高中物理必修2实验 验证机械能守恒定律 备课资源

实验：验证机械能守恒定律教案 人教版

授课内容 授课时数

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授课地点 授课时间

教学内容

本节课的教学内容来自于人教版物理教材必修2第六章第5节“实验：验证机械能守恒定律”。该实验是通过观察和记录物体在自由落体运动过程中的速度和高度变化，来验证机械能守恒定律的正确性。具体内容包括：

1. 了解机械能守恒定律的定义和意义。

2. 掌握物体在自由落体运动中的速度和高度变化规律。

3. 学会使用实验仪器进行数据采集和处理。

4. 通过实验结果分析，验证机械能守恒定律。

教学目标：

1. 让学生理解机械能守恒定律的基本概念。

2. 培养学生运用物理知识解决实际问题的能力。

3. 提高学生动手实验、观察现象、分析问题的能力。

4. 培养学生团队合作、沟通交流的能力。

核心素养目标

本节课的核心素养目标主要包括：

1. 科学探究：通过实验验证机械能守恒定律，培养学生的实验操作能力、数据处理能力和问题分析能力。

2. 科学思维：引导学生运用物理知识解释现象，培养学生的逻辑思维和辩证思维能力。

3. 科学态度与科学精神：培养学生严谨治学、勇于探索的科学态度，以及团队合作、克服困难的科学精神。

4. 科学应用：培养学生将所学知识应用于实际问题，提高学生解决实际问题的能力。

教学难点与重点

1. 教学重点：

（1）理解机械能守恒定律的定义和意义。

机械能守恒定律是物理学中的一个基本定律，它表明在没有外力做功的情况下，一个系统的机械能（动能和势能的总和）保持不变。这是能量守恒定律的特殊情况，对于学生来说，理解这个定律的定义和意义是本节课的重点。

（2）掌握物体在自由落体运动中的速度和高度变化规律。

物体在自由落体运动中，其速度随时间的增加而增加，而高度随时间的增加而减少。学生需要掌握这些变化规律，并能够运用它们解决实际问题。

（3）学会使用实验仪器进行数据采集和处理。

在本节课的实验环节，学生需要学会使用实验仪器（如计时器、测量尺等）进行数据采集，并能够对数据进行处理和分析。

人教版物理必修教材②

第7章《机械能守恒定律》 第10课时

教学课题：实验--验证机械能守恒定律

教学内容 验证机械能守恒定律

教学目标 知识与技能目标 理解实验设计思路，明确要测量的物理量；掌握测量方法，正确进行实验操作，会处理实验数据；能根据实验数据分析得出实验结论。

过程与方法目标 学会实验操作，会分析实验误差，掌握实验方法寻求科学正确的实验过程。能分析和减小实验误差。培养学生的动脑思维和探索、创新能力

情感态度价值观 培养物理实验能力，理会实践出真知的道理，培养科学的世界观

教学方法 实验法 教学器材 实验室有关器材

教学重点 设计思路，数据处理 教学难点 速度、高度等的测量，误差的控制

教学设计：

教学内容与教师活动 学生活动

一、实验目的

该实验的目的是验证物体只有重力做功时，机械能守恒.

二、实验原理：

当物体做自由落体运动时,只有重力做功,增加的动能应等于减少的重力势能,即验证|ΔEk|=|ΔEp|.当初速为零时有

12mv2 =mgh.化简得：v2＝2gh

或者任取一段验证有：

ghvv22122

三、实验器材及要求

实验中要测量的物理量有：高度h，下落速度v。

故实验器材有：毫米刻度尺－高度h；打点计时器纸带－下落速度v。

另外，铁架台、学生电源、重锤等。实验装置如图所示。

☆请问：此实验要不要天平等？

四、实验步骤（略）

五、数据处理

为使实验原理更简单,让振针打第一个计数点的初速度为零，须挑选纸带上第一、二两点间的距离接近2 mm,使ΔEk= 12mv2 -0,在纸带上记下该点的位置O，并在纸带上从离位置O较远处开始依次选取几个连续的点1、2、3……并用刻度尺依次测出各点到位置O的距离.如图所示，这些距离就是重锤从静止开始运动到点1、2、3……时下落的高度h1、h2、h3……利用匀变速直线运动的物体中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度求出各点对应的重锤速度vn=hn+1-hn-12T ，比较重锤下落各不同高度时增加的动能12mvn2 和减少的重力势能mghn是否相等，从而验证机械能是否守恒.

