人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律教学设计及反思

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课 题
人教版高中物理·必修·第二册
第八章第5节 验证机械能守恒定律
课 型
新授课☑ 复习课□ 试卷讲评课□ 其他课□
授课班级
高一
授课时间
教学内容分析
课标要求：
通过实验，验证机械能守恒定律，并知道机械能守恒的前提条件。
教材分析：
本节重点是理解用落体法验证机械能守恒定律；理解用光滑斜面法验证机械能守恒定律。本节难点是学会用平均速度法求解瞬时速度； 2. 学会用图像法处理实验数据并运用所学知识处理实验误差。
学情分析
知识储备：学生已经在前面的章节学过机械能和动能的相关知识，知道动能和势能可以相互转化，具有一点处理实验、分析和归纳实验结果的能力，但对物理现象的认识、理解只停留在感性认识上。
思维能力：本节课通过几个实验方案，培养学生的思维能力。
核心素养
物理观念：知道动能和势能可以相互转化，当只有重力或者弹力做功时，系统机械能守恒。
科学思维：通过研究自由落体物体的机械能，培养学生的思维能力，推导机械能守恒定律的集中表达式的表达式。
科学探究：理解实验的设计思路，自主思考实验设计思路，加强实验能力。
科学态度与责任：能够独立分析产生实验误差的原因，并且尽量减小实验误差，通过实验理解机械能守恒定律。
教学准备
课件演示、电火花计时器、重物、纸带、铁架台、电源
活动设计
教学内容
教师活动
学生活动
评价任务
活动一：导入新课
（一）检测导学案完成情况
机械能守恒定律告诉我们，在只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能相互转化时总的机械能保持不变。下面我们通过实验来研究物体运动过程中动能与重力势能变化，从而验证机械能守恒定律。
要求思考：如何设计实验。
学生思考机械能守恒定律的意义
通过联系之前已知的知识，思考如何设计实验
（二）展示学习目标
1. 理解实验的设计思路，明确实验中需要直接测量的物理量；
2. 知道实验中选取测量点的有关要求。根据打出的纸带测定物体下落的距离。
明确学习目标，做到有的放矢；
（三）实验情境导入
实验思路
方案一：自由落体运动
做自由落体运动的物体，如果忽略微小阻力作用，机械能是守恒的，即重力势能的减少量等于动能的增加量。
方案二：物体沿光滑斜面下滑
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，这种情况也满足机械能守恒的条件。
展示图片
分组交流讨论思考：物体沿光滑斜面下滑时，机械能是否守恒？
根据学生的回答情况，评价学生的表达能力和思维。
活动二：新课教学
(一)物理量的测量及数据分析
根据选定的实验方案设计相应的表格记录实验数据。计算物体在选定位置上动能与势能的和是否满足mv＋mgh2＝mv＋mgh1
也可以计算重物在某两点间的动能变化和势能变化是否满足mv-mv＝mgh1-mgh2
引导学生思考分析
学生讨论思考如何设计实验
根据学生回答作出评价
（二）研究自由下落物体的机械能
1、实验步骤
（1）仪器安装:按图示装置竖直架稳打点计时器，并用导线将打点计时器接在电源上。
（2）打纸带:将长约1m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，使重锤静止在靠近打点计时器的地方。接通电源，松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。
（3）换几条纸带，重复上面的实验。
学生观察实验，并思考实验注意事项。
明确学生学习任务；
2、数据处理
（1）求瞬时速度
在取下的纸带中挑选第1、2两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量。记下第1个点的位置O，在纸带上从离O点适当距离开始选取几个计数点0、1、2、3、…、n+1并测量出各计数点到O点的距离h0、h1、h2、h3、…、hn+1，再根据公式，计算出1、2、3、…、n点的瞬时速度v1、v2、v3、…、vn。
引导学生如何求瞬时速度
1.自主完成
2.小组交流
评价完成情况，表扬优秀学生，鼓励未完成的学生，纠正错误做法。
3、处理方法
方法一：利用起始点和第n点
从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为mv
方法二:任取两点
①任取两点A,B，测出hAB，求出ghAB。
②分别求出A、B两点的瞬时速度vA、vB，求出mv－mv的值。
如果在实验误差允许的范围内v－v＝ghAB，就证明机械能是守恒的。
方法三：图像法
计算各计数点的v2，以v2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h为横轴，根据实验数据绘出
v2h图线。若在实验误差允许的范围内，图像是一条过原点且斜率为g的直线，如图所示，则验证了机械能守恒定律。
误差分析：
系统误差，
偶然误差
在实验误差允许的范围内mv＝mghn，即v＝ghn成立，则机械能守恒定律得到验证。
如果在实验误差允许的范围内v－v＝ghAB，就证明机械能是守恒的。
自主学习；
自主推导；
交流讨论：
各种方法适用条件及注意事项
评价完成情况，对表现优秀的小组加分鼓励
（三）：用气垫导轨验证沿斜面下滑物体的机械能
1、实验步骤
2、数据处理
（1）速度的测量：用游标卡尺测出滑块上遮光片的宽度d，读出遮光条通过光电门的遮光时间，则滑片通过光电门的速度。
（2）验证关系式
方式1（两个光电门）：分别测出滑块经过两个光电门的速度和，用刻度尺测出两光电门的高度差Δh，验证在误差范围内是否满足。
方式2（一个光电门）：让滑块从光电门上方某一位置由静止释放，测出该点到光电门的高度差△h和滑块经过光电门的速度，验证在误差范围内成立。
播放演示实验
讲解实验步骤及数据处理。
思考、讨论
评价学生分析回答情况
活动三：例题讲解
1、某同学做“验证机械能守恒定律”的实验时，从打出的 一条纸带中选取了清晰的点进行研究，根据所学的知 识计算出打2、3两计数点时纸带的瞬时速度，并用表示，用刻度尺测量出2、3两计数点之间的距离，用 表示。验证机械能守恒定律的关系式应为（ ）
A. B.
C.
D.
2、用如图甲所示的实验装置验证质量为的物块A、质量为的物块B组成的系统的机械能守恒,B从高处由静止开始下落,A上拖着的纸带打出一系列的点,对纸带上的点迹进行测量,即可验证机械能守恒定律。如图乙给出的是实验中获取的一条纸带:0是打下的第一个点,每相邻两计数点之间还有4个点 (图中未标出),计数点间的距离如图所示。已知,打点计时器的频率为。 (结果均保留2位有效数字)
(1)在纸带上打下计数点5时物块的速度=_______.
(2)在打下计数点0到计数点5的过程中系统动能的增量 =__________J,系统势能减少量=___________ J。(当地重力加速度g约为)
(3)若某同学作出图像如图丙所示,则当地的重力加速度______________.
多媒体展示例题
巡视学生思考练习
教师讲解
多媒体展示例题
巡视学生思考练习
教师讲解
小组讨论
思考练习
小组讨论
思考练习
评价学生解说过程。
注意巡视有无学生乱用公式现象，若有，及时给予讲解纠正。
评价完成情况，对表现优秀的小组加分鼓励
活动四：课堂小结
学到了什么？
引导学生小结
小组讨论，总结本节课得失
活动五：作业设计
P98 练习与应用
1、2题
布置作业
按要求完成练习。
从完成情况和书写情况等方面进行评价。
主板书设计
§8.5 实验：验证机械能守恒定律
实验思路
物理量的测量
数据分析
教学反思