人教版必修2　第七章 第9节 实验：验证机械能守恒定律教学设计

9 实验:验证机械能守恒定律教学设计淮安市楚州中学 路新宝【设计思想】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和楚州中学“自探互教”的教学模式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讨论、分析，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。【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。【学法教法】驱动目标，布置展示任务，自主探究，学生成果展示，老师点拨归纳，小组合作探究，实验测量，数据分析，误差分析，质疑点拨，总结反思。【实验器材】学生电源、导线、电磁打点计时器、纸带、复写纸、铁架台、夹子、重物、天平、刻度尺。【教学设计】一、目标驱动【学习目标】1知识与技能（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。来源:Z#xx#k.Com2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。3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。【布置展示任务】任务问题1问题2问题3问题4问题5组号第组第组第组第组第组二、自主探究（学生自主学习课本P79-80页，自主完成问题）【活动一】探究“验证机械能守恒定律”的设计方案和实验方法，完成下列问题.问题1：用如图所示的实验装置可以验证机械能守恒定律，接通电源，释放重物，重物带动纸带下落。则：（1）实验中，电磁打点计时器应接 （选填“直流”或“交流”）电源；（2）满足什么条件重物在下落过程中机械能会保持守恒？（3）重物下落过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？（4）如何比较重力势能变化和动能变化就可以判断机械能是否守恒？【活动二】探究“验证机械能守恒定律”的实验操作。问题2：重物下落过程中，除了重力之外会受到哪些阻力？怎样减少这些阻力对实验的影响？问题3：某同学实验时打出一根纸带，如图所示。试问：重物下落时，最好选择哪两个位置作为过程的开始和终结的位置？问题4：如何简单的、准确的测量重物下落时的瞬时速度？三、成果展示（每个小组内派学生代表展示学习、探究成果）第1组代表展示问题1：用如图所示的实验装置可以验证机械能守恒定律，接通电源，释放重物，重物带动纸带下落。则：（1）实验中，电磁打点计时器应接 （选填“直流”或“交流”）电源；（2）满足什么条件重物在下落过程中机械能保持守恒？（3）重物下落过程中，重力势能如何变化？动能如何变化？（4）如何比较重力势能变化和动能变化就可以判断机械能是否守恒？成果展示：（1）交流（打点计时器都接交流电源）（2）只有重力做功时，重物在下落过程中机械能保持守恒（3）重物下落过程中，重力势能减少，动能增加。（4）如果重力势能减少量和动能增加量相等，可以判断机械能守恒。老师点拨：重物下落过程中，如果重力势能减少量和动能增加量相等，可以判断机械能守恒。这就是本实验的实验原理。(板书)实验原理：动能增加量=重力势能减少量机械能守恒第3组代表展示问题2：重物下落过程中，除了重力之外会受到哪些阻力？怎样减少这些阻力对实验的影响？成果展示：除了重力之外会受到空气阻力和限位孔对纸带的摩擦阻力。为了减少这些阻力对实验的影响，我们可以：（1）重物选择质量大的、体积小的（也就是选择密度大的重物）；（2）把纸袋理顺、理平，用手捏住纸带的最上端，让纸带呈竖直状态；（3）让打点计时器的上、下限位孔在同一竖直线上。老师点拨：（1）先接通电源，后释放重物；（2）释放重物前，用手捏住纸带的最上端，让纸带呈竖直状态；（3）重物靠近打点计时器处释放。(板书)实验操作：（1）先接通电源，后释放重物；（2）释放重物前，用手捏住纸带的最上端，让纸带呈竖直状态；（3）重物靠近打点计时器处释放。第5组代表展示问题3：重物下落时，最好选择哪两个位置作为过程的开始和终结的位置？成果展示：可能的答案：（1）选第一个点和最后一个点；（2）选第一个点和靠近后面的点；（3）选中间合适距离的两个点。教师点拨：选择点迹清晰的如图所示的两个点（两个点间距合适）第7组代表展示问题4：如何简单的、准确的测量重物下落时的瞬时速度？成果展示：纸带上某点的瞬时速度等于这点前后相邻两点间的平均速度。教师点拨：（1）（2）做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度。(板书)速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度。四、合作探究【活动三】小组合作完成“验证机械能守恒定律”的实验，完成实验报告。问题5：根据你的实验测量结果，判断重物下落过程中动能的增加量和重力势能的减少量是否相等？如果不等，试分析原因。第9组代表展示问题5：实验结果显示：动能的增加量略小于重力势能的减少量。造成这个的原因应该是重物下落过程中，除了重力，还不可避免的会受到阻力的作用。教师点拨：（1）动能的增加量略小于重力势能的减少量，由此可得出结论：在实验误差范围内，重物的机械能守恒；（2）实验报告中要写明本实验的、原理、器材、主要实验步骤、数据的分析、结论，以及对结论可靠性的评估（包括对可能产生的误差的分析）。(板书)结论：动能的增加量略小于重力势能的减少量，说明在实验误差范围内，重物的机械能守恒。五、质疑点拨提出问题：在验证机械能守恒定律的试验中，一定要测量重物的质量吗？教师点拨：动能的增加量表达式为：，重力势能的减少量为：所以比较动能的增加量和重力势能的减少量时可以两边都拿去质量进行比较。所以可以不需要测量重物质量。六、总结反思1.减少阻力对实验的影响：用手拎着纸带的最上端，让纸带呈竖直状态（重点提醒）；2.速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度；3.实验误差的分析：因为阻力，造成动能的增加量略小于重力势能的减少量。【板书设计】1实验原理：动能增加量=重力势能减少量机械能守恒2实验操作：（1）先接通电源，后释放重物；（2）用释放重物前，用手捏住纸带的最上端，让纸带呈竖直状态；（3）重物靠近打点计时器处释放。3速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于这点前后相邻两点间的平均速度。4结论：动能的增加量略小于重力势能的减少量，说明在实验误差范围内，重物的机械能守恒。【达标检测】1如图所示为用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置。关于这一实验，下列说法中正确的是（ ）A重物应选用密度小的物体B应先释放纸带，后接通电源打点C两个限位孔应在同一竖直线上D测出纸带上两点迹间的距离，可知重物相应的下落高度2“验证机械能守恒定律”的实验装置如图所示，实验中发现重物增加的动能略小于减少的重力势能，其主要原因是（ ）A重物的质量过大B重物的体积过小C电源的电压偏低D重物及纸带在下落时受到阻力3如图所示为用打点计时器验证机械能守恒定律的实验装置（1）实验中使用的电源频率是50Hz，则纸带上打出的相邻两点的时间间隔为 s（2）实验时，应使打点计时器的两个限位孔在同一竖直线上这样做可以 (选填“消除”、“减小”或“增大”)纸带与限位孔之间的摩擦（3）在实际测量中，重物减少的重力势能通常会 (选填“略大于”、“等于”或“略小于”)增加的动能4在“验证机械能守恒定律”的实验中，质量为m的重锤拖着一条纸带从静止开始下落，打点计时器在纸带上打出一系列清晰的点把重锤开始下落时打出的点标为O，然后按先后顺序依次选取三个计数点A、B、C，如图14所示通过测量得到O、A间距离为h1，O、B间距离为h2，O、C间距离为h3已知相邻计数点间的时间间隔为T，当地重力加速度为g从开始下落到打B点时，重锤减少的重力势能为 ，打B点时重锤的动能为 ACBh1Oh2h3