验证机械能守恒定律教学设计

《实验：验证机械能守恒定律》的设计说明课程标准要求学生通过实验，验证机械能守恒定律。实验的结论已知，但实验的途径、方法和过程并没有告诉学生，这样验证机械能守恒定律的过程也就具有探究的性质。

机械能守恒定律是力学中的一个重要规律。本节将由学生独立设计验证这个规律的实验方案，并按照自己的实验方案进行实际操作、观察、测量、记录和处理实验数据。在实验的过程中，学生可能会遇到许多预料不到的问题。如学生设计的实验放案理论上可行，但实验误差较大，或实验条件不具备，这时学生需要修改自己设计的实验方案。经过这样的过程，你所获得的不仅仅是验证了一条规律，而是像科学家那样经历了一次科学探究的过程，会体验到发现、创造和成功的乐趣。

一、实验要求：

1、设计一种或几种能验证机械能守恒定律的实验方案。

2、选择一种你认为可行的实验方案，进行实际操作。

3、写出实验研究报告。实验研究报告的内容一般应包括实验日期、实验目的、实验器材和装置、实验原理和方法、实验过程和步骤、现象与数据、数据分析与处理、结论与问题讨论等。。

二、实验方法指导

1、生活中，动能与势能相互转化的现象是非常多的，因此，验证机械能守恒定律的途径和方法不止一种，不管你采用什么途径和方法进行实验，都必须考虑你的实验条件。

2、实验器材：刻度尺、电火花计时器、纸带、铁架台、钩码、夹子、

3、在设计实验方案时，学生需要正确理解机械能守恒定律内容，特别注意机械能守恒定律成立的条件，在此基础上，综合运用所学的知识，确定自己的方法，形成一个初步的实验方案。最初的实验方案往往不很完善，当和同学的方案进行交流或动手去做的时候，可能会发现实验方案中的问题，然后再想方设法进行改进，最后形成一个可行的方案。

三、学生分组汇报与交流

1、是否验证了机械能守恒定律？怎样验证的？

2、在实验中进行了哪些观察和测量，有那些因素影响了观察或测量的结果？实际上做了哪些工作来保证观察或测量结果的准确性？

3、在实验中遇到了哪些困难？发现了哪些问题？又是如何克服和解决的？

4、如果再做一次同样的研究，需要在哪些方面进行改进？

5、通过完成这项研究，有什么收获？

§7.9 实验：验证机械能守恒定律教学设计（2课时）

教学目标

【知识与技能】

1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度．

2．掌握验证机械能守恒定律的实验原理．

【过程与方法】

通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法．

【情感、态度与价值观】

通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观．培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度．

【教学重点】

掌握验证机械能守恒定律的实验原理．

【教学难点】

验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法．

【教学方法】

探究与实验、交流与讨论、

【教学手段教具准备】

重物、电磁打点计时器以及纸带、复写纸片、低压电源及两根导线、铁架台和铁夹、刻度尺、小夹子．多媒体课件。

教学活动:

[新课导入]

师：上一节课我们学习了机械能守恒定律，我们首先采复习一下什么叫做机械能守恒定律?

生：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变．这叫做机械能守恒定律．

师：机械能守恒的条件是什么?

生：只有重力和弹力做功．

师：自由落体运动中机械能是不是守恒?

生：自由落体运动中物体只受到重力的作用，这个过程只有重力做功，所以机械能是守恒的．

师：我们要想推导出机械能守恒定律在自由落体中的具体表达式，可以根据什么来进行推导呢?

生1：可以通过牛顿运动定律进行推导．

生2：可以根据动能定理进行推导．

(投影展示与一个自由落体运动相关的题目，从题目中知道有关的物理量，让学生分别根据牛顿运动定律和动能定理推导机械能守恒定律，再一次熟悉这个定律，并为本节课的教学打下基础)

[新课教学]

1、推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。

在图1中，质量为m 的物体从O 点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点A 和B 的机械能分别为：

E A =________ ， E B =________

如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，

于是有

E A =E B ，即 221A mv +mgh A =221B mv +mgh B

上式亦可写成221

B mv —22

1A mv =mgh A —mgh B 该式左边表示物体由A 到B 过程中动能的增加，右

边表示物体由A 到B 过程中重力势能的减少。等式

说明，物体重力势能的减少等于动能的增加。为了方

便，可以直接从开始下落的O 点至任意一点（如图1中A 点）来进行研究，这时应有： ----本实验要验证的表达式，式中h 是物体从O 点下落至A 点的高度，v A 是物体在A 点的瞬时速度。

师：在做实验之前，我们首先要明确这样几个问题，首先这个实验需要什么器材?

生：最容易想到的器材是重物、电火花计时器以及纸带．交流电源及两根导线，铁架台和铁夹，刻度尺。

师：打点计时器的作用是什么?

生：记录在纸带上打的点，用这些点来求出物体在经过某一点的速度．

师：重物选取的原则是什么?为什么?

生：密度比较大，质量相对比较大，可以减小因为空气阻力带来的误差．

师：实验中还有哪些应该注意的地方?

生：电火花计时器要稳定在铁架台上，电火花计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，铁架台放在桌边，电火花计时器距地面的距离大约是1 m ．

师：这样做的目的是什么?

生：电火花计时器平面与纸带限位孔在竖直方向上的目的是减小摩擦以减小实验误差的产生，铁架台放在桌边有利于重物下落到地面