察比较法【教学类型】实验课【教学媒体】各种多媒体教学软件【实验器材】铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、直尺、重物、纸带、复写纸片、导线和电源等。

【教学过程】一、复习提问，引入新课师：在前面我们学习机械能守恒定律。

机械能守恒定律的内容是什么？表达式是什么？满足的条件是什么？这节课我们要设计验证机械能守恒定律的实验方案，并进行实际操作。

4.4《机械能守恒定律》学案[学习目标导航]1.通过实验演示，了解动能与重力势能之间的相互转化，初步领会机械能守恒定律的内容.2.会正确推导自由落体运动、竖直上抛运动的上升过程中的机械能守恒定律.3.正确理解机械能守恒定律的含义及适用条件.4.分析实际生活中的事例，进一步理解机械能守恒定律的含义及适用条件.学习提示机械能守恒定律的内容是本节学习的重点，定律的适用条件是重点，更是难点.通过本节学习要学会以能量守恒的观点来处理、分析力学问题.[自主学习互动]1.物体由于运动而具有的能被称为________，物体由于被举高而具有的能称为________.答案：动能；重力势能2.重力功和重力势能的变化量有何区别？答案：重力功与重力势能尽管都用mgh表示，尽管重力功等于重力势能增量的负值，数值相等，但它们的物理意义是不同的.功是过程量，而重力势能是状态量，物体位置状态与mgh相对应，E p=mgh，是势能的定义式，它的这一状态说明它具有做mgh功的能力，而不一定有做功过程，重力势能可以转化为动能、内能、电能等，它的转化是通过做功而实现，但不是重力功转化为其他形式的能，这是应该搞清楚的.3.试分析自由落体和竖直上抛过程中，动能与势能的转化.答案：自由下落的物体，由于重力做功，所以其势能减少，动能增加，势能转化为动能.竖直上抛的物体，由于要克服重力做功，所以其动能减小，势能增加，动能转化为势能.知识链接在初中我们已学过，重力势能和动能之间可以发生相互转化，如物体自由下落或竖直向上抛出时，前者下落过程中高度不断减小，重力势能减小，速度增加，动能增大，是一个重力势能向动能转化的过程；后者在上升过程中高度不断增大，重力势能增加，速度减小，动能减小，是一个动能向重力势能转化的过程.重力势能和动能之间可以相互转化，“转化”过程中的动能和重力势能之和（即机械能）不变.●规律总结机械能守恒可以细分为三种情况：1.只有重力做功时，只有动能和重力势能相互转化，其中一方的增加量和另一方的减少量相等，其他形式的能量不参与变化.例如，自由落体运动、竖直上抛运动等.2.只有弹力做功时，只有动能和弹性势能相互转化，其中一方的增加量和另一方的减少量相等，其他形式的能量不参与变化.3.只有重力和弹力做功时，动能、重力势能、弹性势能相互转化，其中增加的能量和减少的能量相等，机械能总量不变.ΔE k+ΔE G+ΔE N=0.重力、弹力以外的力做正功，机械能增加；重力、弹力以外的力做负功，机械能减少.通常在不涉及时间和加速度的情况下，应用机械能守恒定律解题较为简便.最后要特别注意：机械能守恒定律是针对系统而言的，即便我们平时说某个物体具有重力势能，实际上是指由该物体和地球组成的系统所具有的重力势能.第四节机械能守恒定律●合作讨论通过本节的学习，你能不能准确理解“守恒”的含义？如图4－14所示，物体由斜面上滑下，运动到水平面上，如果测得物体在A、D两点的速度大小都相同，能否说物体在AD间的运动机械能守恒？“机械能守恒”是一种有限条件的“守恒”，你能准确地表述机械能守恒的条件吗？(我们即将要学习的普遍意义上的“能量守恒定律”是无条件的“守恒”)图4－14我的思路:“守恒”和“初、末状态相等”是不同的，前者是“恒定不变”，后者只是处在两个状态时相等.显然,在CD 段,重力势能不变、动能越来越小,机械能是在减少的.●思维过程应用机械能守恒定律时需要注意下面的步骤：(1)明确研究对象及要研究的物理过程，分析其受力和做功情况，判定机械能是否守恒.(2)根据物体的位置及速度，明确初、末状态的动能和势能. (3)利用机械能守恒定律列出方程并求解、讨论等.(4)机械能守恒定律只涉及初、末两状态的机械能，而不涉及中间运动细节.不管是直线运动还是曲线运动，是加速运动还是减速运动，都可用机械能守恒定律解决.