2022年《实验验证机械能守恒定律》示范教案 .pdf

7.9 实验 : 验证机械能守恒定律【教学目标】知识与技能1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。2、掌握验证机械能守恒定律的实验原理。过程与方法通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法。情感、态度与价值观通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度。【教学重点】掌握验证机械能守恒定律的实验原理。【教学难点】验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。【教学课时】1 课时【自主学习】为进行验证机械能守恒定律的实验，有下列器材可供选用：铁架台， 打点计时器， 复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有：；缺少的器材是。物体做自由落体运动时，只受力作用， 其机械能守恒， 若物体自由下落H高度时速度为V，应有MgH= ，故只要gH=1/2V2成立，即可验证自由落体运动中物体的机械能守恒。在打出的各纸带中挑选出一条点迹，且第 1、2 两打点间距离接近的纸带。测定第 N个点的瞬时速度的方法是：测出与 N点相邻的前、 后两段相等时间T 内下落的距离 SN和 SN+1 ，有公式 VN= 算出。在验证机械能守恒定律时，如果以v22 为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出的图线应是，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于的数值。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1 页，共 6 页 - - - - - - - - - - 【探究学习】课前准备教师活动：课前布置学生预习本节实验。下发预习提纲，重点复习下面的三个问题：1、推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。在图 1 中，质量为m 的物体从 O 点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点A 和 B 的机械能分别为：EA=AAmghmv221，EB=BBmghmv221如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有EA=EB，即AAmghmv221=BBmghmv221上式亦可写成BAABmghmghmvmv222121该式左边表示物体由A 到 B 过程中动能的增加，右边表示物体由A 到 B 过程中重力势能的减少。等式说明， 物体重力势能的减少等于动能的增加。为了方便， 可以直接从开始下落的O 点至任意一点（如图1 中A 点）来进行研究，这时应有：mghmvA221-本实验要验证的表达式，式中h 是物体从O 点下落至A点的高度， vA是物体在A 点的瞬时速度。2、如何求出A 点的瞬时速度vA？根据做匀加速运动的物体在某一段时间 t 内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出A 点的瞬时速度vA。图 2 是竖直纸带由下而上实际打点后的情况。从O 点开始依次取点1，2，3，图中 s1，s2，s3，分别为 02 点，13 点，24 点 各段间的距离。根据公式tsv，t=20.02 s（纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是 0.02s），可求出各段的平均速度。这些平均速度就等于是1，2，3，图 2 0 1 2 3 4 s1 s2 s3 h1 h2 h3 h4 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2 页，共 6 页 - - - - - - - - - - 各点相对应的瞬时速度v1，v2，v3， .例如：量出 02 点间距离s1，则在这段时间里的平均速度tsv11，这就是点1处的瞬时速度v1。依次类推可求出点2，3，处的瞬时速度v2，v3，。3、如何确定重物下落的高度？图 2 中 h1，h2，h3，分别为纸带从O 点下落的高度。根据以上数值可以计算出任意点的重力势能和动能，从而验证机械能守恒定律。学生活动：学生看书明确实验的各项任务及实验仪器。复习用打点计时器测速度的实验，掌握用打点计时器测量匀变速直线运动速度的方法。进行新课教师活动：在学生开始做实验之前，老师应强调如下几个问题：1、该实验中选取被打点纸带应注意两点：一是第一点O 为计时起点， O 点的速度应为零。怎样判别呢？2、是否需要测量重物的质量？3、在架设打点计时器时应注意什么？为什么？4、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？为什么？5、测量下落高度时，某同学认为都必须从起始点算起，不能弄错。他的看法正确吗？为了减小测量h 值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好，还是近些好？学生活动：思考老师的问题，讨论、交流。选出代表发表见解。1、因为打点计时器每隔0.02 s 打点一次，在最初的0.02 s 内物体下落距离应为 0.002 m，所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近两年2 mm 的纸带进行测量； 二是在纸带上所选的点就是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔t =0.02 s. 2、因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量m，而只需验证nnghv221就行了。3、打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量减少重物带着纸带下落时所受到的阻力作用。4、必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落。5、这个同学的看法是正确的。为了减小测量h 值的相对误差， 选取的各个计数点要离起始点适当远些好。教师活动：听取学生汇报，点评，帮助学生解决困难。学生活动：学生进行分组实验。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 6 页 - - - - - - - - - - 【课堂训练】（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有：；缺少的器材是。（2）在验证机械能守恒定律时，如果以v22 为纵轴，以h 为横轴，根据实验数据绘出的图线应是，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于的数值。（3）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图3 所示，其中 A 点为打下的第一个点，0、1、2为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为 s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为_ _。在打第 5 号计数点时， 纸带运动的瞬时速度大小的表达式为_ _。要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_号和第 _号计数点之间的过程为研究对象。（4）某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz 的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图4 所示， O 点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到 O 点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为1kg。打点计时器打出B 点时，重锤下落的速度vB= m/s，重锤的动能EkB= J。从开始下落算起，打点计时器打B 点时，重锤的重力势能减小量为J。根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B 点的过程中，得到的结论是。参考答案：（ 1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺。（2）通过原点的直线、g. （3）（ s6+ s5+ s4- s3- s2 s1）/9T 2，（s5+ s6）/2T，1、5. （4）1.175，0.69，0.69 0.69， 机械能守恒。【课堂小结】思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花，水中月。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 6 页 - - - - - - - - - - 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 5 页，共 6 页 - - - - - - - - - - 文档编码：KDHSIBDSUFVBSUDHSIDHSIBF-SDSD587FCDCVDCJUH 欢迎下载 精美文档欢迎下载 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 6 页，共 6 页 - - - - - - - - - -