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实验：验证机械能守恒定律（答案在最后）知识结构导图核心素养目标科学思维：掌握实验原理和方法，掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律，能对实验结果进行讨论及误差简单分析科学探究：验证机械能守恒定律，熟悉瞬时速度的测量方法．科学态度与责任：通过实验验证，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观知识点一实验思路阅读教材第95页“实验思路”部分．1．前提条件：机械能守恒的前提是“只有________或________做功”，因此研究过程一定要满足这一条件．2．研究对象举例(1)自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件．(2)物体沿光滑斜面下滑过程，满足________的条件．(3)用细线悬挂的小球摆动的过程满足________的条件．知识点二物理量的测量阅读教材第3～4页“物体做曲线运动的条件”部分．需要测量物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度这三个物理量．1．实验时，其实可以不测量物体的质量．2．高度的测量物体所处位置的高度用米尺(毫米刻度尺)测量．3．速度的测量①用打点计时器打下的纸带测量：测出打n 点前、后相邻两段相等时间T 内物体运动的距离x n 和x n ＋1(或测出h n －1和h n ＋1)，由公式v n ＝x n ＋x n ＋12T (或v n ＝h n ＋1－h n －12T)即可得到打n 点时物体的瞬时速度，如图所示．②用光电门测量：遮光条通过光电门时的瞬时速度等于遮光条通过光电门时的平均速度，则根据遮光条的宽度l 和遮光时间Δt ，可以算出物体经过光电门时的速度v ＝l Δt .知识点三 数据分析阅读教材第96页“数据分析”部分．方法1： 计算物体在选定位置上动能与势能的和是否满足12m v 22＋mg h 2＝12m v 21＋mg h 1①方法2： 计算重物在某两点间的动能变化和势能变化是否满足12m v 22－12m v 21＝mg h 1－mg h 2②若在误差允许范围内，等式①(或②)满足，即可验证机械能守恒．要点一 探究过程·获取数据操作过程1．安装置：将打点计时器固定在铁架台上，并用导线将打点计时器与交流电源相连接2．打纸带：把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落．重复几次，打下3～5条纸带3．选纸带：选取点迹清晰的纸带，在第一个点及距离第一个点较远的点上依次标上0、1、2、34．测距离：测出0到点1、点2、点3、…的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3…注意事项1．打点计时器要竖直：安装打点计时器时要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力．2．重物密度要大：重物应选用质量大、体积小、密度大的材料．3．一先一后：应先接通电源，让打点计时器正常工作，后松开纸带让重物下落．4．测长度，算速度：某时刻的瞬时速度的计算应用v n＝h n＋1－h n－12T，不能用v n＝2g h n或v n＝g t来计算．【例1】在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0、1、2、…、n.则：(1)如果用打出的点2到点6之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为________、________、________，必须计算出的物理量为________、________，验证的表达式为________．(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是________(填写步骤前面的字母)．A．将打点计时器竖直安装在铁架台上B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落C．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带E．选择一条纸带，用刻度尺测出重物下落的高度h1、h2、h 3、…、h n ，计算出对应的瞬时速度v 1、v 2、v 3、…、v nF ．