有了机械能守恒定律,我们就可以解决动力学中许多用牛顿运动定律难以求解的复杂问题了.当满足守恒条件，要把守恒定律变成具体的数学方程时，可用两种方法： 方法一：按初状态的机械能等于末状态的机械能列方程; 方法二：按减少的能量与增加的能量相等列方程. 方法一必须规定零势能面，方法二则不需要规定零势能面.无论哪条思路都要注意，机械能包含了重力势能、弹性势能、动能三种能量. 【例1】 在距离地面20 m 高处以15 m/s 的初速度水平抛出一小球，不计空气阻力，取g ＝10 m/s 2，求小球落地速度的大小.思路:(1)小球下落过程中，只有重力对小球做功，满足机械能守恒条件，可以用机械能守恒定律求解；(2)应用机械能守恒定律时，应明确所选取的运动过程，明确初、末状态小球所具有的机械能.解析:方法一：取地面为参考平面，抛出时小球具有的重力势能E p1＝mgh ，动能为E k1=21mv 02.落地时,小球的重力势能E p2=0,动能为E k2=21mv 2.根据机械能守恒定律,有E 1=E 2,即mgh +21mv 02=21mv 2 落地时小球的速度大小为v =gh v 220+=2010215⨯⨯+2 m/s=25 m/s.方法二：本题也可以这样理解：小球下落过程中减少的重力势能等于小球动能的增加，即mgh =21mv 2－21mv 02 同样可求出落地速度v 的值，而且，这种方法不需要规定零势能面. 请比较：本题如果用运动的合成与分解知识求解，是简单还是复杂？ 【例2】 已知山谷间有一轨道ACB ，AC 高度为h 1，BC 高度为h 2.若有一小车要从A 滑到B ，则在A 处小车的速度至少为多大(图4－15)？图4－15思路:小车从A 到B ，如果不考虑轨道上的阻力，机械能是守恒的.很明显，小车在A 处的速度越大，它的机械能就越大.小车只要能滑到B 处，在B 处速度可以是零.解析:设车在A 处时，其重力势能为零，则E A =21mv A 2,E B =mg (h 2－h 1)E A =E B ,即21mv A 2=mg (h 2－h 1)所以在A 处小车的速度至少是 v A =g h h )(212-.【例3】 图4－16所示是游乐园里的滑车，滑车至少要从多高处冲下才能使它从圆环内顶端滑过？滑车图4－16思路:游乐园中的滑车从倾斜轨道高处下滑时，速度越来越大，到了圆环底端速度达到最大，接着就沿圆环冲上去，速度逐渐变小.为了滑车能安全地从圆环顶端通过，滑车在顶端必须要有一定的速度，滑车做圆周运动，因此，本题要考虑用圆周运动规律和能量规律求解.解析:在圆环顶点，滑车受到重力、弹力的作用，这两个力的合力为N ＋mg ，此合力提供滑车所需的向心力图4－17N +mg =Rm v C 2为使v C 最小，让N =0，则v C =Rg滑车在运动过程中，只受重力和轨道对它的弹力作用，摩擦力很小可以忽略不计.弹力方向处处与滑车运动方向垂直，因此弹力做功为零，这样小球在运动过程中机械能是守恒的，即E A =E C ，则mgH =21mv C 2+mg ·2R 将v C =Rg 代入上式，得H =25R .【例4】 一根长为L 的均匀绳索，一部分放在光滑水平桌面上，长为L 1的另一部分自然垂在桌面下，如图4－18所示，开始时绳索静止，释放后绳索将沿桌面滑下.求绳索刚滑离桌面时的速度大小．图4－18思路:绳索下滑过程中，只有重力做功，整根绳索的机械能守恒． 解析:设整根绳索的质量为m ，把绳索分为两部分：下垂部分的质量为m 1=L 1m /L ，在桌面上部分质量为m 2=m (L －L 1)/L .选取桌面为零势能参考面．释放时绳索的机械能E 1=－m 1gL 1/2=－mgL 12－2L 刚离开桌面时绳索的机械能E 2=21mv 2/21mgL由机械能守恒定律得2212221mgL mv L mgL -=- 解得v =L L L g /)(212-.点评:(1)对绳索、链条之类的物体，由于在考查过程中常发生形变，其重心位置相对物体来说并不是固定不变的．能否正确确定重心的位置，常是解决该类问题的关键.一般情况下常分段考虑各部分的势能，并用各部分势能之和作为系统总的重力势能．至于参考平面，可任意选取，但以系统初、末重力势能便于表示为宜．