驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律物理教學(xué)設(shè)計(jì)人教版

1、第九節(jié) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律（宗彥峰 陜西師大附中 710061）【教材版本】 人教版【設(shè)計(jì)理念】 通過對本節(jié)課的學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生積極體會物理規(guī)律的形成，進(jìn)一步樹立問題意識，培養(yǎng)學(xué)生的鉆研意識，提高分析和解決問題的能力【教材分析】 本節(jié)內(nèi)容安排在學(xué)習(xí)了機(jī)械能之后，目的是為了使學(xué)生在理論上對機(jī)械能對機(jī)械能守恒定律有所理解的基礎(chǔ)上，通過測量及對實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理，對機(jī)械能守恒定律及其條件有深刻的認(rèn)識。【學(xué)情分析】 學(xué)生對實(shí)驗(yàn)中用到的一些基本儀器，如打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、天平的測量儀器已經(jīng)比較熟悉，實(shí)驗(yàn)的操作過程也比較簡單?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1、知識與技能1會用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動的速度。2.掌握驗(yàn)證機(jī)械能

2、守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理。2、過程與方法通過用紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，體驗(yàn)驗(yàn)證過程和物理學(xué)的研究方法。3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過對機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，使學(xué)生像科學(xué)家那樣經(jīng)歷了一次科學(xué)研究的過程，會體驗(yàn)到發(fā)現(xiàn)、創(chuàng)造和成功的樂趣。激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣；通過親身實(shí)踐，樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀，達(dá)到逐步培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度的目的?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】 1、教學(xué)重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路、瞬時(shí)速度的測定及其實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理。2、教學(xué)難點(diǎn) 實(shí)驗(yàn)誤差的分析【教學(xué)方法】實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)+實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)+交流討論【教學(xué)思路】通過分組設(shè)計(jì)驗(yàn)證規(guī)律的實(shí)驗(yàn)方案，并按照實(shí)驗(yàn)方案進(jìn)行實(shí)際操作、觀察、測量、記錄和

3、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。在實(shí)驗(yàn)時(shí)，學(xué)生一定會遇到許多預(yù)料不到的問題，如設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)方案理論上可行，但實(shí)驗(yàn)誤差較大、或?qū)嶒?yàn)條件不具備、或安全有問題等，不斷的討論、修改實(shí)驗(yàn)方案并進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中體會科學(xué)研究的過程?！窘虒W(xué)過程】 一、課前準(zhǔn)備1、下發(fā)實(shí)驗(yàn)要求：設(shè)計(jì)一種或幾種能夠驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)方案。 生活中，動能與勢能相互轉(zhuǎn)化的現(xiàn)象是非常多的，因此，驗(yàn)證機(jī)械守恒定律的途徑和方法不只一種。不管你采用什么途徑和方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，都必須考慮實(shí)驗(yàn)條件,請同學(xué)們自己設(shè)計(jì)能夠驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的可行性的實(shí)驗(yàn)方案。 2、在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)，綜合運(yùn)用所學(xué)的知識，確定實(shí)驗(yàn)方法，形成一個初步的實(shí)驗(yàn)方案。最初的實(shí)驗(yàn)方案往往不很完善

4、，和同學(xué)的方案進(jìn)行交流，可能會發(fā)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)方案中的問題，然后再想方設(shè)法進(jìn)行改進(jìn)，最后形成一個可行的方案，并整理后提交，以便于我們上課交流。3、下面的器材可以選用，也可以不用。 氣墊導(dǎo)軌、小氣源、計(jì)數(shù)器、光電門、擋光片、滑塊、刻度尺、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、鐵架臺、鉤碼、夾子、細(xì)線、帶孔小鋼球。電子頻閃燈 二理論推導(dǎo)物體做自由落體運(yùn)動中機(jī)械能是不是守恒？如果守恒，怎樣推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律在自由落體運(yùn)動中的具體表達(dá)式呢？ 如圖1所示，一個質(zhì)量為的物體自由下落，經(jīng)過高度為的點(diǎn)時(shí)速度為，下落到高度為的點(diǎn)時(shí)速度為，試寫出物體在點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能和在點(diǎn)時(shí)的機(jī)械能，并找到這兩個機(jī)械能之間的數(shù)量關(guān)系。解：由于機(jī)械能等于物體的