分别算出12m v 2n 和mg h n ，在实验误差范围内看是否相等练1 如图所示，打点计时器固定在铁架台上，使重物带动纸带从静止开始自由下落，利用此装置验证机械能守恒定律．(1)对于该实验，下列操作中对减小实验误差有利的是________．A ．重物选用质量和密度较大的金属锤B ．两限位孔在同一竖直面内上下对正C ．精确测量出重物的质量D ．用手托稳重物，接通电源后，撤手释放重物(2)某实验小组利用上述装置将打点计时器接到50 Hz 的交流电源上，按正确操作得到了一条完整的纸带，由于纸带较长，图中有部分未画出，如图所示，纸带上各点是打点计时器打出的计时点，其中O 点为纸带上打出的第一个点．重物下落高度应从纸带上计时点间的距离直接测出，利用下列测量值能完成验证机械能守恒定律的选项有________．A ．OA 、AD 和EG 的长度B ．OC 、BC 和CD 的长度C ．BD 、CF 和EG 和长度 D ．AC 、BD 和EG 的长度要点二 实验数据处理与分析数据处理方案一 利用起始点和第n 点计算，代入g h n 和12v 2n ，如果在实验误差允许的范围内，g h n ＝12v 2n ，则验证了机械能守恒定律．方案二 任取两点计算．(1)任取两点A 、B 测出h AB ，算出g h AB .(2)算出12v 2B －12v 2A 的值．(3)如果在实验误差允许的范围内，g h AB ＝12v 2B －12v 2A ，则验证了机械能守恒定律．方案三 图像法．从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h ，并计算各点速度的平方v 2，然后以12v 2为纵轴，以h 为横轴，绘出12v 2 - h 图线，若是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律．误差分析产生原因减小方法 偶然误差测量 (1)测量时都从第一个点量起； (2)多次测量，求平均值 系统误差空气和 摩擦阻力 (1)安装打点计时器时，使两限位孔中线竖直； (2)选择质量适当大、体积尽量小的重物【例2】 某实验小组利用如图甲所示的实验装置，完成“验证机械能守恒定律”的实验，请根据实验原理和步骤完成下列问题：(1)在实验操作中，释放纸带瞬间的四种情景如乙图照片所示，你认为最合理的是( )(2)如图丙是该实验小组打出的一条点迹清晰的纸带，纸带上的O点是起始点，选取纸带上连接的点A、B、C、D、E、F作为计数点，并测出各计数点到O点的距离依次为27.94 cm、32.78 cm、38.02 cm、43.65 cm、49.66 cm、56.07 cm，已知打点计时器所用的电源是50 Hz的交流电，重物的质量为0.5 kg，则从计时器打下点O到打下点D的过程中，重物减小的重力势能ΔE p＝________ J，重物增加的动能ΔE k＝________ J，两者不完全相等的主要原因是________(重力加速度g取9.8 m/s2，计算结果保留三位有效数字)．练2某实验小组的同学用如图甲所示的实验装置来验证机械能守恒定律，他们的主要实验步骤如下：A．按图示安装好器材B．将电火花计时器接到电源上C．接通电源后释放纸带，打出一条纸带D．换用另外的纸带，重复步骤CE．选取点迹清晰的纸带，测量所选纸带上一系列测量点距初位置的距离F．根据测量的结果计算重物下落过程中减少的重力势能和它增加的动能，比较二者是否相等请回答下列问题：(1)为完成此实验，除了图中所给器材外，下列各项中，还必需的器材有________(填正确选项前的字母)．A．停表B．毫米刻度尺C．4～6 V的交流电源D．220 V的交流电源(2)实验中，夹子与重物的质量m＝250 g，如图乙所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为打下的第一个点，A、B、C 为打下的三个连续的点．已知打点计时器每隔0.02 s打一个点，当地的重力加速度g＝9.8 m/s2，选取OB段来验证机械能守恒定律，则重物重力势能的减少量ΔE p＝________J，打B点时重物的瞬时速度v B＝________m/s.(结果均保留3位有效数字)(3)若纸带上某点距初位置的距离为h，计算出对应的速度为v.以h为横轴，v2为纵轴，画出的图线如图丙所示，图线的斜率为k，则当地的重力加速度为________．(不计一切阻力)要点三实验方法的迁移与拓展1．方案一如图甲所示，用光滑斜面和小车验证机械能守恒定律，在打出的小车拖动的纸带上取两点A、B，分别求出它们对应的速度v A、v B，测出斜面的高度h、长度L及A、B之间的距离L0.