實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律+教學(xué)設(shè)計(jì)-2024-2025學(xué)年高一下學(xué)期物理人教版（2019）必修第二冊

第5節(jié)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律教學(xué)設(shè)計(jì)教學(xué)課題驗(yàn)證機(jī)械能守恒教材分析本節(jié)課是在學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律后對其進(jìn)行理論驗(yàn)證，旨在通過實(shí)際操作來驗(yàn)證理論學(xué)習(xí)中的機(jī)械能守恒定律的正確性。通過本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生不僅能夠驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，還能夠從實(shí)驗(yàn)探究中學(xué)習(xí)到如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、收集數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)以及分析實(shí)驗(yàn)誤差。這些技能是科學(xué)研究和實(shí)踐都必需具備的。誤差分析中也涉及到摩擦產(chǎn)生熱量，為后面能量守恒的學(xué)習(xí)做鋪墊。學(xué)情分析學(xué)生對重力勢能、動能、機(jī)械能及機(jī)械能轉(zhuǎn)化、機(jī)械能守恒條件都有了理論知識的學(xué)習(xí)；實(shí)驗(yàn)技能上，已經(jīng)會通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器或光電門測瞬時(shí)速度，這些都是本節(jié)課實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)，所以基本實(shí)驗(yàn)原理的理解難度不大，但對實(shí)驗(yàn)誤差的分析可能還是有一定難度課時(shí)目標(biāo)（1）明確驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的基本思路，掌握實(shí)驗(yàn)的操作方法和數(shù)據(jù)處理技巧。（2）學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)操作和數(shù)據(jù)分析，增強(qiáng)對物理規(guī)律的探究欲望，形成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度和尊重科學(xué)的責(zé)任感。（3）學(xué)生能夠分析實(shí)驗(yàn)中可能出現(xiàn)的誤差，并采取措施減少這些誤差對實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，培養(yǎng)科學(xué)探究和實(shí)驗(yàn)誤差分析的能力。重難點(diǎn)（1）驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理設(shè)計(jì)及方法的選擇與掌握。（2）正確分析實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因教學(xué)方式與策略小組合作探究法、討論法教學(xué)活動設(shè)計(jì)一、導(dǎo)入新課教師活動首先會請同學(xué)們回顧上節(jié)課的核心內(nèi)容：機(jī)械能守恒定律的表述是什么？條件是什么？等待片刻后，找同學(xué)給出答案。繼續(xù)提問：列舉我們生活中常見的機(jī)械能守恒例子我們已經(jīng)從理論上認(rèn)識了機(jī)械能守恒定律，那么理論一定是正確的嗎？靜等幾秒，看來同學(xué)是有疑惑的，毛主席說過，實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，今天我們將通過實(shí)驗(yàn)親手驗(yàn)證這一科學(xué)原理。讓我們一起動手，通過實(shí)踐深入理解機(jī)械能守恒的奧秘。此環(huán)節(jié)旨在激活學(xué)生的既有知識，為新課的學(xué)習(xí)搭橋鋪路，同時(shí)激發(fā)學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的濃厚興趣，為實(shí)驗(yàn)操作做好心理準(zhǔn)備。二、講授新課（一）實(shí)驗(yàn)思路與理論回顧活動一自主設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)請大家思考，生活中你能找到一個(gè)機(jī)械能守恒的運(yùn)動嗎？你能從中選取一個(gè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明機(jī)械能守恒嗎？我將問題拋給全班，待短暫思考后，提問同學(xué)，學(xué)生不難想到：自由落體、光滑斜面上下滑動、簡諧擺動都是理想化的機(jī)械能守恒場景。學(xué)生分組討論活動，完成導(dǎo)學(xué)案的活動一，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)原理。活動二小組展示實(shí)驗(yàn)方案分小組展示各自小組的設(shè)計(jì)方案活動三教師主導(dǎo)，對方案進(jìn)行評價(jià)，改善，得到最優(yōu)方案活動四根據(jù)討論改進(jìn)方案，自主設(shè)計(jì)表格，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，教師巡視，對學(xué)生出現(xiàn)的問題或困難及時(shí)糾正、指導(dǎo)、提示。活動五數(shù)據(jù)分析與討論引導(dǎo)學(xué)生思考：如果我們不測質(zhì)量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果會受影響嗎？提示：在驗(yàn)證機(jī)械能守恒時(shí)，因方程兩邊均有質(zhì)量，可以相互抵消，故不必測量。并繼續(xù)深入講解：但在某些情況下，比如需要具體數(shù)值比較時(shí)，質(zhì)量的測量還是必要的。各小組展示實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，師生共同對數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，歸納總結(jié)實(shí)驗(yàn)結(jié)論?；顒恿`差分析與實(shí)驗(yàn)反思根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，教師主導(dǎo)，學(xué)生分組討論誤差產(chǎn)生的原因，實(shí)驗(yàn)中常見的誤差來源，如空氣阻力、計(jì)時(shí)器誤差，并教授減小誤差的技巧。分析過程中展示神州飛船返回艙成功著陸的視頻，進(jìn)行愛國主義教育，增強(qiáng)學(xué)生民族自豪感。最后，我會組織全班進(jìn)行實(shí)驗(yàn)反思：每次實(shí)驗(yàn)都是一次學(xué)習(xí)與成長的機(jī)會，讓我們思考，這次實(shí)驗(yàn)中有哪些做得好的地方，哪些地方可以改進(jìn)。學(xué)生活動學(xué)生們在小組內(nèi)分享自己的實(shí)驗(yàn)心得，有的提出實(shí)驗(yàn)中的困惑，有的則分享如何通過調(diào)整實(shí)驗(yàn)細(xì)節(jié)提升數(shù)據(jù)精度的經(jīng)驗(yàn)。三、鞏固練習(xí)與小結(jié)某校實(shí)驗(yàn)社團(tuán)欲利用如圖甲所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律?？邕^定滑輪的細(xì)線兩端系著質(zhì)量均為M的物塊A、B，A下端與通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的紙帶相連，B上放置一質(zhì)量為m的金屬片C，固定的金屬圓環(huán)D處在B的正下方，系統(tǒng)靜止時(shí)C、D間的高度差為h。先接通打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，再由靜止釋放B，系統(tǒng)開始運(yùn)動，當(dāng)B穿過圓環(huán)D時(shí)C被D阻擋而停止。（1）如已測出B穿過圓環(huán)D時(shí)的速度大小v，該實(shí)驗(yàn)中需驗(yàn)證的等式是________（用M和m、v和重力加速度g表示）。還可運(yùn)用圖像法加以驗(yàn)證：改變物塊B的釋放位置，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，記錄每次C、D間的高度差h，并求出B剛穿過D時(shí)的速度v，作出v2-h圖線如圖乙所示，根據(jù)圖線得出重力加速度的表達(dá)式g=________，判斷系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒。（2）社團(tuán)同學(xué)認(rèn)為，由于阻力的作用會使實(shí)驗(yàn)誤差較大，故欲先行測量阻力的大小，然后再進(jìn)行驗(yàn)證。已知下面圖中用輕細(xì)繩跨過輕滑輪連接的兩個(gè)小物塊的質(zhì)量分別為M和m，且M>m，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T，重力加速度為g，紙帶的質(zhì)量不計(jì)。由靜止釋放M，小物塊m上拖著的紙帶通過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，并測出計(jì)時(shí)點(diǎn)1到計(jì)時(shí)點(diǎn)2之間的距離為x1，計(jì)時(shí)點(diǎn)4到計(jì)時(shí)點(diǎn)5之間的距離為x2