验证机械能守恒定律实验

自主落实学案

1.实验目的：验证机械能守恒定律

2.实验原理：

(1)只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总的机械能守恒.利用打点计时器在纸带上记录下物体自由下落的高度h及计算出瞬时速度v，从而验证物体在自由下落过程中重力势能的减少量ΔEp=mgh与物体动能的增加量ΔEk=221mv相等。

(2)纸带上某两点的距离等于重物下落的高度，这样就能得到下落过程中势能的变化。再测出这两点的速度，从而得到它在各点的动能。比较这两点动能变化和势能变化，就能验证机械能是否守恒。

3.实验器材：铁架台(带铁夹)；打点计时器；重锤(带纸带夹)；纸带；复写纸片；导线；毫米刻度尺；低压交流电源。

4.实验步骤：

（1）装置：竖直架稳打点计时器，使打点计时器限位 孔与纸带在同一直线上，以减小纸带受到的阻力。

（2）将长约1 m的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打 点计时器，用手提着纸带，使重物静止在靠近打点计时器的地方。

（3）接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列的点。

（4）换几条纸带，重做上面的实验。

（5）在取下的纸带中挑选第一、二两点间距离接近2 mm 且点迹清楚的纸带进行测量，先记下第一点O的位置，再任意取五个点1、2、3、4、5用刻度尺测量距O点的相应距离如图所示：

为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60 cm~80 cm之内.

（6）用公式thhvnn211计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3……

（7）利用公式Ep=mgh计算出各计数点与第一个点的重力势能的减

少量。

（8）比较动能增加量及重力势能的减少量的大小，看一看在误差允许的范围内两者是否相等，从而验证机械能是否守恒。因不需要知道动能和势能的具体数值，所以不需要测量重物的质量。

5.实验误差的来源与分析

学必求其心得，业必贵于专精

2020-2021学年新教材物理人教版必修第二册教案：第8章 5.实验：验证机械能守恒定律含解析

5.实验：验证机械能守恒定律

实验目标：1.理解验证机械能守恒定律的原理。会设计实验方案，确定需要测量的物理量，采用正确的方法测量相关的物理量。2。能够控制实验条件，正确进行实验操作，获取物体下落的高度和速度大小等数据，会分析动能增加量小于重力势能减少量的原因，并采取相应措施,减小实验误差。3.树立实事求是的科学态度、培养认真严谨的科学精神。

一、实验思路

1．实验目的

(1)验证机械能守恒定律。

（2）进一步熟悉打点计时器（或光电门)的使用。

2．实验思路

机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”,因此设计实验时要考虑满足这一条件的情形.

情形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.

情形2：物体沿光滑斜面下滑时，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力与物体位移方向垂直，对物体不做功,也满足机械能守恒的条件. 学必求其心得，业必贵于专精

二、物理量的测量

根据重力势能和动能的定义，需要测量的物理量有物体的质量、物体所处位置的高度以及物体的运动速度.

1．质量的测量:可用天平测量。

2．高度的测量：可用刻度尺测量.

3．瞬时速度的测量

（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xn和xn＋1（或测出hn－1和hn＋1)，由公式vn＝错误!或vn＝错误!即可得到打n点时物体的瞬时速度，如图所示.

说明：由匀变速直线运动的规律可知，物体某段时间中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度。

(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＝错误!.

三、数据分析

方法1：计算物体在选定位置上动能与势能的和是否满足

错误!mv错误!＋mgh2＝错误!mv错误!＋mgh1 ①