验证机械能守恒定律是人教版高中物理必修二的学习内容，也是近年来的高考热点，该实验需要的实验器材多，步骤复杂，实验现象观测不易，老师在课堂上为学生做实物实验演示时，往往难以取得很好的教学效果。

湖北宜昌市第一中学的杨老师，通过引进现代化的信息技术，使用101虚拟实验室、高清实验视频等工具打造了一堂精彩的《验证机械能守恒定律》实验课，解决了传统课堂上的教学难点。下面我们就一起来看看吧。

 

一、教学目标
1、理解实验的设计思路,明确实验中需要直接测量的物理量。

2、知道实验中选取测量点的有关要求,会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离,掌握测量物体运动的瞬时速度的方法。

3、能正确进行实验操作,能根据实验数据分析得出实验结论。

 

二、教学重点和难点

重点：

1、 掌握验证机械能守恒定律的实验原理。

2、 引导学生主动思考，培养学生合作探究的能力。

难点：

1、如何设计验证机械能守恒定律的实验。

2、实验数据误差分析及如何减小实验误差的方法。

 

三、教学用具
101虚拟实验室、电磁打点计时器，交流电源，纸带，重物，导线，刻度尺，铁架台(带铁夹)。

 

四、教学过程

1 复习旧知，引入新课

首先，列举生活中一些常见的动能与势能相互转化的现象，并提出问题引导学生思考：

• 机械能守恒的内容和表达式是什么；
• 我们该如何通过实验来验证机械能守恒定律；
• 如果让你来设计一个实验，你会怎么设计；

 

2 实验设计与讨论

提示学生可以从实验器材、实验装置图、实验数据、实验表达式、实验可能存在的误差五个方面来思考和设计实验方案。培养学生的小组协作能力和实验探究精神。

邀请学生阐述自己的实验方案，其余学生认真聆听并分析每种实验方案的优缺点。

学生发言结束后，由老师进行分析总结，从实验原理、过程数据处理等方面进行误差分析，同时提出改进建议，例如从减少纸带与限位孔、振针、重物与空气阻力等方面进行讨论如何改进实验。

 

3 实验过程

打开101虚拟实验室，我们可以播放高清实验视频《验证机械能守恒定律》或打开3D实验室为学生真实还原实验的探究过程，帮助学生对该实验的原理、步骤和注意事项有更进一步的认识。

在3D虚拟实验中，我们首先可以按照主界面左上角的图示将铁架、计时器、电源、开关固定连接好。

接着，将纸带与重锤相连，再穿过电磁打点计时器限位孔，用手提着纸带，使重锤静止在靠近打点计时器的地方。

打开学生电源，将电压调整在4V-6V之间，闭合开关，在电磁打点计时器稳定后，放开纸带让重锤带着纸带自由下落，纸带下落后立即关闭电源。

 

4 数据分析

取下纸带，并选取1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带，在起始点上标O，间隔几个点后标1，在以后各点一次标2、3、4、5、6、7。用刻度尺测出对应的下落高度：。

 

 

计算出第n点前后相邻的两段时间T内下落的距离

 

由公式：分别计算出各标记点的速度。

再根据动能公式   和重力势能公式  算出各标记点动能的增加量和重力势能的减少量。并比较两者的大小，验证机械能是否守恒，最终得到实验数据如下图：

 

5 实验总结

通过实验，我们得出如下结论：在只有重力做功的情况下，物体的重力势能和动能可以相互转化，但机械能的总量保持不变。

 

6 习题巩固

实验结束后，为学生解答习题，巩固本节课所学的知识。例如：

(实验误差)(多选)关于“验证机械能守恒定律”的实验,下列说法中正确的是 (　　)A.选用重物时,质量和密度都较大的好B.选用重物时,质量和体积都较大的好C.选定重物后,要称出它的质量D.选用的重物所受的重力应远大于它受的空气阻力和纸带受到打点计时器的阻力

 

五、教学思考

本节课是结合了“101虚拟实验室和实拍实验视频”的混合实验教学新模式。通过本节课的学习，能够让学生清楚地了解的实验的设计原理、步骤和数据分析、误差分析方法，从而不仅是从理论上明白了机械能守恒定律，更是从实践上获得了感性和理性的认识。

课程中，101虚拟实验室的高清实拍实验视频，依托信息化技术和多媒体手段，分辨率高、画面清晰，能够有效帮助学生理清实验操作步骤和实验注意事项，减轻老师教学负担。同时，再配合运用3D虚拟实验，激发了学生的好奇心和积极性，在潜移默化的教学过程中加深了他们对实验注意事项、实验操作规范性的理解。