学生实验教案3

内容

实验验证机械能守恒定律教学设计

教师姓名

冯立栋

课程说明

单位

石家庄外国语学校

《本节内容安排在学习机械能守恒定律之后，目的是使学生在理论上理解机械能守恒定律后，通过实验验证，从而对机械能守恒定律及守恒条件有更深刻的认识。但教材对于本节内容的设计有两点不足：1.教材只提供了自由落体这一单一运动模式验证，形式不够开放;2.书中所给验证方法和器材都已比较陈旧，未能跟上当前教学发展的形势。

基于以上分析,我认为对于这节实验课：如果只是让学生按照课本给定运动模型，按部就班的进行验证，就将使本节实验课的意义大打折扣。首先它限制了学生思维的主动性和开拓性，再者物理课是一门实践的课程，只有让学生敢于尝试和反复探索，才能真正还原物理实验课的本质。所以我当时就决定相信学生的能力，充分调动学生的主动性和创造性，放手让学生自主设计和探索实验。

教学目标

1.会用自由落体法验证机械能守恒定律

2.了解验证机械能守恒定律的各种实验原理并学会初步设计实验

3.能探究和改进实验

教学重点：

机械能守恒定律的准确理解：成立条件、系统的观念、与动能定理的区别

教学难点：

守恒定律的准确运用

教法、学法

教法：学案教学法、实验探究法、多媒体辅助法

学法：讨论法，协作法、实践体验法。

教学过程

时教学

间

环节

提前三天

一、

设计实验

环节一：布置预习

课前（提前

3 天左右）布置预习，让学生创造性的提出各种方案，并在自愿的基础上，先进行分组，根据导学案，制订本组的实验计划。

必要时可到实验室准备实验器材，教师对各小组提供指导和建议。

环节二：完成给出的导学案

思考：能够验证机械能守恒定律的运动形式有哪些？

提示：自由落体；各种抛体运动(平抛、斜抛）；物体沿光滑倾斜轨道下滑；圆周运动(单摆)；弹簧振子等等

实验室能提供的仪器：

打点计时器、光电门、气垫导轨、重物、天平、单摆、平抛运动演示仪、力传感器、位移传感器、弹簧、小车、光滑轨道等

合作探究，自主设计实验方案

请根据你所掌握的知识设计一种或几种验证方案，只需要描述实验原理和简单的过程。（测速的方法不同也算不同的方法。）

特别注意：不要被所给出的运动形式和器材束缚住你们的思维，大胆设计，必要时可以自制器材来完成实验

具体方案要求：

1.选择的具体运动形式：

2.实验原理（具体需要测定的物理量）：

3.需要的器材：

4.详细步骤：

5.数据处理方法：

6.可能存在的误差以及减小误差的措施：

环节三：与教师交流，敲定设计方案

讨论方案的合理性

1.方案的可行性（原理正确、无大的缺陷）

2.可操作性探究（能够实现、操作简便）

3.实验误差要小

最终选定的方案可能有：

方案一：自由落体(纸带法）

方案二：物体沿光滑倾斜轨道下滑

方案三：各种抛体运动

方案四：圆周运动(单摆)....... 师生活动

备注

开放物理实验室，提供必要的器材

二、

动手20实验

分

钟

左

右

探究实验

要求动手前，完成表格

配齐实

验器材

具体

步骤

注意的

事项

数据如

何处理

（列表法、

图像法）

可能的

误差

学生探究过程中

1.发现问题及时完善改进

2.教师巡回指导，发现不足要及时指导

根据设计的实验方案完成实验，记录实验数据，并完成学案表格

上的要求。（石家庄本地g=9.7997m/s2）

作为教师要巡回指导，发现问题及时纠正

环节一：自由落体类

方案1

传统的纸带法结合自由落体的数据处理：（计算法、图像法）

各小组派学生用实物投影展示处理结果

1、利用起始点和第n点计算

小组

1 2 3 4

hn

vn

ghn

2Vn/2

2、任取两点计算

弹簧振子等

20分钟左右

三、

实验交流与改进

hmn

vm

vn

