《驗證機(jī)械能守恒定律》教學(xué)設(shè)計胡堅斌教學(xué)目標(biāo)一、知識目標(biāo)1.學(xué)會以“自由落體運(yùn)動”為例，利用打點(diǎn)計時器驗證機(jī)械能守恒定律的方法。包括實(shí)驗?zāi)康?、?shí)驗原理、實(shí)驗器材、實(shí)驗步驟、數(shù)據(jù)處理的方法和注意事項以及誤差分析等。二、核心素養(yǎng)目標(biāo)1．學(xué)會自我學(xué)習(xí)，通過視頻和模擬實(shí)驗的學(xué)習(xí)，完成驗證實(shí)驗過程。2．學(xué)會團(tuán)隊合作，通過小組合作學(xué)習(xí)提高實(shí)驗操作的效率和準(zhǔn)確率。3．學(xué)會采集和處理數(shù)據(jù)的能力，樹立“實(shí)踐是檢驗真理唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀。4．培養(yǎng)學(xué)生珍惜能源愛護(hù)環(huán)境的的環(huán)保意識。5．滲透感恩與愛的教育。教學(xué)重點(diǎn)以“自由落體運(yùn)動”為例，利用打點(diǎn)計時器驗證機(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)使用打點(diǎn)計時器》和《探究自由落體運(yùn)動》這兩個實(shí)驗，這節(jié)課是以“自由落體運(yùn)動”為例，利用打點(diǎn)計時器驗證機(jī)械能守恒定律，實(shí)驗操作和《探究自由落體運(yùn)動》大同小異，因此這節(jié)課的重點(diǎn)不是實(shí)驗操作，而是數(shù)據(jù)處理的方法。課堂上我通過計算機(jī)模擬實(shí)驗復(fù)習(xí)實(shí)驗的操作過程，而不再進(jìn)行實(shí)際實(shí)驗操作，既讓學(xué)生鞏固實(shí)驗操作過程，又能留下更多的時間給學(xué)生去學(xué)習(xí)數(shù)據(jù)處理的方法。物理教學(xué)、特別是物理實(shí)驗教學(xué)，必須是以事實(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)。因此課前我通過實(shí)驗打出了很多條比較準(zhǔn)確的“紙帶”，把這些真實(shí)實(shí)驗的“紙帶”發(fā)給學(xué)生進(jìn)行學(xué)習(xí)。本堂課通過“模擬實(shí)驗”、“微課視頻”和“真實(shí)實(shí)驗”相結(jié)合，大大提高了課堂容量和教學(xué)效率。教具準(zhǔn)備電腦模擬實(shí)驗軟件教學(xué)視頻實(shí)驗裝置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)。通過操作模擬實(shí)驗和觀看教學(xué)視頻學(xué)習(xí)。每組4位同學(xué)，每位同學(xué)分配看其中一個教學(xué)視頻，不需要看完全部的教學(xué)視頻。三、議每位學(xué)生向其他小組成員講述自己看的那個教學(xué)視頻的內(nèi)容，通過交流討論，讓每位學(xué)生都掌握4個教學(xué)視頻的內(nèi)容。主要學(xué)習(xí)以下內(nèi)容：（一）實(shí)驗器材鐵架臺(帶鐵夾)、電磁打點(diǎn)計時器、重物(帶夾子)、紙帶、復(fù)寫紙、導(dǎo)線、毫米刻度尺、低壓交流電源(4～6V).思考與討論1：驗證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗中是否需要用到天平？教學(xué)視頻1答案不需要天平.不需要測量重物的質(zhì)量m.（二）實(shí)驗原理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.物體瞬時速度的計算：紙帶上第n個點(diǎn)的瞬時速度等于這個點(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).思考與討論2：要確定物體的動能，需測出物體下落一定高度時的速度.根據(jù)已學(xué)過知識，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)，本實(shí)驗應(yīng)采取哪種方法？教學(xué)視頻2答案第(3)種方法.即從紙帶上直接求出物體實(shí)際下落的速度，而不能用理論值計算，同樣的道理，重物下落的高度h也只能用刻度尺直接測量，而不能用h＝eq\f(1,2)gt2或h＝eq\f(v2,2g)計算得到.（三）實(shí)驗步驟1.安裝儀器：按圖將檢查、調(diào)整好的打點(diǎn)計時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)計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點(diǎn)計時器的地方.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)跡較為清晰且第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)處再依次選出計數(shù)點(diǎn)1、2、3…思考與討論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答案因為紙帶做自由落體運(yùn)動，第1點(diǎn)與第2點(diǎn)的時間間隔是0.02s，根據(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個計數(shù)點(diǎn)，重力勢能減少量為mghn，動能增加量為eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)，計算ghn和eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)，如果在實(shí)驗誤差允許的范圍內(nèi)ghn＝eq\f(1,2)veq\o\al(2,n)，則機(jī)械能守恒定律得到驗證.2.方法二：教學(xué)視頻4任取兩點(diǎn)A、B,重力勢能減少量為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)，計算ghAB和eq\f(1,2)veq\o\al(2,B)－eq\f(1,2)veq\o\al(2,A)，如果在實(shí)驗誤差允許的范圍內(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）注意事項1.