8.5 实验：验证机械能守恒定律 教学设计-2026-2027学年高一下学期物理人教版必修第二册

该高中物理教学设计聚焦“实验：验证机械能守恒定律”核心知识点，通过“理论推导后如何实验验证”的问题链导入，引导学生明确需测量高度差与瞬时速度，搭建从定律理解到实验操作的学习支架。 该资料以核心素养为导向，通过“中间时刻速度测瞬时速度”“误差分析中ΔEk略小于ΔEp”等设计，培养科学思维与探究能力。小组实验与数据比较环节，落实科学态度与责任，为教师提供清晰实验教学流程，助力学生掌握验证性实验方法，提升实证意识。

教学设计 课程名称 实验：验证机械能守恒定律 教师姓名 授课时长 40分钟 知识点来源 学科：物理　　年级：高一　　教材版本：人教版（2019）必修第二册 课题：第八章　机械能守恒定律　第5节　实验：验证机械能守恒定律 知识点描述 实验目的：验证自由落体（或沿光滑斜面下滑）运动过程中，物体的动能与重力势能之和（机械能）保持不变。 实验原理：测出物体在某两点间下落的高度差Δh及两点的速度v1、v2，比较动能的增加量ΔEk与重力势能的减少量ΔEp是否近似相等：。 实验装置：铁架台、打点计时器、纸带、质量稍大的重物（减少空气阻力影响）、刻度尺、低压交流电源。 实验操作：把打点计时器竖直固定，重物靠近计时器；先接通电源，再松开纸带让重物自由下落；重复几次选点迹清晰的纸带。 数据处理：瞬时速度用“中间时刻速度”法：；重力势能变化用高度差计算；质量在比较时可约去。 误差分析：空气阻力与纸带摩擦做负功使略小于；测距、读数造成偶然误差；选用质量大、体积小的重物可减小阻力影响。 参考方案：方案一自由落体；方案二物体沿光滑斜面下滑（测斜面长与高度差），均可验证。 教学目标（指向核心素养） 一、物理观念 1.通过实验进一步理解机械能守恒定律，知道动能变化与势能变化在实验中如何测量与比较。 2.理解“只有重力做功”条件下实验设计的基本思路，体会守恒量的可检验性。 二、科学思维 1.经历“用中间时刻速度测瞬时速度”“用高度差测势能变化”的实验方法设计，理解近似处理思想。 2.能分析系统误差的主要来源并讨论减小误差的方法，发展证据意识与误差分析能力。 三、科学探究 1.经历提出问题、设计实验、规范操作、数据记录、误差分析、得出结论的完整科学探究过程。 2.能正确使用打点计时器测量瞬时速度，会设计数据表格并处理数据，与同伴交流实验结论。 四、科学态度与责任 1.在小组实验中培养合作精神与实事求是记录数据的科学态度。 2.感悟物理规律必须经受实验检验，树立实证意识。 教学重点 实验原理（比较与）与装置操作；用“中间时刻速度”测瞬时速度的方法；误差来源及减小方法。 教学难点 理解瞬时速度的测量原理（匀变速运动中间时刻速度）；分析系统误差来源并对“略小于”作出合理解释。 适用对象 高一年级学生（人教版2019·必修第二册） 课型 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √新授课　□复习课　□习题课　□实验课　□其他 教学用途 （注：可选择如下选项，也可以补充填写） √课堂教学　□课前预习　□课后复习　□其他 设计思路 教材与学情：学生已理解机械能守恒定律的条件，本节通过定量实验验证定律，重点训练“测速度、比能量”的实验技能。 设计主线：提出验证方案→明确原理与装置→分组实验→数据处理与误差分析→得出结论，全课40分钟。 难点突破：用“纸带上的中间时刻速度等于该段平均速度”的推导帮助理解测速原理；用数据实例分析误差。 反馈矫正：通过“为什么不用测重物质量”“纸带为何选点迹清晰段”等问题当堂检测操作要点的理解。 