实验验证机械能守恒定律 教学设计.docx
7. 9实验:验证机械能守恒定律课时16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。教学过程一、课前导学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 .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=l/2V2成立，即可验证 自由落体运动中物体的机械能守恒。3 .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。4 .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S、和SN+11,有公式VN= 算出。5 .在验证机械能守恒定律时，如果以V?/2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。二、质疑讨论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，质量为勿的物体从。点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点力和8的机械能分别为：Ea二mv + mghA，EB= - mv + mgh8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 g mv + mghA = g mv + mghB 上式亦可写成l一gz/w； = mghA -mghB图1该式左边表示物体由/到8过程中动能的增加，右边表示物 体由4到6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。点至任意一点（如 图1中/点）来进行研究，这时应有：mv = mgh 本实验要验证的表达式， 式中方是物体从。点下落至/点的高度，匕是物体在力点的瞬时速度。2、如何求出力点的瞬时速度外?根据做匀加速运动的物体在某一段时间方内的平均速 度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出/点的瞬时 速度/。图2是竖直纸带由下而上实际打点后的情况。 从。点开始依次取点1, 2, 3,图中S” S2, S3, 分别为02点，13点，24点 各段间的距 离。根据公式"='，£2X0.02s （纸带上任意两个相邻 t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,各点相 对应的瞬时速度匕，外，匕，.例如：量出02点间距离S,则在这段时间里的平均速度G =土，这 t就是点1处的瞬时速度匕。依次类推可求出点2,3,处的瞬时速度以外, 3、如何确定重物下落的高度？图2中力” h,2, 分别为纸带从。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。三、反馈矫正1、在学生开始做实验之前，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。为计时起点，。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？为了减小测量力值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好， 还是近些好？参考：(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!辞=g/z”就行了。2(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。2、学生进行分组实验。四、巩固迁移(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 O(2)在验证机械能守恒定律时，如果以v2 / 2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4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，、S2、S3、So S5、S6,已知相邻计数点间的打点时间间隔均为 北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。C、D, 各计 数点(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，。点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、Q 0ABC 单位：mm D、 )31.476.5125.4195.Q图4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二m/s,重锤的动能EkB=Jo 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 o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+ s.- s3- s2 - Si) /9T2,(S5+S6)/2T, 1、5.(4) 1. 175, 0.69, 0. 69 0. 69, 机械能守恒。
