2024-2025學(xué)年新教材高中物理第八章5實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律教案新人教版必修2

PAGE1-試驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律科目物理課題試驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課時(shí)1課時(shí)教學(xué)目標(biāo)與核心素養(yǎng)一．學(xué)問與技能1.理解試驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，明確試驗(yàn)中須要干脆測量的物理量；2.知道試驗(yàn)中選取測量點(diǎn)的有關(guān)要求。會(huì)依據(jù)試驗(yàn)中打出的紙帶測定物體下落的距離。二．過程與方法1.能正確進(jìn)行試驗(yàn)操作，能依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析得出試驗(yàn)結(jié)論；2.能定性地分析產(chǎn)生試驗(yàn)誤差的緣由，并會(huì)實(shí)行相應(yīng)的措施減小試驗(yàn)誤差。情感看法與價(jià)值觀1.理解試驗(yàn)的設(shè)計(jì)思路，自主思索試驗(yàn)設(shè)計(jì)思路，加強(qiáng)試驗(yàn)實(shí)力；2.能夠獨(dú)立分析產(chǎn)生試驗(yàn)誤差的緣由，并且盡量減小試驗(yàn)誤差，通過試驗(yàn)理解機(jī)械能守恒定律。教學(xué)重、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)：1.理解用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律；2.理解用光滑斜面法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。教學(xué)難點(diǎn)：1.學(xué)會(huì)用平均速度法求解瞬時(shí)速度；2.學(xué)會(huì)用圖像法處理試驗(yàn)數(shù)據(jù)并運(yùn)用所學(xué)學(xué)問處理試驗(yàn)誤差。教學(xué)打算課件演示、電火花計(jì)時(shí)器、重物、紙帶、鐵架臺(tái)、燒瓶夾、電源教學(xué)過程老師活動(dòng)學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)意圖導(dǎo)入新課：機(jī)械能守恒定律告知我們，在只有重力或彈力做功的系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢能相互轉(zhuǎn)化時(shí)總的機(jī)械能保持不變。下面我們通過試驗(yàn)來探討物體運(yùn)動(dòng)過程中動(dòng)能與重力勢能改變，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。講授新課：（1）試驗(yàn)思路【老師引導(dǎo)】方案一：自由落體運(yùn)動(dòng)做自由落體運(yùn)動(dòng)的物體，假如忽視微小阻力作用，機(jī)械能是守恒的，即重力勢能的削減量等于動(dòng)能的增加量。方案二：物體沿光滑斜面下滑物體沿光滑斜面下滑時(shí)，雖然受到重力和斜面的支持力，但支持力與物體位移方向垂直(如圖)，對(duì)物體不做功，這種狀況也滿意機(jī)械能守恒的條件。【老師補(bǔ)充引導(dǎo)】試驗(yàn)思路的兩點(diǎn)說明：（1）試驗(yàn)驗(yàn)證只有重力做功時(shí)，物體的機(jī)械能守恒，因此設(shè)計(jì)試驗(yàn)要求是物體只受重力作用或除重力做功外，其他力不做功。（2）試驗(yàn)中阻力做功不行避開，我們應(yīng)當(dāng)盡量減小阻力做功的影響，用落體法驗(yàn)證時(shí)，要求重物的質(zhì)量大一些，使重力遠(yuǎn)大于阻力；用光滑斜面法驗(yàn)證時(shí)，用氣墊導(dǎo)軌鋪設(shè)斜面，使阻力減至最小。（2）物理量的測量【老師引導(dǎo)】探討對(duì)象確定后，還須要明確所測的物理量和試驗(yàn)器材。依據(jù)重力勢能和動(dòng)能的定義，很自然地想到，須要測量物體的質(zhì)量、物體所處位置的高度以及物體的運(yùn)動(dòng)速度這三個(gè)物理量。（3）數(shù)據(jù)分析【老師引導(dǎo)】依據(jù)選定的試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)相應(yīng)的表格記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。計(jì)算物體在選定位置上動(dòng)能與勢能的和是否滿意eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)＋mgh2＝eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＋mgh1也可以計(jì)算重物在某兩點(diǎn)間的動(dòng)能改變和勢能改變是否滿意eq\f(1,2)mveq\o\al(2,2)-eq\f(1,2)mveq\o\al(2,1)＝mgh1-mgh2本試驗(yàn)我們供應(yīng)物體做自由落體運(yùn)動(dòng)及沿光滑斜面下滑這兩種方案?！纠蠋熝a(bǔ)充】用落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律1、試驗(yàn)步驟（1）儀器安裝:按圖示裝置豎直架穩(wěn)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，并用導(dǎo)線將打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接在電源上。（2）打紙帶:將長約1m的紙帶用小夾子固定在重物上后穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，用手提著紙帶，使重錘靜止在靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的地方。接通電源，松開紙帶，讓重錘自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器就在紙帶上打下一系列的點(diǎn)。