(2)此题也可运用等效法求解：绳索要脱离桌面时重力势能的减少，等效于将图中在桌面部分移至下垂部分下端时重力势能的减少,然后由ΔE p =ΔE k 列方程求解．●新题解答【例5】 如图4－19所示，一根轻质弹簧和一根细绳共同拉住一个重2 N 的小球，平衡时细绳恰好水平，若此时烧断细绳，并且测出小球运动到悬点正下方时弹簧的长度正好等于未烧断细绳时弹簧的长度.试求：小球运动到悬点正下方时向心力的大小.图4－19解析:由于已知量太少，需引入一些分析问题需要的辅助参数.设弹簧原长为L 0，初始状态平衡时弹簧长为L ，令此时弹簧与竖直方向的夹角为θ，小球的质量为m ，开始为平衡态，有k (L －L 0)cos θ=mg =2 N ①设小球运动到最低点时速度为v ，由向心力公式有m Lv 2=k (L －L 0)－mg ② 未烧断线时的位置和最低点位置弹簧的长度相同，所以初、末位置的弹性势能相同，设为E p (从初位置到末位置的整个过程中，弹性势能变不变？)从初位置到末位置的整个过程用机械能守恒定律有： E p +mgL (1－cos θ)=21mv 2+E p 所以2mg (1－cos θ)=m Lv 2③①②代入③得 2(1－cos θ)=θcos 1－1 所以θ=60° 所以k (L －L 0)=θcos mg=2mg 所以向心力为：F 向=k (L －L 0)－mg =mg =2 N.点评:本题是一道综合题，虽然已知数据只有一个，但是由于条件恰到好处，使得问题巧妙地解决了.该题表面上涉及弹性势能的计算，实际上计算时并不需要.[典型例题探究]【例1】下列物体中，机械能守恒的是（ ） A.做平抛运动的物体 B.被匀速吊起的集装箱 C.光滑曲面上自由运动的物体D.物体以54g 的加速度竖直向上做匀减速运动解析:物体做平抛运动或沿光滑曲面自由运动时，不受摩擦阻力，在曲面上弹力不做功，都只有重力做功，机械能守恒，所以AC 项正确.匀速吊起的集装箱，绳的拉力对它做功，不满足机械能守恒的条件，机械能不守恒.物体以54g 的速度向上做匀减速运动时，由牛顿第二定律F －mg =m （－54g ），有F =54mg ,则物体受到竖直向上的大小为51mg 的外力作用，该力对物体做了正功，机械能不守恒. 答案:AC规律发现 物体的运动形式可能有多种，判断机械能是否守恒，关键看是否只有重力做功.机械能守恒常见的情况有（1）物体只受重力作用；（2）物体虽然受到重力以外的其他力作用，但它们在物体运动过程中始终不做功.【例2】 如图4－4－4所示，一轻弹簧固定于O 点，另一端系一重物，将重物从与悬点O 在同一水平面且弹簧保持原长的A 点无初速地释放，让它自由摆下.不计空气阻力，在重物由A 点摆向最低点的过程中（ ）图4－4－4A.重物的重力势能减少B.重物的重力势能增大C.重物的机械能不变D.重物的机械能减少解析：物体从A 点释放后，在从A 点向B 点运动的过程中，物体的重力势能逐渐减小，动能逐渐增加，弹簧逐渐被拉长，弹性势能逐渐增大，所以，物体减小的重力势能一部分转化为物体的动能，另一部分转化为弹簧的弹性势能.对物体和弹簧构成的系统，机械能守恒，但对物体来说，其机械能减小，选项A 、D 正确.答案：AD应用机械能守恒定律解题时，要注意对哪一系统机械能是守恒的，对哪一系统机械能是不守恒的，要分析清楚.【例3】 如图4－4－5所示，在水平台面上的A 点，一个质量为m 的物体以初速度v 0被抛出，不计空气阻力，求它达B 点时速度的大小.图4－4－5解析：物体抛出后运动过程中只受重力作用，机械能守恒. 选地面为参考面，则mgH +21mv 02=mg （H －h ）+21mv B 2 解得v B =gh v 220利用机械能守恒定律解题的一般步骤：（1）明确研究对象；（2）对物体进行受力分析，研究运动中各力是否做功，判断物体的机械能是否守恒；（3）选取参考平面，确定物体在初、末状态的机械能；（4）根据机械能守恒定律若选桌面为参考面，则21mv 02=－mgh +21mv B 2 解得v B =gh v 220+. 答案：v B =gh v 220+列方程求解（选取不同的参考平面，方程式不同，但不影响解题结果，故参考平面的选取应以解题方便为原则）。

