2024-2025學(xué)年高中物理第四章機(jī)械能和能源第5節(jié)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律教案粵教版必修2

PAGE4-驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律教學(xué)目標(biāo)一、學(xué)問目標(biāo)1.學(xué)會以“自由落體運(yùn)動”為例，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的方法。包括試驗(yàn)?zāi)康?、試?yàn)原理、試驗(yàn)器材、試驗(yàn)步驟、數(shù)據(jù)處理的方法和留意事項(xiàng)以及誤差分析等。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)1．學(xué)會自我學(xué)習(xí)，通過視頻和模擬試驗(yàn)的學(xué)習(xí)，完成驗(yàn)證明驗(yàn)過程。2．學(xué)會團(tuán)隊(duì)合作，通過小組合作學(xué)習(xí)提高試驗(yàn)操作的效率和精確率。3．學(xué)會采集和處理數(shù)據(jù)的實(shí)力，樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀。4．培育學(xué)生珍惜能源愛惜環(huán)境的的環(huán)保意識。5．滲透感恩與愛的教化。教學(xué)重點(diǎn)以“自由落體運(yùn)動”為例，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。教學(xué)難點(diǎn)數(shù)據(jù)處理的方法教學(xué)策略學(xué)生在前面已經(jīng)做過《練習(xí)運(yùn)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器》和《探究自由落體運(yùn)動》這兩個試驗(yàn)，這節(jié)課是以“自由落體運(yùn)動”為例，利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，試驗(yàn)操作和《探究自由落體運(yùn)動》大同小異，因此這節(jié)課的重點(diǎn)不是試驗(yàn)操作，而是數(shù)據(jù)處理的方法。課堂上我通過計(jì)算機(jī)模擬試驗(yàn)復(fù)習(xí)試驗(yàn)的操作過程，而不再進(jìn)行實(shí)際試驗(yàn)操作，既讓學(xué)生鞏固試驗(yàn)操作過程，又能留下更多的時(shí)間給學(xué)生去學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)處理的方法。物理教學(xué)、特殊是物理試驗(yàn)教學(xué)，必需是以事實(shí)為基礎(chǔ)，我們不能給學(xué)生一段“虛擬的紙帶”去學(xué)習(xí)。因此課前我通過試驗(yàn)打出了許多條比較精確的“紙帶”，把這些真實(shí)試驗(yàn)的“紙帶”發(fā)給學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。本堂課通過“模擬試驗(yàn)”、“微課視頻”和“真實(shí)試驗(yàn)”相結(jié)合，大大提高了課堂容量和教學(xué)效率。教具打算電腦模擬試驗(yàn)軟件教學(xué)視頻試驗(yàn)裝置1套教學(xué)過程預(yù)設(shè)一、導(dǎo)：1．機(jī)械能守恒定律的內(nèi)容及其條件是什么？2．做自由落體運(yùn)動的物體，是否符合機(jī)械能守恒的條件？3．如何驗(yàn)證做自由落體運(yùn)動的物體，機(jī)械能是守恒的？二、思學(xué)生帶耳機(jī)自主學(xué)習(xí)。通過操作模擬試驗(yàn)和觀看教學(xué)視頻學(xué)習(xí)。每組4位同學(xué)，每位同學(xué)安排看其中一個教學(xué)視頻，不須要看完全部的教學(xué)視頻。三、議每位學(xué)生向其他小組成員講解并描述自己看的那個教學(xué)視頻的內(nèi)容，通過溝通探討，讓每位學(xué)生都駕馭4個教學(xué)視頻的內(nèi)容。主要學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：（一）試驗(yàn)器材鐵架臺(帶鐵夾)、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、重物(帶夾子)、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、低壓溝通電源(4～6V).思索與探討1：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律試驗(yàn)中是否須要用到天平？教學(xué)視頻1答案不須要天平.不須要測量重物的質(zhì)量m.（二）試驗(yàn)原理1.在只有重力做功的自由落體運(yùn)動中，物體的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能，總的機(jī)械能守恒，即mgh＝eq\f(1,2)mv2.2.物體下落高度的測量：用毫米刻度尺測量紙帶測出.3.物體瞬時(shí)速度的計(jì)算：紙帶上第n個點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于這個點(diǎn)前后相鄰兩點(diǎn)間的平均速度vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)(hn＋1、hn－1分別為第n＋1個點(diǎn)、第n－1個點(diǎn)到第一個點(diǎn)的距離).思索與探討2：要確定物體的動能，需測出物體下落肯定高度時(shí)的速度.依據(jù)已學(xué)過學(xué)問，可有三種方法：(1)vn＝eq\r(2ghn)；(2)vn＝gtn；(3)vn＝eq\f(hn＋1－h(huán)n－1,2T)，本試驗(yàn)應(yīng)實(shí)行哪種方法？教學(xué)視頻2答案第(3)種方法.即從紙帶上干脆求出物體實(shí)際下落的速度，而不能用理論值計(jì)算，同樣的道理，重物下落的高度h也只能用刻度尺干脆測量，而不能用h＝eq\f(1,2)gt2或h＝eq\f(v2,2g)計(jì)算得到.（三）試驗(yàn)步驟1.安裝儀器：按圖將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器豎直固定在鐵架臺上，接好電路.2.打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方.先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。