只需要验证关系式gL0hL＝12v2B－12v2A成立，即可验证小车沿光滑斜面下滑的过程中机械能是守恒的．2．方案二如图乙所示，用斜槽、钢球等器材验证钢球从斜槽滚下过程中的机械能守恒，从斜槽某高度处固定点A由静止开始释放钢球，重复多次，找出平均落地点P，测量A点到桌面的高度h1，斜槽末端到O点的高度h2，O点到P点的距离x.由平抛运动知识可知x＝v0t及h2＝12g t2，得钢球做平抛运动的初速度v0＝xg2h2，以桌面为零势能面，则钢球在A点的重力势能E p＝mg h1，钢球在平抛运动起始点的动能E k＝12m v20.若E p＝E k，得h1＝x 24h 2.即只要h 1＝x 24h 2，那么机械能就守恒． 3．方案三利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图丙所示，从与光电门连接的数字计时器上读出遮光条通过光电门1和光电门2的时间Δt 1、Δt 2，用天平测量出滑块和遮光条的总质量M 及托盘和砝码的总质量m ，用刻度尺测量出遮光条宽度l ，从导轨标尺上读出两光电门之间的距离L ，则滑块通过光电门1、2时系统的总动能分别为E k 1＝12(m ＋M)⎝ ⎛⎭⎪⎫l Δt 12，E k 2＝12(m ＋M)⎝ ⎛⎭⎪⎫l Δt 22，而系统重力势能的减少量ΔE p ＝mgL ，如果ΔE p ＝E k 2－E k 1，则验证了机械能守恒定律．【例3】 甲同学准备做“探究功与物体速度变化的关系”实验。
验证：机械能守恒定律一、教学目标1.物理观念①会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。
2.科学思维①通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法。
3.科学探究掌握验证机械能守恒定律的实验原理4.科学态度与责任通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。
培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度。
二、教学重难点教学重点：设计方案、实验原理和方法、速度的测量、实验误差的分析。
教学难点：速度的测量和实验误差的分析。
三、教学分析本课中只有重力做功时，物体的动能和重力势能可以相互转化，总的机械能保持不变。
这节课按照科学探究的要求组织高一学生制定实验方案，研讨实验方法，探究操作要领，小组合作完成实验，分析误差原因。
通过小组合作探究，使学生正确的计算重物下落过程中动能的增加和重力势能的减少，比较动能的增加量和重力势能的减少量是否相等来判断机械能是否守恒——这就是实验原理。
速度的测量是重点，让小组合作探究出测量瞬时速度的最好方法。
重物下落过程中会受到很多的阻力，如何减少阻力对实验结果的影响？这个问题可以让学生来思考回答，老师点拨归纳。
通过本节课的实验让学生对机械能守恒定律的得出、含义、适用条件有一个明确的认识；学会应用科学探究的方法研究物理问题，探索物理规律，加深对科学的本质和价值的理解。
同时让学习小组自己动手完成实验，测量数据，根据数据学会分析误差的可能原因。
让学生真正的掌握实验探究的方法。
四、教学过程一、设计思路引导学生回顾机械能守恒定律的内容是什么？学生举手回答：只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能相互转化，总的机械能保持不变教师继续引导，当进行计算时需用到机械能守恒定律的关系式，哪位同学可以说一下呢？教师引导，我们要验证机械能守恒定律，必须满足条件的前提下去验证机械能守恒定律的关系式，哪我们学习过的满足这一条件的过程有哪些？学生讨论并总结回答：自由落体运动，平抛运动，竖直上抛，斜抛运动，物块从光滑斜面滑下，小球单摆等。
实验：验证机械能守恒定律教学目标1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度．2．掌握验证机械能守恒定律的实验原理．过程与方法通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法．情感、态度与价值观通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观．培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度．教学重点掌握验证机械能守恒定律的实验原理．