ghmn

(vn2-vm2)/2

3、图象法

从纸带上选取多个点，测量从第

一点到其余各点的下落高度h，并

12

计算各点速度的平方v，然后以2

2v为纵轴，以h为横轴，根据实验

12

数据绘出v－h图线。若在误差2

允许的范围内图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机

械能守恒。

4.得出实验结论。

（设计意图：规范实验结论叙述方式）

5.分析误差的产生原因与减小方法

找出误差最小与最大的两组，展示他们的安装情况，查看他们的

纸带点迹。展示两条纸带（分别求出误差比例）

可能的主要误差：不够竖直、纸带抖动、数据处理不规范

改进措施：夹子、固定方式、舍掉个别点

实际数据处理

结果可能与预

想有差别，根据

情况及时调整。

进一步思考: 纸带摩擦和空气阻力带来的误差是否过大？改进方案？

方案2 利用光电门测速度可以避免纸带摩擦和读数误差，误差更小。

小组

1 2 3 4

展示数据处理结果：

分析误差：物体的空中姿态的控制是减小速度测量误差主要方面

2.利用物体沿倾斜光滑轨道下滑验证机械能守恒定律

利用平抛演示器

器材

原理

球离开轨道末端的速度为v，若轨道完全光滑，则有.

mgh=1/2mv2

钢球离开轨道后做平抛运动，则有

s=vt H=1/2gt2

如果守恒，整理可得：

s2=4Hh

原理清晰明了，操作简便，只需测定s、H、h三个物理量

数据展示：

结论(可能）：误差较大，无法验证

误差来源：轨道摩擦阻力，平抛初速度的测定不精确

改进措施：加长轨道，轨道更为光滑，换用质量更大

的小球，建议放弃此种方案。

利用气垫导轨验证

利用气垫导轨装置验证机械能守恒定律时，先非常仔细地把导轨调成水平，然后如图所示用垫块把导轨一端垫高H，滑块m上面装l的挡光框，使它由轨道上端任一处滑下，测出它通过光电门G1和G2时的速度v1和v2，就可以算出它由G1到G2这段过程中动能的增加1量ΔEk＝m(v22－v12)，再算出重力势能的减少量ΔEp＝mgh，比较ΔEk与ΔEp的大小，便2可验证机械能是否守恒．

1.原理

mg∆h=1/2mv22_1/2mv12

遇到的困难：高度差无法准确测定

实验中及时改进：改为系统机械能守恒测定

1mgH＝（M+m）(v22－v12) 2

3.圆周运动验证机械能守恒定律

圆周结合平抛运动

器材

原理：

小球从某一高度开始做圆周运动,在线的正下方,烧断细线,让小球做平抛运动

如果机械能守恒,则mgh=1/2mv2

V通过平抛的水平位移和竖直高度求出,则可验证机械能守恒

误差分析: 烧断细线：无法准确实现

圆周结合数字传感器

器材

原理：物体在做圆周运动时，利用自身携带的光电门测定出经过各个确定高度点时的速度：电脑利用所带软件通过关系式mgh1+1/2mv12=mgh2+1/2mv22

直接算出结果验证机械能守恒

数据及结论：

实验中的注意事项

作业:上交实验报告，实验不够成功和想做更多尝试的小组课余时间到实验室做其他组设计的实验

作业和板书设计

验证机械能守恒定律

一、方案设计

二、小组实验

三、实验交流展示

四、实验创新与改进

本次实验课的收获和感悟

对于学生

1.只有把主动性和创造性赋予学生；才能真正调动学生学习的热情，从学生设计的方案中可以看出学生的创造力。

2.实验的核心是设计和控制，真正的实验课必须让学生动手实践，反馈改进，才能体会到物理实验的本质；

对于教师

开放式实验对教师教学是一种新的挑战。他要求教师知识面丰富，熟悉各种模型。同时备课的工作量大大增加，要想指导学生，必须自己动手实践体会在前，这需要做大量的准备工作。但对于学生能力的培养和还原物理教学本质的角度来看，开放式教学应是一种努力方向。

教学感悟