2024-2025学年高中物理 第七章 机械能守恒定律 9 实验：验证机械能守恒定律（2）教案 新人教版必修2

2024-2025学年高中物理第七章机械能守恒定律9实验：验证机械能守恒定律（2）教案新人教版必修2课题：科目：班级：课时：计划1课时教师：单位：一、教学内容本节课的教学内容来自于2024-2025学年高中物理第七章《机械能守恒定律》的第九节实验：验证机械能守恒定律（2）。该实验是新人教版必修2教材的一部分。本节课的主要内容包括：

1.了解实验目的：通过实验验证物体在自由落体运动中，机械能守恒定律的正确性。

2.掌握实验原理：掌握自由落体运动的运动学公式，了解机械能的概念及其守恒条件。

3.学习实验器材与操作：熟悉实验中所使用的器材，如重锤、尺子、计时器等，并掌握正确的实验操作步骤。

4.数据分析与处理：学会如何收集实验数据，并通过数据处理，验证机械能守恒定律。

5.培养实验与观察能力：通过实验观察，提高学生对物理现象的敏感度，培养学生的实验操作能力。

6.提升科学思维：通过实验探究，使学生理解并掌握科学探究的方法，培养学生的科学思维。二、核心素养目标本节课的核心素养目标主要包括：

1.科学探究：通过实验验证机械能守恒定律，培养学生提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验、进行实验与收集证据、分析与论证、评估、交流与合作等科学探究能力。

2.科学思维：使学生理解守恒定律的意义，掌握运用守恒定律分析问题的方法，培养学生的逻辑推理、批判性思维和创造性思维。

3.科学态度与价值观：通过实验探究，使学生认识实验在科学发展中的重要性，培养学生的科学态度和实验精神，增强学生对物理学科的热爱和责任感。

4.科学应用：培养学生运用所学知识解决实际问题的能力，使学生能够将机械能守恒定律应用于生活中，提高学生的知识运用能力。三、学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：在学习本节课之前，学生应该已经掌握了以下相关知识：自由落体运动的基本原理、运动学公式；机械能的概念，包括动能和重力势能；以及基本的实验操作技能，如使用尺子、计时器等。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：对于物理学科，学生普遍对其实验和现象感兴趣。在学习能力方面，学生应具备一定的逻辑推理和数据分析能力。在学习风格上，部分学生偏好直观演示和动手实验，而部分学生则更擅长理论分析和数学计算。

3.学生可能遇到的困难和挑战：在理解机械能守恒定律方面，学生可能会对概念的理解和运用存在困难；在实验操作过程中，学生可能会对数据采集和处理方法感到困惑；此外，部分学生可能在实验设计和问题提出方面缺乏经验，需要教师的引导和帮助。四、教学资源1.软硬件资源：实验室、重锤、尺子、计时器、计算机、投影仪等。

2.课程平台：学校教学平台，用于分享教学资料和实验数据。

3.信息化资源：物理教学相关的视频、动画和模拟软件，用于辅助教学和实验演示。

4.教学手段：课堂讲解、实验演示、学生分组讨论、问题引导、数据分析等。五、教学实施过程1.课前自主探索

教师活动：

-发布预习任务：通过在线平台或班级微信群，发布预习资料（如PPT、视频、文档等），明确预习目标和要求。

-设计预习问题：围绕“验证机械能守恒定律”课题，设计一系列具有启发性和探究性的问题，引导学生自主思考。

-监控预习进度：利用平台功能或学生反馈，监控学生的预习进度，确保预习效果。

学生活动：

-自主阅读预习资料：按照预习要求，自主阅读预习资料，理解实验原理和目的。

-思考预习问题：针对预习问题，进行独立思考，记录自己的理解和疑问。

-提交预习成果：将预习成果（如笔记、思维导图、问题等）提交至平台或老师处。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：引导学生自主思考，培养自主学习能力。

-信息技术手段：利用在线平台、微信群等，实现预习资源的共享和监控。

作用与目的：

-帮助学生提前了解实验课题，为课堂学习做好准备。

-培养学生的自主学习能力和独立思考能力。

2.课中强化技能

教师活动：

-导入新课：通过故事、案例或视频等方式，引出实验课题，激发学生的学习兴趣。

-讲解知识点：详细讲解实验原理、步骤和注意事项，结合实例帮助学生理解。

-组织课堂活动：设计小组讨论、实验等活动，让学生在实践中掌握实验技能。

-解答疑问：针对学生在学习中产生的疑问，进行及时解答和指导。

学生活动：

-听讲并思考：认真听讲，积极思考老师提出的问题。

-参与课堂活动：积极参与小组讨论、实验等活动，体验实验过程。

-提问与讨论：针对不懂的问题或新的想法，勇敢提问并参与讨论。

教学方法/手段/资源：

-讲授法：通过详细讲解，帮助学生理解实验原理和步骤。

-实践活动法：设计实践活动，让学生在实践中掌握实验技能。

-合作学习法：通过小组讨论等活动，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

作用与目的：

-帮助学生深入理解实验原理，掌握实验技能。

-通过实践活动，培养学生的动手能力和解决问题的能力。

-通过合作学习，培养学生的团队合作意识和沟通能力。

3.课后拓展应用

教师活动：

-布置作业：根据实验课题，布置适量的课后作业，巩固学习效果。

-提供拓展资源：提供与实验课题相关的拓展资源（如书籍、网站、视频等），供学生进一步学习。

-反馈作业情况：及时批改作业，给予学生反馈和指导。

学生活动：

-完成作业：认真完成老师布置的课后作业，巩固学习效果。

-拓展学习：利用老师提供的拓展资源，进行进一步的学习和思考。

-反思总结：对自己的学习过程和成果进行反思和总结，提出改进建议。

教学方法/手段/资源：

-自主学习法：引导学生自主完成作业和拓展学习。

-反思总结法：引导学生对自己的学习过程和成果进行反思和总结。

作用与目的：

-巩固学生在课堂上学到的实验知识和技能。

-通过拓展学习，拓宽学生的知识视野和思维方式。

-通过反思总结，帮助学生发现自己的不足并提出改进建议，促进自我提升。六、知识点梳理本节课的主要知识点包括：

1.机械能守恒定律：机械能守恒定律是指在一个封闭系统中，机械能（动能和势能的总和）保持不变。即：\[K+U=constant\]，其中\[K\]为动能，\[U\]为势能。