教学难点验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法．教学手段重物、电磁打点计时器以及纸带、复写纸片、低压电源及两根导线、铁架台和铁夹、刻度尺、小夹子．教学活动[新课导入]师：上一节课我们学习了机械能守恒定律，我们首先采复习一下什么叫做机械能守恒定律?生：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变．这叫做机械能守恒定律．师：机械能守恒的条件是什么?生：只有重力和弹力做功．师：自由落体运动中机械能是不是守恒?生：自由落体运动中物体只受到重力的作用，这个过程只有重力做功，所以机械能是守恒的．师：我们要想推导出机械能守恒定律在自由落体中的具体表达式，可以根据什么来进行推导呢?生1：可以通过牛顿运动定律进行推导．生2：可以根据动能定理进行推导．(投影展示与一个自由落体运动相关的题目，从题目中知道有关的物理量，让学生分别根据牛顿运动定律和动能定理推导机械能守恒定律，再一次熟悉这个定律，并为本节课的教学打下基础)[新课教学]1、推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。
在图1中，质量为m 的物体从O 点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点A 和B 的机械能分别为：EA =A A mgh mv +221， EB =B B mgh mv +221 如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有E A =E B ，即A A mgh mv +221=B B mgh mv +221 上式亦可写成B A A B mgh mgh mv mv -=-222121 该式左边表示物体由A 到B 过程中动能的增加，右边表示物体由A 到B 过程中重力势能的减少。
教学设计：2024秋季人教版高中物理必修第二册第八章机械能守恒定律《实验：验证机械能守恒定律》教学目标（核心素养）1.物理观念：通过实验观察，理解机械能守恒定律的实质，掌握机械能（动能与势能之和）在特定条件下的不变性。
2.科学思维：通过设计实验方案、收集数据、处理数据等过程，培养学生的科学探究能力和逻辑思维能力，学会用实验方法验证物理定律。
3.科学探究：经历实验设计、操作、观察、记录、分析的全过程，体验科学探究的严谨性和趣味性，培养实事求是的科学态度。
4.科学态度与责任：激发学生对物理实验的兴趣，培养团队合作精神和创新意识，认识到实验验证在物理学发展中的重要性。
教学重点•理解机械能守恒定律的实验验证方法。
•掌握实验数据的收集、处理和分析技能。
教学难点•实验误差的控制与减小。
•准确理解并应用机械能守恒定律进行数据分析。
教学资源•实验器材：打点计时器、纸带、重锤、刻度尺、铁架台、导线、电源等。
•多媒体课件：实验原理讲解、数据处理示例等。
•教材、教辅资料及网络资源。
教学方法•实验探究法：通过学生亲手操作实验，验证机械能守恒定律。
•讲授法：讲解实验原理、步骤和注意事项。
•讨论法：组织小组讨论，分享实验心得，解决实验中的问题。
•数据分析法：引导学生学会使用数学工具处理实验数据，验证机械能守恒。
教学过程导入新课•情境导入：通过播放一段关于自由落体运动的视频或动画，引导学生思考物体在自由下落过程中能量的变化，引出机械能守恒的概念。
•问题引导：提问学生：“如何验证机械能守恒定律？”激发学生探索实验验证方法的兴趣。
新课教学1.实验原理讲解•讲解机械能守恒定律的基本内容及其在实验中的应用。
•介绍打点计时器的工作原理，说明如何通过纸带上的点迹记录重锤的运动情况。
2.实验设计•引导学生设计实验方案，包括实验器材的选择、实验步骤的确定等。
•强调实验中的注意事项，如保持纸带竖直、减小空气阻力等。
3.实验操作•学生分组进行实验，教师巡回指导，确保实验安全有序进行。
高中物理人教版必修2实验：验证机械能守恒定律教学设计本实验属验证性学生实验，实验目的是利用重物的自由下落验证机械能守恒定律，要掌握实验方法和技巧、实验数据的采集与处理，分析实验误差，从而不仅从理论上了解机械能守恒定律，而且通过实际观测从感性上增加认识，深化对机械能守恒定律的理解。
教材中介绍了测量瞬时速度的更为简单而准确的方法，要明白其道理。
然而作为教者，却不能生硬对教材“惟命是从”，实际操作中可对装置中计时器的安装稍作改进──降低计时器高度，这样一来虽然纸带的利用率降低，但其有效长度的利用仍然是足够的。
【教学目标】1．理解实验的设计思路，明确实验中需要测量的物理量。
