《人教版(2019)高中物理必修二教案》8.5实验：验证机械能守恒定律 教案

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8.5 实验：验证机械能守恒定律
〖教材分析〗
本实验属验证性学生实验，实验的目的是验证机械能守恒定律，鉴于机械
能守恒定律的重要性，教材特意安排了一节实验来验证这个定律。教材例了几
种机械能守恒的例子，他么都是可以用来做实验，实验的原理都是验证重力势
能的减少量等于动能的增加。案例 1 是传统方法，简单易于操作，实验误差大。
案例 2 使用的是系统的机械能守恒，计算较为精准。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念：树立能量观念，理解理解实验的设计思路，明确实验中需要测
量的物理量。
科学思维：知道实验中选取测量点的有关要求，会测量下落高度和瞬时速
度。
科学探究：能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析中得出实验结
论。
科学态度与责任：通过实验及误差分析，培养学生实事求是的科学态度，
严谨的实验精神，激发学生对物理规律的探知欲。
〖教学重点与难点〗
重点：1.理解实验原理、设计思路。
2.具体操作实验以及记录和出来数据。
难点：实验设计的原理和思路，实验误差分析。
〖教学准备〗
多媒体课件，铁架台，打点计时器，天平，直尺等。
〖教学过程〗
一、新课引入
机械能守恒定律告诉我们，在只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能
相互转化时总的机械能保持不变。下面我们通过实验来研究物体运动过程中动
能与重力势能的变化，从而验证机械能守恒定律。
二、新课教学
（一）实验思路
机械能守恒条件：
① 从能量的观点看：只有系统内动能和势能相互转化，无其他形式能量之
间（如内能）的转化。
② 从力的观点看:只受重力或弹力，不受其它力。
1
因此研究过程一定要满足这一条件。想一想，满足这一条件的过程有哪些？
①自由下落的物体只受到重力作用，满足机械能守恒的条件。
把空气阻力忽略掉了以后，它才叫自由落体运动。所以只有重力做功，空
气阻力又可以忽略，还有平抛运动，斜抛运动等抛体运动，都是可以用来研究
机械能守恒定律的。
②物体沿光滑斜面下滑（上升）
受力分析，虽然受到重力和斜面的支持力，但支持力
与物体位移方向垂直,对物体不做功，只有重力做功，这种
情况也满足机械能守恒的条件。
如果物体上滑的时候可以用来验证机械能守恒吗？
当然可以，因为受力分析，运动分析和能量分析后，发现支持力与物体位
移方向垂直,对物体同样不做功，所以可以用来研究机械能守恒定律的。
③细线悬挂的小球摆动（播放动图）
受力分析，运动分析和能量分析，细线的拉力与小球的运
动方向垂直，对物体不做功。如果忽略空气阻力，这个过程中
只有重力做功，也满足机械能守恒的条件。
你也可以考虑其他情形来验证机械能守恒定律。在设计实
验时还应考虑：重物下落或小球摆动时不可能不受空气阻力的
作用，斜面也会有阻力，有哪些方法可以减小阻力的影响？增加斜面的光滑程
度，就好了。
2
（二）物理量的测量
根据重力势能的定义式：Ep=mgh
，
和动能的定义式： 。可知需
要测量的物理量有：
① 物体的质量m：天平。
② 物体所处位置的高度 h：直 尺
③物体的瞬时速度 v：打点计 时器
和纸带
（三）数据分析
根据选定的实验方案设计相应的表格记录实验数据。
计算物体在选定位置上动能与势能的和是否满足机械能
守恒定律。
也可以计算重物在某两点间的动能变化和势能变化是否足满足，
。
总之就是为了验证：动能变化与重力势能的变化是否相等，虽然在不同的
实验中他们具体的表达式有些不同，但是能量的转化是一样的，都是重力势能
转化为动能。
本实验我们提供物体做自由落体运动及沿光滑斜面下滑这两种方案。
参考案例 1：研究自由下落物体的机械能
实验装置如图所示。利用打点计时器记录重物自由下
落的运动过程。实验的装置和研究自由落体运动的实验一
样，组装好实验后，得出纸带。
①选定好两个点纸带上某两点的距离等于物体下落
的高度差△h,用直尺测量即可，这样就能得到物体下落过
程中重力势能的变化。
∆EP=mg∆h
3
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