【新教材精创】1.5 科学验证：机械能守恒定律 教学设计（2）-鲁科版高中物理必修第二册

第一章　功和机械能 第5节　科学验证：机械能守恒定律 守恒的思想是物理学中常见的思想，机械能守恒定律是能量守恒定律的特例，而能量守恒定律是自然界最重要的规律之一。机械能守恒定律是对功能关系的进一步认识，是学生理解能量转化与守恒的铺垫，为今后学习动量守恒、电荷守恒打下基础。 【物理观念】理解机械能守恒定律的内涵，能用机械能守恒定律解释生产生活中的相关现象。 【科学思维】能在熟悉的问题情境中运用机械能守恒定律解决问题时建构物理模型，会分析机械能守恒的条件；能从机械能守恒的角度分析动力学问题，通过推理，获得结论。 【科学探究】能完成“验证机械能守恒定律”等物理实验；能提出实验中可能出现的物理问题；能在他人的帮助下设计实验方案、获取数据；能分析数据、验证机械能守恒定律。 【科学态度与责任】通过对机械能守恒定律的验证，能认识科学规律的建立需要实验证据的检验；有较强的学习和研究物理的兴趣。 【教学重点】理解机械能守恒定律的内容，能判断机械能是否守恒，并能列出机械能守恒定律的数学表达式。理解验证机械能守恒定律的实验原理、实验方案，并能进行数据处理和误差分析。 【教学难点】机械能守恒的条件，科学验证机械能守恒定律的设计思路，数据处理和误差分析，以及机械能守恒定律的应用。 【导入新课】 （复习引入） 思考：前面学习了哪几种形式的能量？表达式是什么？分别对应什么力做功？ 通过复习引出“机械能”定义。 【新课讲授】 一、机械能 1.定义：机械能是动能、重力势能、弹性势能的统称， 用符号 E 表示。 2.表达式： 3.机械能是标量，具有相对性。 二、机械能守恒定律 思考以下问题： 1、小球受到哪些力的作用？ 2、哪些力对小球做功？ 3、能量之间有转化么？ 4、上述过程中，仅有重力做功，小球总的机械能如何变化呢？ 得出结论 5、若小球在上述过程中受到阻力的作用，其它条件不变。小球的机械能是否还守恒？ 由公式可知 思考：比较问题4和5你从中能得到什么结论呢？ 在只有重力做功的物体系统内，动能与重力势能相互转化，而总的机械能保持不变。 在光滑水平面上反弹的小球 1、小球受到哪些力的作用？ 2、哪些力对小球做功？ 3、能量之间有转化么？ 4、从B到C的过程中，仅有弹力做功，小球总的机械能如何变化呢？ EP1+EK1=EP2+EK2 得出结论： 5、若小球往复运动过程中受到摩擦阻力，其它条件不变。小球的机械能是否还守恒？ 由公式可得 ，机械能不守恒。 思考：结合问题4和5你从中能得到什么结论呢？ 在只有弹力做功的物体系统内，动能与弹性势能相互转化，而总的机械能保持不变。 （通过以上两个例子，总结得出机械能守恒定律的内容） 二、机械能守恒定律 1.规律：在只有重力或弹力这类力做功的情况下，物体系统内的动能与势能相互转化，机械能的总量保持不变。 2.表达式： ①E1=E2(Ek1+Ep1=Ek2+Ep2),即初状态的机械能等于末状态的机械能。 ②ΔEk=-ΔEp,即动能(或势能)的增加量等于势能(或动能)的减少量。 ③ΔEA=-ΔEB,即A物体机械能的增加量等于B物体机械能的减少量。 3.机械能守恒条件： （1）从做功角度看：只有重力或系统内弹力做功。 ①物体只受重力或弹簧弹力，不受其他力。 ②物体受到重力和弹簧弹力，还受到其他力，但其他力不做功，或其他力做的总功为零。 （2）从能量转化角度看：只有系统内动能和势能的相互转化，无其他形式能量的转化。 【练习】除1外都不计空气阻力，哪些情况机械能是守恒的？ 三、验证机械能守恒定律 实验目的：（1）验证机械能守恒；（2）进一步熟悉打点计时器的使用 实验原理： 方法一：利用起始点和第n点 （1）若物体由静止下落高度h时，它的瞬时速度为v，那么重力势能的减小量为mgh，动能的增加量为 1/2mv2； （2）看它们在实验误差允许的范围内是否是相等，如果相等则验证了机械能守恒； ---------无需测其质量 方法二：任取两点 若以重物下落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA 再测出物体由A点下落△h后经过B点的速度vB 则在误差允许范围内，由计算得出 机械能守恒定律即被验证。注意：无需测其质量。 实验器材：打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。 实验步骤：（1）纸带一段吊重物，另一端穿过打点计时器。手提纸带，使重物靠近打点计时器并静止。接通电源，松开纸带，让重物自由落下。 （2）取下纸带，并选其中一个点作为参考点，设打该点时重物的重力势能为0，计算打改点时的动能，它就是重物下落过程中的动能