，如圖乙所示，則物塊M運(yùn)動的過程中加速度大小的表達(dá)式為________；并據(jù)此得出系統(tǒng)在運(yùn)動的過程中所受到阻力大小的表達(dá)式為________。（用題干所給物理量的符號表示）（3）為了更精確的驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，請?zhí)岢鲆粭l改進(jìn)方案_________參考答案：（1）mgh=12(2M+m)v2（2）(3)使用體積小，密度大的物體做實(shí)驗(yàn)。提供課堂練習(xí)題目，如例題中通過分析紙帶數(shù)據(jù)驗(yàn)證機(jī)械能守恒，引導(dǎo)學(xué)生獨(dú)立完成，并針對共性問題集中講解。最后，我會帶領(lǐng)學(xué)生總結(jié)今日所學(xué)：今天我們通過實(shí)驗(yàn)直觀體驗(yàn)了機(jī)械能守恒定律的魅力。記住，理論與實(shí)踐相結(jié)合是學(xué)習(xí)物理的關(guān)鍵。希望同學(xué)們在日常生活中也能不斷探索，發(fā)現(xiàn)更多物理世界的秘密。學(xué)生活動學(xué)生們埋頭于習(xí)題，遇到難題積極提問，小結(jié)時(shí)不少學(xué)生主動發(fā)言，分享自己對實(shí)驗(yàn)的理解和感受。設(shè)計(jì)意圖鞏固練習(xí)幫助學(xué)生加深理論認(rèn)知，小結(jié)環(huán)節(jié)促進(jìn)知識整合，確保學(xué)生能夠?qū)W(xué)到的知識點(diǎn)內(nèi)化為自己的理解，同時(shí)培養(yǎng)他們對物理學(xué)的興趣和探索精神。板書設(shè)計(jì)1驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)原理與步驟2實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因隨堂練習(xí)：用如圖甲所示的實(shí)驗(yàn)裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)時(shí)，將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器固定在鐵架臺上，使重物帶動紙帶從靜止開始下落。（1）關(guān)于本實(shí)驗(yàn)﹐下列說法正確的是______（填字母代號）。

A．應(yīng)選擇質(zhì)量大、體積小的重物進(jìn)行實(shí)驗(yàn)B．釋放紙帶之前，紙帶必須處于豎直狀態(tài)

C．先釋放紙帶，后接通電源（2）實(shí)驗(yàn)中，得到如圖乙所示的一條紙帶。在紙帶上選取三個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測得它們到起始點(diǎn)O（O點(diǎn)與下一點(diǎn)的間距接近2mm）的距離分別為hA、hB、hC。已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期為T。設(shè)重物質(zhì)量為m。從打О點(diǎn)到B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢能變化量＝______，動能變化量=________。（用已知字母表示）（3）某同學(xué)用如圖丙所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