2.自由落体运动：自由落体运动是指在无空气阻力的情况下，物体从静止开始在重力作用下的运动。其运动方程为：\[s=\frac{1}{2}gt^2\]，其中\[s\]为下落距离，\[g\]为重力加速度（约等于9.8m/s^2），\[t\]为时间。

3.重力势能：重力势能是指物体在重力作用下由于位置的变化而具有的能量。其表达式为：\[U=mgh\]，其中\[m\]为物体的质量，\[g\]为重力加速度，\[h\]为物体相对于参考点的高度。

4.动能：动能是指物体由于运动而具有的能量。其表达式为：\[K=\frac{1}{2}mv^2\]，其中\[m\]为物体的质量，\[v\]为物体的速度。

5.实验原理：实验的目的是验证机械能守恒定律，即在自由落体运动中，物体的机械能（动能和势能的总和）保持不变。通过测量物体下落前后的动能和势能，计算它们的差值，判断是否符合守恒定律。

6.实验步骤：包括实验设备的安装、实验操作、数据采集和处理等。具体步骤如下：

a.将重锤悬挂在高度为\[h\]的位置，记录下落前的时间\[t_1\]。

b.释放重锤，让其自由下落，记录下落到达地面时的时间\[t_2\]。

c.计算重锤下落的速度\[v\]，使用公式\[v=g(t_2-t_1)\]。

d.计算重锤下落前的势能\[U\]，使用公式\[U=mgh\]。

e.计算重锤下落后的动能\[K\]，使用公式\[K=\frac{1}{2}mv^2\]。

f.计算机械能守恒定律的差值\[\DeltaE\]，即\[\DeltaE=K-U\]。

g.分析实验结果，判断机械能是否守恒。

7.数据处理与分析：通过测量得到的时间和质量，计算出速度、势能和动能，进而判断机械能是否守恒。数据处理过程中需要注意误差分析和数据可靠性。

8.实验注意事项：在实验过程中，需要注意安全操作，避免重锤撞击地面造成损坏或人身伤害。同时，要确保实验设备的准确性和稳定性，如使用精确的计时器和测量工具。

9.实验拓展：可以通过改变重锤的质量、下落高度等参数，研究不同条件下机械能守恒定律的适用性。此外，还可以探讨空气阻力对机械能守恒的影响。七、内容逻辑关系①引入概念：首先，通过讲解和演示，引入机械能守恒定律的概念，让学生理解机械能的含义及其守恒条件。

②自由落体运动：接着，讲解自由落体运动的基本原理和运动学公式，让学生掌握物体在重力作用下的运动规律。

③实验目的：明确实验的目的，即验证机械能守恒定律在自由落体运动中的适用性。

④实验原理：介绍实验的原理，让学生理解实验的操作步骤和数据处理方法。

⑤实验步骤：详细讲解实验的操作步骤，包括设备安装、数据采集等，让学生掌握实验的基本技能。

⑥数据处理与分析：教授数据处理与分析的方法，让学生能够正确地计算和判断机械能是否守恒。

⑦实验注意事项：强调实验的安全性和注意事项，确保学生在实验过程中的安全。

⑧实验拓展：提供拓展学习的内容，让学生能够深入理解和应用机械能守恒定律。八、教学反思与改进1.设计反思活动：在教学结束后，设计反思活动，让学生填写问卷或进行小组讨论，评估他们对机械能守恒定律和自由落体运动的理解程度。同时，收集学生的反馈，了解他们在实验操作和数据处理中的困难，以便识别需要改进的地方。

2.改进措施：根据学生的反馈和教学观察，制定以下改进措施，计划在未来的教学中实施：

-加强理论讲解：在讲解机械能守恒定律和自由落体运动时，采用更直观和形象的例子，帮助学生更好地理解和记忆概念。

-增加实验演示：在课堂上增加实验演示，让学生更直观地了解实验的操作步骤和数据处理方法，提高他们的实验操作能力。

-提供更多的学习资源：为学生提供更多的学习资源，如实验视频、演示文稿等，以便他们在课后进行自主学习和复习。

-加强学生参与：鼓励学生积极参与课堂讨论和实验操作，提高他们的参与度和学习兴趣。

-强化数据处理指导：在实验教学中，加强对学生的数据处理指导，确保他们能够正确地进行数据采集和分析，提高他们的数据分析能力。课后作业1.计算一个质量为1kg的物体在重力加速度为9.8m/s^2的情况下，从高度为10m的平台上自由落体运动下落过程中获得的动能。

答案：1/2*1kg*(9.8m/s^2*10s^2)=49J

2.一个质量为2kg的物体在重力加速度为10m/s^2的情况下，从高度为20m的平台上自由落体运动下落过程中获得的势能。

答案：2kg*10m/s^2*20m=400J

3.计算一个质量为0.5kg的物体在重力加速度为9.8m/s^2的情况下，从高度为15m的平台上自由落体运动下落过程中机械能的增加量。

答案：0.5kg*9.8m/s^2*15m