2024-2025學年新教材高中物理第1章功和機械能第5節(jié)科學驗證機械能守恒定律教案魯科版必修第二冊

PAGE1-第5節(jié)科學驗證：機械能守恒定律守恒的思想是物理學中常見的思想，機械能守恒定律是能量守恒定律的特例，而能量守恒定律是自然界最重要的規(guī)律之一。機械能守恒定律是對功能關系的進一步相識，是學生理解能量轉化與守恒的鋪墊，為今后學習動量守恒、電荷守恒打下基礎?！疚锢碛^念】理解機械能守恒定律的內涵，能用機械能守恒定律說明生產生活中的相關現象?！究茖W思維】能在熟識的問題情境中運用機械能守恒定律解決問題時建構物理模型，會分析機械能守恒的條件；能從機械能守恒的角度分析動力學問題，通過推理，獲得結論?！究茖W探究】能完成“驗證機械能守恒定律”等物理試驗；能提出試驗中可能出現的物理問題；能在他人的幫助下設計試驗方案、獲得數據；能分析數據、驗證機械能守恒定律。【科學看法與責任】通過對機械能守恒定律的驗證，能相識科學規(guī)律的建立須要試驗證據的檢驗；有較強的學習和探討物理的愛好?！窘虒W重點】理解機械能守恒定律的內容，能推斷機械能是否守恒，并能列出機械能守恒定律的數學表達式。理解驗證機械能守恒定律的試驗原理、試驗方案，并能進行數據處理和誤差分析?！窘虒W難點】機械能守恒的條件，科學驗證機械能守恒定律的設計思路，數據處理和誤差分析，以及機械能守恒定律的應用。【導入新課】演示試驗：碰鼻子試驗問題：為什么小球好象記著自已的位置不會遇到鼻尖？【新課講授】一、機械能(1)物體沿光滑斜面下滑時重力勢能轉化為動能。(2)運動員撐桿跳的過程中動能轉化為彈性勢能。(3)反彈后的小球在上升過程中彈性勢能轉化為重力勢能、動能。以上可知：動能和勢能之間可以相互轉化。機械能定義：物體具有的動能和勢能之和。思索：動能與勢能的相互轉化存在何種定量關系？二、機械能守恒定律1.情景一：只受重力作用做自由落體運動的小球依據動能定理依據重力做功由兩式可得移項后得思索：兩個式子的含義？小結：物體只受重力作用，動能和重力勢能可以相互轉化，而總的機械能保持不變。2.情景二：除重力之外還受其他力，但只有重力做功小球沿光滑曲面下滑分析：下滑過程中支持力做功？“0”重力勢能改變？動能改變？兩式整理后得小結：物體只受重力作用，動能和重力勢能可以相互轉化，而總的機械能保持不變。3.思索：除重力之外，有其他力做功時，機械能會守恒嗎？小球在下落過程中的空氣阻力不行忽視依據動能定理W總=WG+Wf又因為W總=EK2-EK1；WG=EP1-EP2可得EK2+EP2=EK1+EP1+WfE2=E1+Wf（Wf<0）小結：除重力外還有其它力做功時，機械能不守恒4.情景三：只有彈力做功在光滑水平面上反彈回來的小球依據動能定理WF=EK2-EK1依據彈力做功WF=EP1-EP2所以EP1+EK1=EP2+EK2即小結：物體只受彈力作用，動能和彈性勢能可以相互轉化，而總的機械能保持不變。（總結以上四個情景，得出機械能守恒定律的內容）5.內容：在只有重力或彈力這類力做功的狀況下，物體系統(tǒng)內的動能與勢能相互轉化，機械能的總量保持不變。6.表達式：①E1=E2(Ek1+Ep1=Ek2+Ep2),即初狀態(tài)的機械能等于末狀態(tài)的機械能。②ΔEk=-ΔEp,即動能(或勢能)的增加量等于勢能(或動能)的削減量。③ΔEA=-ΔEB,即A物體機械能的增加量等于B物體機械能的削減量。7.機械能守恒條件：（1）從做功角度看：只有重力或系統(tǒng)內彈力做功。①物體只受重力或彈簧彈力，不受其他力。②物體受到重力和彈簧彈力，還受到其他力，但其他力不做功，或其他力做的總功為零。（2）從能量轉化角度看：只有系統(tǒng)內動能和勢能的相互轉化，無其他形式能量的轉化?！緦W以致用】下列實例中哪些狀況機械能是守恒的?三、驗證機械能守恒定律試驗目的：（1）驗證機械能守恒；（2）進一步熟識打點計時器的運用思索：（1）本試驗采納什么方法驗證機械能是否守恒的？用自由落體運動驗證機械能守恒（2）試驗原理是什么？讓帶有紙帶的重物自由下落，利用打點計時器記錄重物下落過程中運動狀況。選取紙帶上的某點作為高度的起點，量出紙帶上其他點相對該點的距離作為高度。再計算重物經過這些點的速度，算出動能。最終比較重力勢能的減小量與動能的增加量，驗證機械能守恒。試驗原理：測定第n點的即時速度的方法是：測出第n點的相鄰的前、后兩段相等時間T內下落的距離由平均速度公式算出。試驗器材：打點計時器、紙帶、復寫紙、重物、天平、刻度尺、鐵架臺（帶鐵夾）、學生電源等。試驗步驟：（1）運用天平秤出重物質量（2）紙帶一段吊重物，另一端穿過打點計時器。手提紙帶，使重物靠近打點計時器并靜止。接通電源，松開紙帶，讓重物自由落下。（3）取下紙帶，并選其中一個點作為參考點，設打該點時重物的重力勢能為0，計算打改點時的動能，它就是重物下落過程中的動能與重力勢能的總和。（4）分別計算紙帶上其他各點對應的物體的重力勢能和動能之和。留意事項：（1）試驗中打點記時器的安裝，兩紙帶限位孔必需在同一豎直線上，以削減摩擦力。（2）試驗時，必需先接通電源，讓打點記時器工作正常后才松開紙帶讓重錘下落。（3）打點記時器必需接50Hz溝通低壓電源。（4）為了減小重物在下降過程中空氣阻力的影響，應選擇質量大、體積小的重物。數據處理：起點機械能E=？測量點n123456高度hn/m速度vn/m/s勢能EP/J動能EK/J試驗結論：在誤差允許的范圍內，自由下落的物體機械能守恒。思索：若試驗中，不測物體質量，還能驗證機械能守恒么？四、機械能守恒定律的應用【例題一】蕩秋千是一種常見的消遣休閑活動，若秋千繩的長度l=2m,蕩到最高點時秋千繩與堅直方向的夾角θ=60°。取重力加速度g=9.8m/s2,求蕩到最低點時秋千的速度大小。(忽視阻力及秋千繩的質量,且人在秋千上的姿態(tài)可視為不變）探討：（1）以誰為探討對象，探討的是哪個過程（2）探討過程中，機械能是否守恒？（3）選取哪個平面為參考平面，初末狀態(tài)的機械能分別為多少？（4）依據機械能守恒定律列方程總結解題步驟：(1)確定探討對象和探討過程(2)分析探討對象在運動過程中的受力狀況弄清各力做功的狀況，推斷機械能是否守恒(3)恰當選取零勢能面，并確定探討對象在探討過程的始、末狀態(tài)的機械能。(4)依據機械能守恒定律列出方程，進行求解?！纠}二】質量分別為3kg和5kg的物體A、B，用輕繩連接跨