高中物理《4.4机械能守恒定律》学案粤教版必修24、4机械能守恒定律一、动能和势能的相互转化1、机械能：动能和势能(包括重力势能和弹性势能)统称为__________；即机械能=2、动能和势能之间的转化是通过_____或______做功来实现的、3、竖直上抛运动：上升阶段：重力对物体做________，能转化为____________能下降阶段：重力对物体做____ __，能转化为能重力做功，动能与势能相互转化。

二、机械能守恒定律1、推导过程（书本80页）2、内容：在只有________________做功的物体系统内，动能与势能可以相互__________，而总的机械能保持不变，这叫做机械能________定律。

表达式：初总机械能=末总机械能即：Ek1＋Ep1＝___ 或：3、机械能守恒定律的适用条件：提问1：机械能守恒的条件是“只有重力对物体做功”这句话的意思是()A、物体只能受重力的作用，而不能受其他力的作用B、物体除受重力以外，还可以受其他力的作用，但其他力不做功C、只要物体受到的重力做了功，物体的机械能就守恒，与其他力做不做功无关D、以上说法均不正确例：书本81页解题步骤小结：1、对于只有重力或弹簧弹力做功的情况，可以判断机械能守恒2、物体或者系统机械能若守恒，则初状态系统总机械能等于末状态总机械能。