教 学 过 程 环节 内 容 设计意图 一、导入新课 （约4分钟） 【情境引入】上节由理论推导了机械能守恒定律，能否用实验验证自由落体运动中机械能保持不变？ 【设问】要比较动能与重力势能的变化，需要测量哪些物理量？怎样测速度？——引出课题。 从理论到实验的问题链导入，明确“验证”需要测量的量。 二、新课教学（一） （约10分钟） 1.实验思路：选择“只有重力做功”的过程——自由落体运动（或光滑斜面下滑），测两点间高度差与瞬时速度。 2.验证原理：：与 是否近似相等（质量可约去）。 3.操作要点：先接通电源、后释放纸带；重复实验选择点迹清晰的纸带。 图8.5-2 研究自由下落物体机械能的实验装置 讲清“选什么过程、测什么量、比什么量”，让学生带着明确任务进入操作。 三、新课教学（二） （约16分钟） 1.小组实验：完成安装、打点、选纸带操作，记录各计数点到起点距离。 2.测瞬时速度：某点速度（中间时刻速度法）。 3.计算比较：对纸带上两个位置分别求与，计算与并在误差范围内比较。 4.误差分析：空气阻力与摩擦阻力做负功使略小于；重物质量大、纸带限位孔竖直可减小误差。 5.交流讨论：各组结果是否都满足“近似相等”，若不满足分析原因。 图8.5-3 B点的瞬时速度等于A、C点之间的平均速度 以真实测量数据完成“比较ΔEk与ΔEp”的验证过程，训练规范的数据处理能力。 四、巩固练习 （约6分钟） 1.追问：本实验为什么不测量重物的质量？选第一个点还是中间点作起点更好？ 2.思考：若重物受阻力较大，与哪个更大？为什么？ 3.延伸：若改用光滑斜面方案，需要测量哪些量？ 通过追问与延伸思考检测对实验原理、误差来源的理解，为撰写实验报告作准备。 五、课堂小结与作业 （约4分钟） 1.知识小结：实验原理（比较与）、测速方法（中间时刻速度）、误差分析。 2.方法小结：验证性实验的基本流程——“明确原理→规范操作→误差范围内下结论”。 总结实验方法并布置报告任务，完成本章从定律到验证的完整闭环。 课堂作业（举一反三·典型题5道） 题1．在用打点计时器验证机械能守恒定律的实验中，使质量为的重物自由下落，打点计时器在纸带上打出一系列的点，选取一条符合实验要求的纸带如图所示。O为第一个点，A、B、C为从合适位置开始选取连续点中的三个点。已知打点计时器每隔打一个点，当地的重力加速度为，那么：　　　　 　　(1)根据图上所得的数据，应取图中O点到________点来验证机械能守恒定律。 　　(2)从O点到(1)问中所取的点，重物重力势能的减少量ΔEp＝________ J，动能增加量ΔEk＝________ J；请简述两者不完全相等的原因____________________________。(结果取三位有效数字) 　　(3)若测出纸带上所有各点到O点之间的距离，根据纸带算出各点的速度v及物体下落的高度h，则以为纵轴，以h为横轴画出的图像是图中的________。 　　 参考答案 题1．(1)根据题图上所得的数据，应取图中O点和B点来验证机械能守恒定律，因为B点的瞬时速度比较方便测量。 (2)减少的重力势能， 利用匀变速直线运动的推论动能的增加量小于重力势能的减少量的原因主要是重物下落时受到空气阻力和打点针与纸带间的阻力作用，一部分重力势能转化为内能。 (3)根据，得，即与成正比，故A正确。 答案：(1)B (2)重物下落时受到空气阻力和纸带与打点计时器间的阻力作用 (3)A 教学反思 1.实验成败的关键是“先通电后放纸带”和选择点迹清晰的纸带，应在实验前讲清并巡视纠正。 2.瞬时速度的“中间时刻速度”原理要用纸带数据演示一遍，防止学生用相邻两点平均速度直接代替。 3.误差分析要落到“ΔEk略小于ΔEp”这一可观察现象上，帮助学生理解系统误差的方向。 8 学科网（北京）股份有限公司 $