5、動能和勢能之和所以點(diǎn)的機(jī)械能等于點(diǎn)的機(jī)械能等于在自由落體運(yùn)動中，物體只受重力的作用，據(jù)動能定理得：由于重力對物體所做的功等于重力勢能的減少，即： 所以： 本節(jié)課我們就是要通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證這個表達(dá)式。三實(shí)驗(yàn)過程 環(huán)節(jié)1、展示設(shè)計(jì)方案 根據(jù)大家設(shè)計(jì)和提交的方案來看，主要有這樣的幾種設(shè)計(jì)思路：1.利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器記錄勻變速直線運(yùn)動的位置變化情況。2.利用氣墊導(dǎo)軌光電門記錄勻變速直線運(yùn)動的位置變化情況。3.利用頻閃照片記錄勻變速直線運(yùn)動的位置變化情況。4.利用單擺來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。下面我們就第一種設(shè)計(jì)思路做一下分析，其他兩個大家下去討論并在實(shí)驗(yàn)過程中加以體會和理解。（ppt展示四種設(shè)計(jì)思路對應(yīng)的實(shí)驗(yàn)裝

6、置及其原理，學(xué)生自行設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)步驟，并進(jìn)行誤差分析）環(huán)節(jié)2、利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒應(yīng)注意的問題問題1：實(shí)驗(yàn)中需要用到什么儀器？裝置如何？（重物、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶、復(fù)寫紙、電源及導(dǎo)線、鐵架臺和鐵夾、刻度尺、小夾子）問題2：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的作用是什么？（記錄在紙帶上打出的點(diǎn)，用這些點(diǎn)來求出物體經(jīng)過某一點(diǎn)的速度，從而可以確定物體運(yùn)動到該點(diǎn)的動能）問題3：實(shí)驗(yàn)中是如何驗(yàn)證機(jī)械能守恒？具體做法怎樣？(在只有重力做功的運(yùn)動過程中，只要能夠確定任意兩點(diǎn)的高度(或高度差)和速度，就可以驗(yàn)證這個過程的機(jī)械能是否守恒。 或者 問題4：在處理數(shù)據(jù)時(shí)，是不是像以前一樣每5個點(diǎn)取一個計(jì)數(shù)點(diǎn)呢？也就是說每0.1s為一個時(shí)

7、間間隔呢？（如果時(shí)間間隔是0.1s，由于自由落體加速度比較大，很容易出現(xiàn)紙帶上的點(diǎn)數(shù)不夠用的情況，所以時(shí)間間隔不能太長）問題5：實(shí)驗(yàn)中用到的重錘如何選擇？（選擇密度比較大、質(zhì)量相對比較大的重錘，可以減小因?yàn)榭諝庾枇淼恼`差。）問題6：速度如何測量？ A、B、C是紙帶上相鄰的三個點(diǎn)，由于已經(jīng)知道紙帶以加速度a做勻加速運(yùn)動，所以A、C兩點(diǎn)的距離可表示為：式中“2t”是A、C兩點(diǎn)的時(shí)間間隔。這樣，A、C之間的平均速度可以寫成：另一方面根據(jù)勻加速運(yùn)動速度與時(shí)間的關(guān)系知道：所以： 即：做勻變速運(yùn)動的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度。問題7：誤差分析重物和紙帶下落過程中要克服阻力，主要是紙帶