列式得。

完成课本练习；补充练习：1、关于机械能守恒定律的适用条件，下列说法正确的是()A、只有重力和弹力作用时，机械能才守恒B、当有其他外力作用时，只要合外力为零，机械能就守恒C、当有其他外力作用时，只要其他外力不做功，机械能就守恒D、炮弹在空中飞行不计阻力时，仅受重力作用，所以爆炸前后机械能守恒2、从h高处以初速度v0竖直向上抛出一个质量为m的小球，如图1所示、若取抛出处物体的重力势能为0，不计空气阻力，则物体着地时的机械能为()A、mghB、mgh＋mvC、mvD、mv－mgh补充练习：1、如图2所示，下列关于机械能是否守恒的判断错误的是()图2A、甲图中，物体A将弹簧压缩的过程中，A机械能守恒B、乙图中，在大小等于摩擦力的拉力作用下沿斜面下滑时，物体B机械能守恒C、丙图中，不计任何阻力时，A加速下落，B加速上升过程中，A、B组成的系统机械能守恒D、丁图中，小球沿水平面做匀速圆锥摆运动时，小球的机械能守恒2、如图所示，一个小孩从粗糙的滑梯上加速滑下，对于其机械能的变化情况，判断正确的是()A、重力势能减小，动能不变，机械能减小B、重力势能减小，动能增加，机械能减小C、重力势能减小，动能增加，机械能增加D、重力势能减小，动能增加，机械能不变实验六（验证机械能守恒定律）练习：3、(双选)用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，下列需要测量的有()A、重物的质量B、重力的加速度C、重物下落的高度D、与重物下落高度对应的重物的瞬时速度4、在验证机械能守恒定律的实验中：(1)从下列器材中选出实验所必需的，其编号为______、A、打点计时器(包括纸带)B、重物C、天平D、毫米刻度尺E、秒表F、运动小车(2)打点计时器的安装放置要求为__________；开始打点计时的时候，应先________，然后再________________________________、(3)选择下列正确的实验步骤，并按次序排列为________、A、用天平测出重锤的质量B、把打点计时器竖直地夹稳在铁架台上C、接通电源，松开纸带D、松开纸带，接通电源E、用停表记下重锤下落的时间F、取下纸带，重复上述实验3次G、将纸带固定在重锤上，让纸带穿过打点计时器并用手提住，使重锤靠近打点计时器H、选取理想纸带，对几个方便的点测量并计算，看mgh和mv2是否相等5、在“验证机械能守恒定律”的实验中，根据纸带算出各点的速度v，量出下落距离h，则以v2为纵轴，以h为横轴，画出的图线应是下图中的()6、在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g＝9、80 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每两个点取出的计数点、根据以上数据，可知重物由O点运动到B点时、(1)重力势能的减少量为多少？(2)动能的增加量是多少？(3)根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？7、(双选)如图4所示是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选中N点来验证机械能守恒定律、下面举出一些计算N点速度的方法，正确的是()A、N点是第n个点，则vn＝gnTB、N点是第n－1个点，则vn＝g(n－1)TC、vn＝D、vn＝。

物理粤教版高一年级必修2第四章第5节教学设计（二）《验证机械能守恒定律》【教材分析与设计思想】一、教材分析本节是一个开放性较高的实验课，教材中并没有直接告诉学生验证机械能守恒的实验方案，而是要求学生在前面所学知识的基础上，独立设计实验方案，并根据自己所设计的实验方案进行实验，及加以改进实验以减少误差。

本节重在让学生经历科学的探究过程，培养学生的自主性，合作性，体验发现、创造和成功的乐趣。

二、设计思想本实验是一个开放性实验，有多种实验方案，但考虑到学生的能力水平，考虑到前面学生所掌握的知识能力，本节在课前让学生自主设计实验时就明确规定学生是用自由落体运动实验来验证明机械能守恒，让学生能从一个方向入手，另外考虑到部分能力较强的学生，提出让学生思考设计其它办法来验证机械能守恒定律，并结合实验室的情况，尽可能提供其它方法的实验器材。

满足了不同学生学生的需要。

此外，课前教师要对学生所设计的实验报告认真批阅指导，为上课做好充分的准备。

课堂上，为了学生更好更有效地完成本实验，在实验前就让学生汇报交流课前设计的实验报告，让学生在讨论交流中不断改进自己的实验方案，减少误差，为动手做实验做好充分的准备。

