1、验证机械能守恒定律 教学设计教学目标一、知识目标1.学会以“自由落体运动”为例，利用打点计时器验证机械能守恒定律的方法。包括实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤、数据处理的方法和注意事项以及误差分析等。二、核心素养目标1学会自我学习，通过视频和模拟实验的学习，完成验证实验过程。2学会团队合作，通过小组合作学习提高实验操作的效率和准确率。3学会采集和处理数据的能力，树立“实践是检验真理唯一标准”的科学观。4培养学生珍惜能源爱护环境的的环保意识。5渗透感恩与爱的教育。教学重点 以“自由落体运动”为例，利用打点计时器验证机械能守恒定律。教学难点 数据处理的方法教学策略 学生在前面已经做过练习使用打
2、点计时器和探究自由落体运动这两个实验，这节课是以“自由落体运动”为例，利用打点计时器验证机械能守恒定律，实验操作和探究自由落体运动大同小异，因此这节课的重点不是实验操作，而是数据处理的方法。课堂上我通过计算机模拟实验复习实验的操作过程，而不再进行实际实验操作，既让学生巩固实验操作过程，又能留下更多的时间给学生去学习数据处理的方法。物理教学、特别是物理实验教学，必须是以事实为基础，我们不能给学生一段“虚拟的纸带”去学习。因此课前我通过实验打出了很多条比较准确的“纸带”，把这些真实实验的“纸带”发给学生进行学习。本堂课通过“模拟实验”、“微课视频”和“真实实验”相结合，大大提高了课堂容量和教学效率
3、。教具准备 电脑 模拟实验软件 教学视频 实验装置1套教学过程预设一、导：1机械能守恒定律的内容及其条件是什么？2做自由落体运动的物体，是否符合机械能守恒的条件？3如何验证做自由落体运动的物体，机械能是守恒的？ 二、思 学生带耳机自主学习。通过操作模拟实验和观看教学视频学习。每组4位同学，每位同学分配看其中一个教学视频，不需要看完全部的教学视频。三、议每位学生向其他小组成员讲述自己看的那个教学视频的内容，通过交流讨论，让每位学生都掌握4个教学视频的内容。主要学习以下内容：（一）实验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源(46 V).思
4、考与讨论1：验证机械能守恒定律实验中是否需要用到天平？教学视频1答案不需要天平.不需要测量重物的质量m.（二）实验原理1.在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能转化为动能，总的机械能守恒，即mghmv2.2.物体下落高度的测量：用毫米刻度尺测量纸带测出.3.物体瞬时速度的计算：纸带上第n个点的瞬时速度等于这个点前后相邻两点间的平均速度vn(hn1、hn1分别为第n1个点、第n1个点到第一个点的距离).思考与讨论2：要确定物体的动能，需测出物体下落一定高度时的速度.根据已学过知识，可有三种方法：(1)vn；(2)vngtn；(3)vn，本实验应采取哪种方法？教学视频2答案第(3)种方法.
5、即从纸带上直接求出物体实际下落的速度，而不能用理论值计算，同样的道理，重物下落的高度h也只能用刻度尺直接测量，而不能用hgt2或h计算得到.（三 ）实验步骤1.安装仪器：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路.2.打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方.先接通电源，后松开纸带，让重物带着纸带自由下落。3.选纸带：选取点迹较为清晰且第1点和第2点间的距离约为2 mm的纸带，把纸带上打出的第一个点作为起始点，记作0，在距离0点较远处再依次选出计数点1、2、3思考与讨论3：为什么要选取第1点和第2点间的距
6、离约为2 mm的纸带？教学视频3答案因为纸带做自由落体运动，第1点与第2点的时间间隔是0.02s，根据s=gt2=x10x0.022=0.002m=2mm .4.测距离：用刻度尺测出0点到1、2、3的距离，即为对应下落的高度h1、h2、h3（四）数据处理 本节课堂上学生只利用方法一，其他方法留待以后学生自己看视频学习。1.方法一：利用起始点和第n点从起始点到第n个计数点，重力势能减少量为mghn，动能增加量为mv，计算ghn和v，如果在实验误差允许的范围内ghnv，则机械能守恒定律得到验证.2.方法二：教学视频4 任取两点A、B,重力势能减少量为mghAmghB，动能增加量为mvmv，计算gh
7、AB和vv，如果在实验误差允许的范围内ghABvv，则机械能守恒定律得到验证. （五）误差分析 重物下落要克服阻力做功，因此减小的重力势能略大于增加的动能.（六）注意事项1.尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力.(2)应选用质量和密度较大的重物，以减小阻力的影响.2.实验中，提纸带的手要保持不动，且保证纸带竖直.接通电源后，等打点计时器工作稳定再松开纸带.3.纸带选取时以第一个点为起点时，要验证的是mvmghn，必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距约为hgt210(0.02)2 m2 mm.4
8、.计算速度时不能用vgt或v，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误.四、展 五、评学生展示和教师点评环节合并同时进行，一边展示一边点评。把学案拍照上传到主机。教师展示学生实验数据的采集和处理结果，并得出机械能守恒的结论。还可请同学展示模拟实验的测量数据和计算数据的过程。六、检 课堂练习 在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g9.8 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图3所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取的计数点.则重物由O点运动到B点时(
9、重物质量为m kg)图3(1)重力势能的减少量是_J。动能的增加量是_J。(2)重力势能的减少量_(“略大于”或“略小于”)动能的增加量，原因是_.(3)根据计算的数据得出的结论：_.答案(1)1.911m1.89m (2)略大于重物下落要克服阻力做功(3)在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其增加的动能，即机械能守恒七、练 课后作业1在用如图所示的装置做“验证机械能守恒定律”的实验时(1)为了减小实验误差，下列做法合理的是_A用天平测重锤质量时，采用多次测量取平均的方法B用刻度尺测重锤下落高度时，采用多次测量取平均的方法C选用体积小的，可以看做质点的重锤做实验D释放重锤前，通过目测的方法使连接重锤的纸带尽量竖直2某同学做验证机械能守恒定律的实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm.打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度取g9.8 m/s2.(1)重物在2点的速度v2_，在5点的速度v5_，此过程中动能增加量Ek_，重力势能减少量Ep_.由以上可得出实验结论：_.答案：(1)1.50 m/s2.075 m/s1.03m J1.06m J在误差允许的范围内，机械能守恒