（3）換幾條紙帶，重復(fù)上面的試驗(yàn)。2、數(shù)據(jù)處理（1）求瞬時(shí)速度在取下的紙帶中選擇第1、2兩點(diǎn)間距離接近2mm且點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測量。登記第1個(gè)點(diǎn)的位置O，在紙帶上從離O點(diǎn)適當(dāng)距離起先選取幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)0、1、2、3、…、n+1并測量出各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的距離h0、h1、h2、h3、…、hn+1，再依據(jù)公式，計(jì)算出1、2、3、…、n點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、…、vn。（2）機(jī)械能守恒驗(yàn)證方法一：利用起始點(diǎn)和第n點(diǎn)從起始點(diǎn)到第n個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，重力勢能削減量為mghn，動(dòng)能增加量為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)，假如在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)＝mghn，即eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)＝ghn成立，則機(jī)械能守恒定律得到驗(yàn)證。方法二:任取兩點(diǎn)①任取兩點(diǎn)A,B，測出hAB，求出ghAB。②分別求出A、B兩點(diǎn)的瞬時(shí)速度vA、vB，求出eq\f(1,2)mveq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)mveq\o\al(2,A)的值。③假如在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,A)＝ghAB，就證明機(jī)械能是守恒的。方法三：圖像法計(jì)算各計(jì)數(shù)點(diǎn)的eq\f(1,2)v2，以eq\f(1,2)v2為縱軸，以各計(jì)數(shù)點(diǎn)到第一個(gè)點(diǎn)的距離h為橫軸，依據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出eq\f(1,2)v2-h圖線。若在試驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)，圖像是一條過原點(diǎn)且斜率為g的直線，如圖所示，則驗(yàn)證了機(jī)械能守恒定律。（3）誤差分析①本試驗(yàn)中因重物和紙帶在下落過程中要克服空氣阻力及打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的摩擦阻力做功，故動(dòng)能的增加量ΔEk稍小于重力勢能的削減量ΔEp，即ΔEk＜ΔEp，這屬于系統(tǒng)誤差。改進(jìn)的方法是調(diào)整器材的安裝和選用質(zhì)量和密度較大的重物，盡可能地減小阻力的影響。②本試驗(yàn)的偶然誤差主要來源于長度的測量。減小誤差的方法是測下落距離時(shí)都從O點(diǎn)量起，一次將各計(jì)數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的下落高度測量完，或者多次測量取平均值。用氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證沿斜面下滑物體的機(jī)械能守恒1、試驗(yàn)步驟 （1）器材安裝:按圖示安裝器材，調(diào)整氣墊導(dǎo)軌至傾斜狀態(tài)，測出兩光電門所在位置的高度差Δh。（2）試驗(yàn)測速：連通進(jìn)氣裝置，使氣墊導(dǎo)軌起先工作，從靜止釋放滑塊，分別側(cè)出滑塊經(jīng)過兩個(gè)光電門的遮光時(shí)間Δt1、Δt2。（3）重復(fù)試驗(yàn)：從不同的位置釋放滑塊，分別測出遮光時(shí)間。2、數(shù)據(jù)處理（1）速度的測量：用游標(biāo)卡尺測出滑塊上遮光片的寬度d，讀出遮光條通過光電門的遮光時(shí)間，則滑片通過光電門的速度。（2）驗(yàn)證關(guān)系式方式1（兩個(gè)光電門）：分別測出滑塊經(jīng)過兩個(gè)光電門的速度和，用刻度尺測出兩光電門的高度差Δh，驗(yàn)證在誤差范圍內(nèi)是否滿意。方式2（一個(gè)光電門）：讓滑塊從光電門上方某一位置由靜止釋放，測出該點(diǎn)到光電門的高度差△h和滑塊經(jīng)過光電門的速度，驗(yàn)證在誤差范圍內(nèi)成立。課堂練習(xí)：1、某同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)時(shí)，從打出的一條紙帶中選取了清晰的點(diǎn)進(jìn)行探討，依據(jù)所學(xué)的知識(shí)計(jì)算出打2、3兩計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)紙帶的瞬時(shí)速度，并用表示，用刻度尺測量出2、3兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離，用表示。驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的關(guān)系式應(yīng)為（）A. B.C.D.答案：B2、用如圖所示裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律,由于電火花計(jì)時(shí)器兩限位孔不在同一豎直線上,使紙帶通過時(shí)受到較大的阻力,這樣試驗(yàn)造成的結(jié)果是（）A.重力勢能的削減量明顯大于動(dòng)能的增加量B.重力勢能的削減量明顯小于動(dòng)能的增加量C.重力勢能的削減量等于動(dòng)能的增加量D.以上幾種狀況都有可能答案：A3、做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)時(shí),一同學(xué)分析得出的試驗(yàn)結(jié)果是重錘重力勢能的削減量小于動(dòng)能的增加量。下列對(duì)造成該試驗(yàn)結(jié)果的緣由分析正確的是(