在实验过程教师主要从减少误差和图象法处理数据方法加以引导。

【教学目标】一、知识与技能1．知道机械能守恒定律的内容和意义。

2．知道机械能守恒的条件：只有重力和弹力做功时，动能与势能相互转化。

二、过程与方法1．通过本节开放性实验，了解学生对所学知识掌握和灵活应用程度，了解学生对实验仪器的作用和使用的掌握情况。

2．根据学生设计的实验方案，了解学生对机械能守恒条件的理解程度，学会处样减少实验误差。

三、情感、态度与价值观1．通过对实验报告的汇报、讨论交流，使学生了解实验方案的不足，使学生对实验方案和实验步骤进行改进，从而提高实验的准确性。

2．通过本实验，培养学生的独立思考的能力和探索能力。

【教学重点】1．通过对课前设计的实验报告的汇报、讨论、交流，了解实验方案的不足，对实验步骤进行改进。

机械能守恒定律学案1．实例及其分析．问题1 投影片和实验演示．如图1所示．一根长L的细绳，固定在O点，绳另一端系一条质量为m的小球．起初将小球拉至水平于A点．求小球从A点由静止释放后到达最低点C时的速度．分析及解答：小球从A点到C点过程中，不计空气阻力，只受重力和绳的拉力．由于绳的拉力始终与运动方向垂直，对小球不做功．可见只有重力对小球做功，因此满足机械能守恒定律的条件．选取小球在最低点C时重力势能为零．根据机械能守恒定律，可列出方程：教师展出投影片后，适当讲述，然后提出问题．问题2 在上例中，将小球自水平稍向下移，使细绳与水平方向成θ角，如图2所示。

