8.5 創(chuàng)新實驗：驗證機械能守恒定律 課件 高一下學期物理人教版（2019）必修第二冊

《實驗-驗證機械能守恒定律》課程標準要求：

普通高中物理課程標準（2017年版2020年修訂）

2.1.4通過實驗，驗證機械能守恒定律。理解機械能守恒定律。體會守恒觀念對認識物理規(guī)律的重要性。能用機械能守恒定律分析生產生活中的有關問題。教材版本：人教版，普通高中課程標準實驗教科書物理必修2第八章第五節(jié)。

本節(jié)課主要是讓學生通過實驗驗證物體運動過程中機械能是否守恒，加深對機械能守恒定律的理解。又為之后的守恒量的學習，如動量守恒，電荷守恒定律奠定基礎，有承上啟下的作用。學生已學習本章的第4節(jié)“機械能守恒定律”，運

用動能定理及重力、彈力做功與勢能變化的關系

從理論上邏輯嚴密的推出了機械能守恒定律。學生學習過前面的力學實驗，已經掌握了打點

計時器的使用和紙帶上某點瞬時速度的計算學情分析1.2.教學目標1.理解驗證機械能守恒定律的原理。會設計實驗方案，確定需要測量的物理量，采用正確的方法測量相關的物理量。2.能夠控制實驗條件，正確進行實驗操作，獲取物體下落的高度和速度大小等數據，會分析動能增加量小于重力勢能減少量的原因，并采取相應措施，以減少實驗誤差。3.樹立實事求是的科學態(tài)度，培養(yǎng)認真嚴謹的科學精神。教學重點

通過實驗驗證機械能守恒定律，形成機械能守恒的物理觀念；學生嚴謹規(guī)范的實驗操作的習慣；形成通過科學探究去分析身邊事物規(guī)律的思維思考方式，會用物理學科思維去分析身邊事物規(guī)律。實驗過程實驗目的實驗原理實驗器材實驗步驟數據處理結果評估2.通過對實驗數據的分析處理，對機械能守恒定律及守恒條件有更深刻的認識。1.驗證機械能守恒定律實驗目的創(chuàng)新改進方案自由落體法(主要方法)實驗方法2.1.自由落體法：教材實驗方案1.通過自由落體運動驗證機械能守恒定律。2.實驗原理：重錘自由下落減少的重力勢能等于重錘增加的動能。3.實驗裝置和器材：鐵架臺、電火花打點計時器，帶夾子重錘、紙帶、刻度尺、交流電源。①重物的質量用天平測出③用直尺量紙帶上某兩點的距離。Δh紙帶上某兩點的距離等于重物下落的高度，這樣就能得到重物下落過程中勢能的變化。重力勢能變化量ΔEP=mgh4.實驗過程②按右圖安裝實驗裝置，接通電源后釋放紙帶④紙帶上某點的瞬時速度等于相鄰兩點的平均速度。⑤比較重物在某兩點間的動能變化與勢能變化，在誤差范圍內，即可能驗證物體機械能是否守恒。從而得到它在各點的動能：4.實驗過程ΔEK=ΔEPm（kg）h（cm）V0（m/s）V（m/s）勢能減少量

ΔEP(J)動能增加量

ΔEK(J)10.516.301.6602.4100.8150.76020.518.351.9002.6750.9180.88630.519.601.4752.4630.9800.97340.522.22.3883.1631.1101.0765.實驗數據記錄實驗結論：在誤差允許的范圍內，物體重力勢能減少量與動能增加量基本相等，驗證了機械能守恒定律6.教材實驗方案評價優(yōu)點：實驗過程清晰，實驗操作、數據記錄和處理都和之前用打點計時器探究勻變速直線運動等實驗類似，學生易于接受。缺點一：實驗器材相對專業(yè)，進行實驗的門檻較高不夠貼近學生日常生活、物理知識與學生日常生活剝離，不利于提高學生的物理學習興趣。缺點二：由于紙帶與打點計時器之間有摩擦力，給實驗帶來誤差。創(chuàng)新實驗設計方案（一）利用手機或者相機的連拍頻閃拍照功能對在豎直放置米尺附近做自由落體小球進行連拍，獲得小球下落的頻閃照片，可以驗證機械能守恒定律。圖二ABECD創(chuàng)新實驗設計方案（一）

ABECDhAChCEhBD

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創(chuàng)新實驗設計方案（一）創(chuàng)新亮點和誤差分析

誤差分析：1.利用米尺測量小球位置之間的距離時，可能存在讀數等偶然誤差。2.尺子放置不嚴格豎直，帶來小球照片之間距離數據誤差創(chuàng)新亮點：通過照相機可以避免紙帶與打點計時器之間的摩擦力影響，提高了實驗結果的精度。創(chuàng)新實驗設計方案（二）——連接體裝置法實驗裝置：定滑輪、輕質細線、兩個質量不同的物體A、B，且ma>mb、天平、光電門、刻度尺、游標卡尺光電門Hd實驗原理：物體A和物體B組成的連接體系統(tǒng)，由于重力大小不同，使得A和B一起運動，過程中只有A和B的重力做功，系統(tǒng)減少的重力勢能等于系統(tǒng)增加的動能，即ΔEP=ΔEK，從而驗證機械能守恒定律。

實驗步驟光電門Hd創(chuàng)新實驗設計方案（二）——創(chuàng)新亮點和方案分析

方案分析：1，連接物體A和物體B的細線不可過長，不能在過程中與滑輪連接處發(fā)生相對滑動，選擇質量輕，韌性高，較粗糙的細線為宜。2，整個裝置要保證在豎直平面內安裝和操作。3，物體B選擇寬度較小的，測出的瞬時速度更加準確，實驗效果更好。創(chuàng)新亮點：采用連接體驗證機械能守恒定律，不僅方法新穎，而且開拓學生多物體機械能守恒的思維認知，有利于加深對機械能守恒定律的理解。創(chuàng)新實驗設計方案（三）——單擺實驗原理：小球做單擺運動時，重力勢能的變化量等于動能的變化量，即可驗證機械能守恒定律。實驗裝置：單擺、天平、光電門、刻度尺、螺旋測微器小球光電門實驗步驟：用天平稱量小球的質量m，用螺旋測微器測量小球直徑d。按右圖安裝裝置，保證單擺裝置豎直放置。將單擺靜置，用刻度尺測量懸點O和單擺最低點B之間的矩離，記作l。④保持細線拉直狀態(tài)，將小球拉至任意一點A記錄A點位置，并記錄AB豎直高度H。小球光電門AB

創(chuàng)新實驗設計方案（三）——創(chuàng)新亮點和誤差分析創(chuàng)新亮點：1，設計思路的創(chuàng)新：實驗以曲線運動為載體的設計思路，使學生清楚地認識到機械能守恒定律不僅可以在直線運動中適用，在曲線運動中也同樣適用，拓寬了學生對機械能守恒定律