2．知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法。
3．能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析中得出实验结论。
4．能定性地分析产生实验误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差。
【教学重点】验证机械能守恒定律的实验原理。
【教学难点】验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。
【教学方法】探究、讲授、讨论、学生分组实验、练习。
【教学手段】多媒体教学。
【教学用具】多媒体课件（配套设备）、电火花计时器、重物（质量300g±3g）、纸带、铁架台、烧瓶夹、电源。
【教学过程】●复习&引入上节课我们学习了机械能守恒定律，掌握了机械能守恒定律的条件和公式。
这节课我们通过实验来验证一下机械能守恒定律。
一、实验介绍1．实验目的：验证机械能守恒定律。
2．实验原理：本实验验证极其简单情形下的机械能守恒──自由落体运动。
而且，针对的是及其特殊的过程──从释放点到某位置。
计量重力势能的改变时，只要测量出过程越过的高度，结合当地的重力加速度即可。
计量动能改变时，启用了打点计时器──根据打出的纸带求末状态的瞬时速度（依据“匀变速运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度”）。
二、实验步骤1．按图安装实验器材，电源接学生电源，并将输出电压调至4~6V交流。
验证机械能守恒定律【教学目标】知道用不同的方法探究动能定理和验证机械能守恒定律，了解实验原理和步骤。
【教学重难点】重点：机械能守恒定律的实验原理、步骤和注意事项。
难点：验证机械能守恒定律实验的注意事项。
【教学内容】一、探究动能定理1．实验目的（1）了解实验要探究的内容、实验方法与实验技巧。
探究实验数据的处理方法；（2）认真体会教材“探究的思路”所体现的科学探究的方法，以及“数据的处理”中提出的分析实验数据、找出功和速度变化关系的方法2．探究思路（1）改变功的大小，采用教材实验装置，用 1 条、 2 条、 3 条……同样的橡皮筋将小车拉到同一位置释放，橡皮筋拉力对小车所做的功依次为 w 、 2w 、 3w ……（2）确定速度的大小：小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出。
（3）寻找功与速度变化的关系：以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标，小车获得的速度v 为横坐标，作出W—v曲线，即功—速度关系曲线，分析该曲线，提出橡皮筋拉力对小车所做的功W与小车速度v的定量关系。
3．操作中注意的事项：（1）平衡摩擦力：将木板放有打点计时器的一端垫高，小车不连橡皮筋，尾部固定一纸带，轻推小车使小车沿木板向下运动，如果纸带上打出的点间距是均匀的，说明纸带的运动是匀速直线运动，小车重力沿斜面方向的分力刚好平衡了小车所受的摩擦力。
（2）如何选择纸带上的点距来确定速度：对纸带上的点进行分析，比较点间距，看若干个相邻两点间的距离是否基本相同，选择相邻距离基本相同的若干个点作为小车匀速运动阶段的点，用这些点计算小车的速度。
（3）用图象法处理实验数据：①根据实验测得的数据，分别作出W—v曲线，W—v2曲线、W—v3曲线……，如果哪一幅图象更接近于过原点的倾斜直线，功与速度之间就是哪一种正比关系。
②图象法是解决物理问题的常见方法，因为它具有简便直观的特点。
③图象中的曲线形状是根据实验数据，在坐标系中描出各组数据所对应的点，然后用平滑的曲线将各点连起来。
（新教材）统编人教版高中物理必修二第八章第5节《实验：验证机
械能守恒定律》优质课教案
【教材分析】
本课是实验课。
教材先确定了实验思路，接下来确定了需要测量的物理量，然后做实验，记录数据。
最后对实验数据进行分析。
教材提供了两个参考案例供学生参考。
本实验重在提高学生实验分析解决问题的能力。
【教学目标】
1.能独立进行实验操作，分析实验数据，验证机械能守恒定律。
2.能更深入地理解机械能守恒定律。
【核心素养】
1.物理观念：通过进一步学习机械能守恒定律，能从物理学视角形成能量观；形成从物理学视角解释自然现象和解决实际问题的能力。
2.科学思维：能从物理学视角认识机械能守恒定律；能运用分析综合、推理论证等方法；能基于事实证据和科学推理对不同观点和结论提出质疑和批判，进行检验和修正，进而提出创造性见解。