盡量減小各種阻力的影響，采取的措施有：(1)安裝打點(diǎn)計時器時，必須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.實(shí)驗中，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)計時器工作穩(wěn)定再松開紙帶.3.紙帶選取時以第一個點(diǎn)為起點(diǎn)時，要驗證的是eq\f(1,2)mveq\o\al(2,n)＝mghn，必須保證紙帶上的第一個點(diǎn)為重物靜止釋放時打的點(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.計算速度時不能用v＝gt或v＝eq\r(2gh)，否則就犯了用機(jī)械能守恒定律去驗證機(jī)械能守恒的錯誤.四、展五、評學(xué)生展示和教師點(diǎn)評環(huán)節(jié)合并同時進(jìn)行，一邊展示一邊點(diǎn)評。把學(xué)案拍照上傳到主機(jī)。教師展示學(xué)生實(shí)驗數(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)展示模擬實(shí)驗的測量數(shù)據(jù)和計算數(shù)據(jù)的過程。六、檢課堂練習(xí)在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗中，已知打點(diǎn)計時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)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時各計數(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)計時器打出的第一個點(diǎn)，A、B、C、D分別是每打兩個點(diǎn)取的計數(shù)點(diǎn).則重物由O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)時(重物質(zhì)量為mkg)圖3(1)重力勢能的減少量是________J。動能的增加量是________J。(2)重力勢能的減少量______(“略大于”或“略小于”)動能的增加量，原因是______.(3)根據(jù)計算的數(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)在實(shí)驗誤差允許的范圍內(nèi)重物減少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“驗證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗時．(1)為了減小實(shí)驗誤差，下列做法合理的是________．A．用天平測重錘質(zhì)量時，采用多次測量取平均的方法B．用刻度尺測重錘下落高度時，采用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)的重錘做實(shí)驗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)做驗證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗時，不慎將一條挑選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)計時器工作頻率為50Hz，重力加速度取g＝9.8m/s2.(1)重物在2點(diǎn)的速度v2＝________，在5點(diǎn)的速度v5＝________，此過程中動能增加量ΔEk＝________，重力勢能減少量ΔEp＝________.由以上可得出實(shí)驗結(jié)論：____________________.答案：(1)1.50m/s2.075m/s1.03mJ1.06mJ在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒《驗證機(jī)械能守恒定律》導(dǎo)學(xué)提綱班級姓名學(xué)號1．實(shí)驗器材：2．紙帶：把紙帶折疊起來粘貼到此處3．?dāng)?shù)據(jù)記錄：hcmh1（0-1）h2（0-2）h3（0-3）mghvm/sv1v2v3eq\f(1,2)mv24．結(jié)論：5．思考討論：（1）驗證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗中是否需要用到天平？（2）計算紙帶上的點(diǎn)的瞬時速度采用的公式是什么？（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？(4)誤差主要來源和減少誤差的方法有哪些？（5）做完實(shí)驗?zāi)氵€存在什么疑問？課后作業(yè)1．在用如圖所示的裝置做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗時．(1)為了減小實(shí)驗誤差，下列做法合理的是________．A．用天平測重錘質(zhì)量時，采用多次測量取平均的方法B．用刻度尺測重錘下落高度時，采用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)的重錘做實(shí)驗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)做驗證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗時，不慎將一條挑選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)計時器工作頻率為50Hz，重力加速度取g＝9.8m/s2.(1)重物在2點(diǎn)的速度v2＝________，在5點(diǎn)的速度v5＝________，此過程中動能增加量ΔEk＝________，重力勢能減少量ΔEp＝________.由以上可得出實(shí)驗結(jié)論：____________________.請寫出詳細(xì)計算過程。答案：(1)1.50m/s2.075m/s1.03mJ1.06mJ在誤差允許的范圍內(nèi)，機(jī)械能守恒結(jié)束語：今天我們驗證了機(jī)械能守恒，然而宇宙中，不僅僅機(jī)械能守恒