8、和計(jì)時(shí)器之間的摩擦力；計(jì)時(shí)器平面不在豎直方向上；紙帶與計(jì)時(shí)器不平行；交流電的頻率不等于50Hz；測量數(shù)據(jù)時(shí)的誤差等等。環(huán)節(jié)三、實(shí)驗(yàn)步驟（參考）1把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺上，用導(dǎo)線將電源和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接好。2把紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重錘停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的附近。3接通電源，待計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后再松開紙帶，讓重錘自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該在紙帶上打出一系列的點(diǎn)。4重復(fù)上一步的過程，打到三到五條紙帶。5選擇一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上0，以后各點(diǎn)一次為1、2、3用刻度尺測量對用下落的高度h1、h2、h3記入表格中。6用公式，算出各點(diǎn)瞬時(shí)速度、并記

9、錄在表格中。7計(jì)算各點(diǎn)的重力勢能的減少量和動能的增加量，并進(jìn)行比較，看是否相等，將數(shù)值填入表格中。8數(shù)據(jù)的記錄（參考表格）（重錘質(zhì)量）各計(jì)數(shù)點(diǎn)123456下落高度速度動能勢能結(jié)論環(huán)節(jié)四：學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程： 環(huán)節(jié)五：實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 規(guī)律總結(jié)1.構(gòu)思實(shí)驗(yàn)的方案應(yīng)從實(shí)驗(yàn)的目的和原理出發(fā)，并結(jié)合現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)條件；實(shí)驗(yàn)過程中測量工具的選擇應(yīng)根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理中涉及的物理量和實(shí)驗(yàn)精確度的要求選取.例如，測量一個小球的直徑要用游標(biāo)卡尺，測量一根長約1 m的線用毫米刻度尺即可；實(shí)驗(yàn)器材的安裝應(yīng)從操作方便、實(shí)驗(yàn)誤差小等方面考慮；實(shí)驗(yàn)步驟的設(shè)計(jì)和實(shí)驗(yàn)器材安裝遵循的原則基本一致；實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的處理從兩方面考慮：準(zhǔn)確，盡可

10、能消除偶然誤差；簡便等.2.本實(shí)驗(yàn)應(yīng)注意的幾個問題：安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力；實(shí)驗(yàn)時(shí)必須保持提起的紙帶豎直，手不動.待接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定后再松開紙帶，以保證第一點(diǎn)是一個清晰的點(diǎn)；打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須接50 Hz的4 V6 V的交流電(如果是電火花直接接220V交流電即可)；當(dāng)驗(yàn)證是否相等時(shí)，選用紙帶時(shí)應(yīng)盡量挑選第一、二點(diǎn)間距接近2 mm的點(diǎn)跡清晰且各點(diǎn)呈一條直線的紙帶；測量高度h時(shí)，應(yīng)從起始點(diǎn)算起，為減小h的相對誤差，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)些，紙帶也不宜過長，有效長度可以是60 cm80 cm。因?yàn)槭峭ㄟ^比較和mgh是否相等驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，

11、故不需測量重錘質(zhì) 量m。3.由紙帶求重錘下落過程中某點(diǎn)的即時(shí)速度重錘做勻變速直線運(yùn)動，某一段時(shí)間中點(diǎn)的即時(shí)速度等于這一段時(shí)間內(nèi)的平均速度，紙帶上第n個點(diǎn)對應(yīng)重錘的即時(shí)速度大小為vn=，其中hn+1是紙帶上第n個計(jì)數(shù)點(diǎn)到計(jì)數(shù)起點(diǎn)O的距離.環(huán)節(jié)六、布置作業(yè)：1、你是否驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律？你是怎樣驗(yàn)證的？得出的結(jié)論是什么？ 2、你在實(shí)驗(yàn)中進(jìn)行了哪些觀察和測量？有哪些因素影響了觀察或測量的結(jié)果？你實(shí)際上做了哪些工作來保證觀察或測量結(jié)果的準(zhǔn)確性？ 3、你在實(shí)驗(yàn)中遇到了哪些困難？發(fā)現(xiàn)了哪些問題？又是如何克服和解決的？ 4、如果讓你再做一次同樣的研究，你需要在哪些方面進(jìn)行改進(jìn)？5、通過完成這項(xiàng)研究，你有什么收獲和體會？板書設(shè)計(jì) 九.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)和方法：驗(yàn)證自由落體運(yùn)動中機(jī)械能