3.選紙帶：選取點(diǎn)跡較為清楚且第1點(diǎn)和第2點(diǎn)間的距離約為2mm的紙帶，把紙帶上打出的第一個點(diǎn)作為起始點(diǎn)，記作0，在距離0點(diǎn)較遠(yuǎn)處再依次選出計(jì)數(shù)點(diǎn)1、2、3…思索與探討3：為什么要選取第1點(diǎn)和第2點(diǎn)間的距離約為2mm的紙帶？教學(xué)視頻3答案因?yàn)榧垘ё鲎杂陕潴w運(yùn)動，第1點(diǎn)與第2點(diǎn)的時(shí)間間隔是0.02s，依據(jù)s=eq\f(1,2)gt2=eq\f(1,2)x10x0.022=0.002m=2mm.4.測距離：用刻度尺測出0點(diǎn)到1、2、3…的距離，即為對應(yīng)下落的高度h1、h2、h3…（四）數(shù)據(jù)處理本節(jié)課堂上學(xué)生只利用方法一，其他方法留待以后學(xué)生自己看視頻學(xué)習(xí)。1.方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)從起始點(diǎn)到第n個計(jì)數(shù)點(diǎn)，重力勢能削減量為mghn，動能增加量為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)，計(jì)算ghn和eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)，假如在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)ghn＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證.2.方法二：教學(xué)視頻4任取兩點(diǎn)A、B,重力勢能削減量為mghA－mghB，動能增加量為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)，計(jì)算ghAB和eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,A)，假如在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)ghAB＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,A)，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證.（五）誤差分析重物下落要克服阻力做功，因此減小的重力勢能略大于增加的動能.（六）留意事項(xiàng)1.盡量減小各種阻力的影響，實(shí)行的措施有：(1)安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)，必需使兩個限位孔的中線嚴(yán)格豎直，以減小摩擦阻力.(2)應(yīng)選用質(zhì)量和密度較大的重物，以減小阻力的影響.2.試驗(yàn)中，提紙帶的手要保持不動，且保證紙帶豎直.接通電源后，等打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作穩(wěn)定再松開紙帶.3.紙帶選取時(shí)以第一個點(diǎn)為起點(diǎn)時(shí)，要驗(yàn)證的是eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)＝mghn，必需保證紙帶上的第一個點(diǎn)為重物靜止釋放時(shí)打的點(diǎn)，所以前兩個點(diǎn)的間距約為h＝eq\f(1,2)gt2＝eq\f(1,2)×10×(0.02)2m＝2mm.4.計(jì)算速度時(shí)不能用v＝gt或v＝eq\r(2gh)，否則就犯了用機(jī)械能守恒定律去驗(yàn)證機(jī)械能守恒的錯誤.四、展五、評學(xué)生展示和老師點(diǎn)評環(huán)節(jié)合并同時(shí)進(jìn)行，一邊展示一邊點(diǎn)評。把學(xué)案拍照上傳到主機(jī)。老師展示學(xué)生試驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集和處理結(jié)果，并得出機(jī)械能守恒的結(jié)論。還可請同學(xué)展示模擬試驗(yàn)的測量數(shù)據(jù)和計(jì)算數(shù)據(jù)的過程。六、檢課堂練習(xí)在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9.8m/s2，某同學(xué)選擇了一條志向的紙帶，用刻度尺測量時(shí)各計(jì)數(shù)點(diǎn)對應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖3所示，圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的第一個點(diǎn)，A、B、C、D分別是每打兩個點(diǎn)取的計(jì)數(shù)點(diǎn).則重物由O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)時(shí)(重物質(zhì)量為mkg)圖3(1)重力勢能的削減量是________J。動能的增加量是________J。(2)重力勢能的削減量______(“略大于”或“略小于”)動能的增加量，緣由是______.(3)依據(jù)計(jì)算的數(shù)據(jù)得出的結(jié)論：__________________.答案(1)1.911m1.89m(2)略大于重物下落要克服阻力做功(3)在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)重物削減的重力勢能等于其增加的動能，即機(jī)械能守恒七、練課后作業(yè)1．在用如圖所示的裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)時(shí)．(1)為了減小試驗(yàn)誤差，下列做法合理的是________．A．用天平測重錘質(zhì)量時(shí)，采納多次測量取平均的方法B．用刻度尺測重錘下落高度時(shí)，采納多次測量取平均的方法C．選用體積小的，可以看做質(zhì)點(diǎn)的重錘做試驗(yàn)D．釋放重錘前，通過目測的方法使連接重錘的紙帶盡量豎直2．某同學(xué)做驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)時(shí)，不慎將一條選擇出的紙帶的一部分損壞，損壞的是前端部分．剩下的一段紙帶上各相鄰點(diǎn)間的距離已測出標(biāo)在圖中，單位是cm.打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作頻率為50Hz，重力加速度取g＝9.8m/s