求小球从A点由静止释放后到达最低点C的速度．分析及解答：仍照问题1，可得结果问题3 现将问题1中的小球自水平稍向上移，使细绳与水平方向成θ角．如图3所示．求小球从A点由静止释放后到达最低点C的速度．分析及解答：仿照问题1和问题2的分析．小球由A点沿圆弧AC运动到C点的过程中，只有重力做功，满足机械能守恒．取小球在最低点C时的重力势能为零．根据机械能守恒定律，可列出方程：2．提出问题．比较问题1问题2与问题3的分析过程和结果．可能会出现什么问题．引导学生对问题3的物理过程作细节性分析．起初，小球在A点，绳未拉紧，只受重力作用做自由落体运动，到达B点，绳被拉紧，改做进一步分析：小球做自由落体运动和做圆周运动这两个过程，都只有重力做功，机械能守恒，而不是整个运动过程机械能都守恒，因此原分析解答不合理．进一步分析：小球的运动过程可分为三个阶段．(1)小球从A点的自由下落至刚到B点的过程；(2)在到达B点时绳被拉紧，这是一个瞬时的改变运动形式的过程；(3)在B点状态变化后，开始做圆周运动到达C点．通过进一步讨论，前后两个过程机械能分别是守恒的，而中间的瞬时变化过程在沿绳方向的分速度改变为零，即绳的拉力对小球做负功，有中由于绳被拉紧，vB机械能转化为内能，机械能并不守恒．因此，对小球运动的全过程不能运用机械能守恒定律．正确解答过程如下：小球的运动有三个过程(见图4)：(1)从A到B，小球只受重力作用，做自由落体运动，机械能守恒．到达B点时，悬线转过2θ°角，小球下落高度为2Lsinθ，取B点重力势能为零．根据机械能守恒定律(2)小球到达B点，绳突然被拉紧，在这瞬间由于绳的拉力作用，小球沿绳方向的分速度vB∥减为零，垂直绳的分速度vB⊥不变，即(3)小球由B到C受绳的拉力和重力作用，做初速度为vB⊥的圆周运动，只有重力做功，机械能守恒，有：联立①、②、③式可解得vC．问题4如图5所示，在一根长为L的轻杆上的B点和末端C各固定一个质量为m的小球，杆可以在竖直面上绕定点A转动，现将杆拉到水平位置与摩擦均不计)．解法(一)：取在C点的小球为研究对象．在杆转动过程中，只有重力对它做功，故机械能守恒．有：解法(二)：取在B点的小球为研究对象，在杆转动过程中，只有重力对它做功，故机械能守恒：由于固定在杆上B、C点的小球做圆周运动具有相同的角速度，则vB ∶vC=rB∶rC=2∶3，现比较解法(一)与解法(二)可知，两法的结果并不相同．提出问题：两个结果不同，问题出现在何处呢？教师归纳总结，运用机械能守恒定律，应注意研究对象(系统)的选取和定律守恒的的条件．在本例题中出现的问题是，整个系统机械能守恒，但是，系统的某一部分(或研究对象)的机械能并不守恒．因而出现了错误的结果．师生共同归纳，总结解决问题的具体办法．由于两小球、轻杆和地球组成的系统在运动过程中，势能和动能相互转化，且只有系统内两小球的重力做功，故系统机械能守恒．选杆在水平位置时为零势能点．则有 E1=0．而E1=E2，对机械能守恒定律的理解还可有以下表述：①物体系在任意态的总机械能等于其初态的总机械能．②物体系势能的减小(或增加)等于其动能的增加(或减小)．③物体系中一部分物体机械能的减小等于另一部分物体机械能的增加．已知，小物体自光滑球面顶点从静止开始下滑．求小物体开始脱离球面时α=？如图6所示．先仔细研究过程．从运动学方面，物体先做圆周运动，脱离球面后做抛体运动．在动力学方面，物体在球面上时受重力mg和支承力N，根据牛顿第二定律物体下滑过程中其速度v和α均随之增加，故N逐步减小直到开始脱离球面时N减到零．两个物体即将离开而尚未完全离开的条件是N=0．解：视小物体与地球组成一系统．过程自小物体离开顶点至即将脱离球面为止．球面弹性支承力N为外力，与物体运动方向垂直不做功；内力仅有重力并做功，故系统机械能守恒．以下可按两种方式考虑．（1）以球面顶点为势能零点，系统初机械能为零，末机械能为机械能守恒要求两种考虑得同样结果．〔注〕(1)本题是易于用机械能守恒定律求解的典型题，又涉及两物体从紧密接触到彼此脱离的动力学条件，故作详细分析．(2)解题前将过程分析清楚很重要，如本题指出，物体沿球面运动时，N减小变为零而脱离球面．若过程分析不清将会导致错误．为加深对机械能守恒定律的理解，再举例一根细绳不可伸长，通过定滑轮，两端系有质量为M和m的小球，且M＞m，开始时用手握住M，使系统处于图7所示状态．求：当M由静止释放下落h 高时的速度．(h远小于半绳长，绳与滑轮质量及各种摩擦均不计)解：两小球和地球等组成的系统在运动过程中只有重力做功，机械能守恒．有：提问：如果M下降h刚好触地，那么m上升的总高度是多少？组织学生限用机械能守恒定律解答．解法一：M触地，m做竖直上抛运动，机械能守恒．有：解法二：M触地，系统机械能守恒，则M机械能的减小等于m机械能的增加．即有：教师针对两例小结：对一个问题，从不同的角度运用机械能守恒定律．体现了思维的多向性．我们在解题时，应该像解本题这样先进行发散思维，寻求问题的多种解法，再进行集中思维，筛选出最佳解题方案．3．归纳总结．引导学生，结合前述实例分析、归纳总结出运用机械能守恒定律解决问题的基本思路与方法．(1)确定研究对象(由哪些物体组成的物体系)；(2)对研究对象进行受力分析和运动过程分析．(3)分析各个阶段诸力做功情况，满足机械能守恒定律的成立条件，才能依据机械能守恒定律列出方程；(4)几个物体组成的物体系机械能守恒时，其中每个物体的机械能不一定守恒，因为它们之间有相互作用，在运用机械能守恒定律解题时，一定要从整体考虑．(5)要重视对物体运动过程的分析，明确运动过程中有无机械能和其他形式能量的转换，对有能量形式转换的部分不能应用机械能守恒定律．。

