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第四章
机械能及其守恒定律
第六节
验证机械能守恒定律
粤教版
必修第二册
机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的系统内，动能和势能发生相互转化，而系统的机械能总量保持不变。
适用条件：物体系统内部只有重力或弹力做功。
常见表达形式：
守恒观点：
转化观点：
或
转移观点：
或
一、实验要求
（1）做自由落体运动的物体；
【思考问题】（1）机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，想一想，我们可以选择哪种运动来验证机械能守恒定律？
（2）物体沿固定的光滑斜面或曲面下滑；
（3）用细线悬挂小球摆动；
（4）做抛体运动的物体。
一、实验要求
【思考问题】（2）用你选的运动来验证机械能守恒定律，有哪些因素会影响实验？你有办法减小这些因素的影响吗？
一、实验要求
【思考问题】（3）怎样通过实验数据，验证机械能守恒？
方法一：计算物体在选定位置上的动能与势能的和是否满足
方法二：计算物体在某两点间的动能变化和势能变化是否满足
二、实验设计指导
探究活动：请根据你选的过程，设计一个验证机械能守恒的实验方案。可选用下面的器材，也可选用其他器材。
二、实验设计指导
方案一：利用重物的自由下落验证机械能守恒定律
利用频闪照相验证机械能守恒定律。
二、实验设计指导
方案二：用光滑斜面和小车验证机械能守恒定律
二、实验设计指导
方案三：利用单摆小球验证机械能守恒定律
【思考问题】（1）根据你设计的方案，你需要测量哪些物理量，你应当选用哪些器材进行测量？
（2）根据你选的运动，最好选择哪两个位置作为运动过程的开始和终结位置？
（3）实验中，怎样测量物体重力势能的减少量？如何得到动能的增加量？
三、实验设计参考方案
实验探究：利用重物的自由下落验证机械能守恒定律
实验目的：
（1）验证机械能守恒定律；
（2）进一步熟悉打点计时器的使用。
【思考问题】（1）如何计算出各计数点的速度？
【思考问题】（2）选取纸带后进行数据处理，可以通过哪些方法验证机械能守恒？
方法一：
利用起始点和第
点计算，如果在误差范围内，
，即可验证。
选起始点与相邻下一点间距离略小于2mm的纸带。
【思考问题】（2）选取纸带后进行数据处理，可以通过哪些方法验证机械能守恒？
方法二：任取两点进行计算
①任取两点A、B，测出
，计算得出
；
②计算出
的值；
③如果在误差范围内，
，即可验证。
【思考问题】（2）选取纸带后进行数据处理，可以通过哪些方法验证机械能守恒？
方法三：图像法。
从纸带上选取多个点，测量从第一个点到选取各点的下落高度
，并计算出各点速度的二次方
，绘出
图
像，如果在误差范围内，图线是一个过原点且斜率为
的直线，即可验证。
【思考问题】（3）请根据你选的方法设计一个实验数据记录表。
【讨论与交流】上述实验设计参考方案中，有哪些因素可能影响实验结果？如何控制这些因素以减少实验误差？
系统误差来源：
纸带通过打点计时器时受到的摩擦力、重物下落时受到空气阻力。《验证机械能守恒定律》教学设计
教学目标：
结合验证机械能守恒定律的实验，对重物自由下落过程中机械能守恒的现象有个初步的认识，深化对能量观念的认识；
理解实验设计思路，能规范地进行实验操作，通过实验收集的数据分析得出结论，掌握设计实验的程序，实现对科学探究能力的培养；
体会实验设计方案中的实验原理分析、实验数据处理过程，培养学生的科学思维；
通过实验探究过程，培养学生实事求是的态度。
教学重点：
验证机械能守恒定律
教学难点：
实验方案设计
教学方法：
引导学生通过小组合作，设计实验方案，完成实验探究。
课时安排：1课时
复习引入：
机械能守恒定律的内容是什么？使用条件是什么？有哪些常见的表达形式？
新课教学：
实验要求
【思考问题】（1）机械能守恒的前提是“只有重力或弹力做功”，想一想，我们可以选择哪种运动来验证机械能守恒定律？
做自由落体运动的物体；
物体沿固定的光滑斜面或曲面下滑；
用细线悬挂小球摆动；
做抛体运动的物体。等等。
【思考问题】（2）用你选的运动来验证机械能守恒定律，有哪些因素会影响实验？你有办法减小这些因素的影响吗？
怎样通过实验数据，验证机械能守恒？
方法一：计算物体在选定位置上的动能与势能的和是否满足
方法二：计算物体在某两点间的动能变化和势能变化是否满足
实验设计指导
探究活动：请根据你选的过程，设计一个验证机械能守恒的实验方案。
方案一：利用重物的自由下落验证机械能守恒定律；
方案二：用光滑斜面和小车验证机械能守恒定律；
方案三：结合平抛运动验证机械能守恒定律；
方案四：利用光电门验证机械能守恒定律；
方案五：利用单摆小球验证机械能守恒定律；
方案六：利用频闪照相验证机械能守恒定律。
【思考问题】（1）根据你设计的方案，你需要测量哪些物理量，你应当选用哪些器材进行测量？
高度的测量：可用刻度尺测量。
瞬时速度的测量：
①用光电门测量：测得遮光条的宽度和遮光时间，可以计算得出物体经过光电门时的速度；
②用打点计时器打下的纸带进行测量。
根据你选的运动，最好选择哪两个位置作为运动过程的开始和终结位置？
实验中，怎样测量物体重力势能的减少量？如何得到动能的增加量？
实验设计参考方案
实验探究：利用重物的自由下落验证机械能守恒定律
实验目的：（1）验证机械能守恒定律；
（2）进一步熟悉打点计时器的使用。
实验步骤：
安装实验装置；
进行实验；
选取纸带。
【思考问题】（1）如何计算出计数点的速度？
选取纸带后进行数据处理，可以通过哪些方法验证机械能守恒？
方法一：利用起始点和第点计算，如果在误差范围内，，即可验证。
说明：选起始点与相邻下一点间距离略小于2mm的纸带。
方法二：任取两点进行计算
①任取两点A、B，测出，计算得出；
②计算出的值；
③如果在误差范围内，，即可验证。
方法三：图像法。
从纸带上选取多个点，测量从第一个点到选取各点的下落高度，并计算出各点速度的二次方，绘出图像，如果在误差范围内，图线是一个过原点且斜率为的直线，即可验证。
请根据你选的方法设计一个实验数据记录表。
【讨论与交流】上述实验设计参考方案中，有哪些因素可能影响实验结果？如何控制这些因素以减少实验误差？
系统误差来源：纸带通过打点计时器时受到的摩擦力、重物下落时受到空气阻力。
课堂小结：
通过小组合作，设计实验，获取实验数据，科学验证“机械能守恒定律”，深刻理解机械能守恒定律及其守恒条件，能掌握减少实验误差的方法，创新设计新的实验。
课后作业：
第115页：第8题