)A.空氣對(duì)重錘的阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器對(duì)紙帶的阻力

B.選用重錘的質(zhì)量過大

C.溝通電源的頻率大于

D.溝通電源的頻率小于答案：D4、某試驗(yàn)小組的同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn)時(shí)，進(jìn)行了如下的操作：A.取下紙帶，選擇點(diǎn)跡清晰的紙帶，登記起始點(diǎn)O,在距離O點(diǎn)較遠(yuǎn)處選擇連續(xù)幾個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)（或計(jì)時(shí)點(diǎn)）B.用天平稱出重物和夾子的質(zhì)量C.計(jì)算出和看兩者是否相等D.固定好打點(diǎn)計(jì)時(shí)器，將連著重物的紙帶穿過限位孔，用手提住，讓重物盡量靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器E.先接通電源，后松開紙帶，起先打點(diǎn)。并如此重復(fù)多次，以得到幾條打點(diǎn)紙帶F.測出各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離，即得到重物下落的高度，并計(jì)算出各點(diǎn)的速度值在以上的操作中不必要的是___________;然后將必要的操作進(jìn)行正確排序:______________.答案：B，DEAFC5、利用如圖甲所示的裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的試驗(yàn),按正確的試驗(yàn)操作得到幾條打上點(diǎn)跡的紙帶。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)周期。通常要求從其中選擇頭兩個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)(0、1兩計(jì)時(shí)點(diǎn))間的距離接近的紙帶進(jìn)行測量。但一位同學(xué)未按此要求,選取了一條操作正確、點(diǎn)跡清晰但頭兩個(gè)計(jì)時(shí)點(diǎn)(0與1計(jì)時(shí)點(diǎn))間的距離明顯小于的紙帶進(jìn)行標(biāo)點(diǎn)(標(biāo)出0、1、2、3、…、各實(shí)際點(diǎn)跡)、測量(測出各點(diǎn)與0點(diǎn)的高度差)，如圖乙所示,那么能否用它正確計(jì)算比較點(diǎn)n位置處的動(dòng)能與重力勢能的對(duì)應(yīng)關(guān)系(),即能否驗(yàn)證？__________,理由是_________,列出點(diǎn)n處瞬時(shí)速度的計(jì)算式(應(yīng)用從紙帶上讀取的數(shù)據(jù))=____________.答案：能，因?yàn)檫\(yùn)動(dòng)性質(zhì)仍為自由落體，只要將的位置除外即可，6、用如圖甲所示的試驗(yàn)裝置驗(yàn)證質(zhì)量為的物塊A、質(zhì)量為的物塊B組成的系統(tǒng)的機(jī)械能守恒,B從高處由靜止起先下落,A上拖著的紙帶打出一系列的點(diǎn),對(duì)紙帶上的點(diǎn)跡進(jìn)行測量,即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。如圖乙給出的是試驗(yàn)中獲得的一條紙帶:0是打下的第一個(gè)點(diǎn),每相鄰兩計(jì)數(shù)點(diǎn)之間還有4個(gè)點(diǎn)(圖中未標(biāo)出),計(jì)數(shù)點(diǎn)間的距離如圖所示。已知,打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的頻率為。(結(jié)果均保留2位有效數(shù)字)(1)在紙帶上打下計(jì)數(shù)點(diǎn)5時(shí)物塊的速度=_______.(2)在打下計(jì)數(shù)點(diǎn)0到計(jì)數(shù)點(diǎn)5的過程中系統(tǒng)動(dòng)能的增量=__________J,系統(tǒng)勢能削減量=___________J。(當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭約為)(3)若某同學(xué)作出圖像如圖丙所示,則當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萠_____________.答案：（1）2.4，（2）0.58，0.59；（3）9.7【課后作業(yè)】完成相關(guān)課后題學(xué)生思索機(jī)械能守恒定律的意義學(xué)生經(jīng)過老師引導(dǎo)，體會(huì)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的試驗(yàn)思路引導(dǎo)學(xué)生思索數(shù)據(jù)分析思索落體法驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律計(jì)算試驗(yàn)中瞬時(shí)速度理解氣墊導(dǎo)軌驗(yàn)證沿斜面下滑物體的機(jī)械能守恒的方法學(xué)生練習(xí)學(xué)生