机械能守恒定律【学习目标】1．明确机械能守恒定律的含义和适用条件。

2．能准确判断具体的运动过程中机械能是否守恒。

3．熟练应用机械能守恒定律解题。

【学习重点】能准确判断具体的运动过程中机械能是否守恒。

【学习难点】熟练应用机械能守恒定律解题。

【学习过程】一、学习指南（一）动能和势能的相互转化1．动能和势能的转化实例（1）自行车下坡时，重力势能_____，动能_____。

（2）荡秋千过程中，向上摆动时，动能_____，重力势能_____，向下摆动时，动能_____，重力势能_____。

（3）撑杆跳高过程中，脱离杆之前，动能、重力势能、弹性势能在相互转化，脱离杆后，只有_____和__________在相互转化。

2．动能和势能相互转化时的特点：重力或弹力做正功时，_____能向_____能转化，做负功时，_____能向_____能转化。

3．实验探究（1）实验装置：将螺母用细线挂在铁架台上制成单摆。

（2）实验步骤：把螺母拉起一个较小的角度，放手后，它能摆至另一侧的_____位置；在铁架台的杆上固定一个夹子，当螺母摆到最低点时，细线被夹子挡住，但螺母仍能摆到另一侧的_____位置。

（3）实验结论：忽略空气阻力，只有重力做功时，动能和势能在相互转化的过程中，_____不变。

4．理论探究（1）探究情景：物体做抛体运动的过程，如图所示。

（2）推导过程：A位置的机械能E A ＝mgh1＋12mv21。

B位置的机械能E B ＝mgh2＋12mv22对A至B过程由动能定理有mg（h1－h2）＝12mv22－12mv21即mgh1＋12mv21＝mgh2＋12mv22，E A_____E B。

（二）机械能守恒定律（1）内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，_____和_____会发生相互转化，但__________的总量保持不变。

（2）表达式：E p1＋E k1＝E p2＋E k2。

（3）守恒条件：只有_____（或_____）做功。

教学设计第五节验证机械能守恒定律整体设计本节教材没有告诉学生验证机械能守恒定律的途径和方法，而是要求学生独立设计验证机械能守恒定律的实验方案,并根据所设计的实验方案做实验；在实验过程中，了解实验方案的不足，实际操作的不便，对实验方案和实验步骤进行改进,提高实验的准确性.本节是一个开放程度较高的实验课，通过本次实验，能让学生经历科学家的探究过程，体验发现、创造和成功的乐趣,学会处理和解决实际问题的一般思路和方法，了解学生对所学知识的掌握和灵活应用程度，了解学生对实验仪器的作用和使用的掌握情况.本节实验课包括实验设计、学生实验、汇报与交流三个部分,本文设计用两课时，课前几天，以四人为一小组，设计好验证机械能守恒定律的可行的实验方案（可以引导学生往多方面想，不要全班都是同一种实验方案).第一课时让学生有充分的时间进行实验探究，第二课时对每个实验方案进行汇报与交流，最后要求学生上交实验报告。

老师可以对本次探究活动进行评价，本文提供了一个评价方案供参考之用。

本节是在学生掌握了一定的力学知识的基础上组织的一次实验课，因此,教学中教师不用过多地讲解，体现学生的自主性、合作精神，培养学生的迁移能力、实践能力、创新意识，但要注意对学生实验过程中的指导；另外，要注意对学生渗透科学精神和人文素养的教育，培养学生勇于探索、积极合作、善于思考、不怕失败的精神.教学重点1.学生设计实验并在实验过程中了解实验方案的不足，实际操作的不便,对实验方案和实验步骤进行改进.2.检验学生对所学知识的掌握和灵活应用程度，了解学生对实验仪器的作用和使用的掌握情况.教学难点学生设计实验并在实验过程中了解实验方案的不足、实际操作的不便，对实验方案和实验步骤进行改进。

教学方法讨论法，实验法课时安排2课时三维目标知识与技能1.知道机械能守恒定律的内容和意义.一是动能和势能可以相互转化，二是机械能守恒.2.知道机械能守恒的条件：只有重力和弹力做功，只发生动能和势能的相互转化.过程与方法1.通过这个开放型实验，了解学生对所学知识的掌握和灵活应用程度，了解学生对实验仪器的作用和使用的掌握情况.2.根据学生设计的实验方案，了解学生对机械能守恒条件的理解程度,学会怎样减少实验误差。