實(shí)驗(yàn) 驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律教案

1、 實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律新課標(biāo)要求（一）知識與技能1、會用打點(diǎn)計時器打下的紙帶計算物體運(yùn)動的速度。2、掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理。（二）過程與方法通過用紙帶與打點(diǎn)計時器來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，體驗(yàn)驗(yàn)證過程和物理學(xué)的研究方法。（三）情感、態(tài)度與價值觀通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，體會學(xué)習(xí)的快樂，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣；通過親身實(shí)踐，樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀。培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。教學(xué)重點(diǎn)掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理。教學(xué)難點(diǎn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的誤差分析及如何減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法。教學(xué)方法教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，親自動手實(shí)驗(yàn)，并討論、交流學(xué)習(xí)成果。教學(xué)

2、工具重物、電磁打點(diǎn)計時器以及紙帶，復(fù)寫紙片，低壓電源及兩根導(dǎo)線，鐵架臺和鐵夾，刻度尺，小夾子。教學(xué)過程（一）課前準(zhǔn)備教師活動：課前布置學(xué)生預(yù)習(xí)本節(jié)實(shí)驗(yàn)。下發(fā)預(yù)習(xí)提綱，重點(diǎn)復(fù)習(xí)下面的三個問題： 1、推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律在本實(shí)驗(yàn)中的具體表達(dá)式。在圖1中，質(zhì)量為m的物體從O點(diǎn)自由下落，以地作零重力勢能面，下落過程中任意兩點(diǎn)A和B的機(jī)械能分別為：EA=， EB=如果忽略空氣阻力，物體下落過程中的機(jī)械能守恒，于是有圖201234s1s2s3h1h2h3h4EA=EB，即=上式亦可寫成該式左邊表示物體由A到B過程中動能的增加，右邊表示物體由A到B過程中重力勢能的減少。等式說明，物體重力勢能的減少等于動能的

3、增加。為了方便，可以直接從開始下落的O點(diǎn)至任意一點(diǎn)（如圖1中A點(diǎn)）來進(jìn)行研究，這時應(yīng)有：-本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式，式中h是物體從O點(diǎn)下落至A點(diǎn)的高度，vA是物體在A點(diǎn)的瞬時速度。2、如何求出A點(diǎn)的瞬時速度vA？根據(jù)做勻加速運(yùn)動的物體在某一段時間t內(nèi)的平均速度等于該時間中間時刻的瞬時速度可求出A點(diǎn)的瞬時速度vA。圖2是豎直紙帶由下而上實(shí)際打點(diǎn)后的情況。從O點(diǎn)開始依次取點(diǎn)1，2，3，圖中s1，s2，s3，分別為02點(diǎn)，13點(diǎn)，24點(diǎn) 各段間的距離。根據(jù)公式，t=2×0.02 s（紙帶上任意兩個相鄰的點(diǎn)間所表示的時間都是0.02s），可求出各段的平均速度。這些平均速度就等于是1，2，3，各點(diǎn)

4、相對應(yīng)的瞬時速度v1，v2，v3，.例如：量出02點(diǎn)間距離s1，則在這段時間里的平均速度，這就是點(diǎn)1處的瞬時速度v1。依次類推可求出點(diǎn)2，3，處的瞬時速度v2，v3，。3、如何確定重物下落的高度？圖2中h1，h2，h3，分別為紙帶從O點(diǎn)下落的高度。根據(jù)以上數(shù)值可以計算出任意點(diǎn)的重力勢能和動能，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。學(xué)生活動：學(xué)生看書明確實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)任務(wù)及實(shí)驗(yàn)儀器。復(fù)習(xí)用打點(diǎn)計時器測速度的實(shí)驗(yàn)，掌握用打點(diǎn)計時器測量勻變速直線運(yùn)動速度的方法。（二）進(jìn)行新課教師活動：在學(xué)生開始做實(shí)驗(yàn)之前，老師應(yīng)強(qiáng)調(diào)如下幾個問題：1、該實(shí)驗(yàn)中選取被打點(diǎn)紙帶應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是第一點(diǎn)O為計時起點(diǎn)，O點(diǎn)的速度應(yīng)為零。怎樣判別

5、呢？2、是否需要測量重物的質(zhì)量？3、在架設(shè)打點(diǎn)計時器時應(yīng)注意什么？為什么？4、實(shí)驗(yàn)時，接通電源和釋放紙帶的順序怎樣？為什么？5、測量下落高度時，某同學(xué)認(rèn)為都必須從起始點(diǎn)算起，不能弄錯。他的看法正確嗎？為了減小測量 h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些好，還是近些好？學(xué)生活動：思考老師的問題，討論、交流。選出代表發(fā)表見解。1、因?yàn)榇螯c(diǎn)計時器每隔0.02 s打點(diǎn)一次，在最初的0.02 s內(nèi)物體下落距離應(yīng)為0.002 m，所以應(yīng)從幾條紙帶中選擇第一、二兩點(diǎn)間距離接近兩年2 mm 的紙帶進(jìn)行測量；二是在紙帶上所選的點(diǎn)就是連續(xù)相鄰的點(diǎn)，每相鄰兩點(diǎn)時間間隔 t =0.02 s.2、因?yàn)椴恍枰?/p>

6、知道物體在某點(diǎn)動能和勢能的具體數(shù)值，所以不必測量物體的質(zhì)量 m，而只需驗(yàn)證就行了。3、打點(diǎn)計時器要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)，以盡量減少重物帶著紙帶下落時所受到的阻力作用。4、必須先接通電源，讓打點(diǎn)計時器正常工作后才能松開紙帶讓重物下落。5、這個同學(xué)的看法是正確的。為了減小測量 h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些好。教師活動：聽取學(xué)生匯報，點(diǎn)評，幫助學(xué)生解決困難。學(xué)生活動：學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。課余作業(yè)1、完成實(shí)驗(yàn)報告。2、完成如下思考題：（1）為進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，有下列器材可供選用：鐵架臺，打點(diǎn)計時器，復(fù)寫紙，紙帶，秒表，低壓直流電源，導(dǎo)線，電鍵，天平

7、。其中不必要的器材有： ；缺少的器材是 。（2）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時，如果以v22為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的圖線應(yīng)是 ，才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其斜率等于 的數(shù)值。（3）在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時，用打點(diǎn)計時器打出紙帶如圖3所示，其中A點(diǎn)為打下的第一個點(diǎn)，0、1、2為連續(xù)的計數(shù)點(diǎn)?，F(xiàn)測得兩相鄰計數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相鄰計數(shù)點(diǎn)間的打點(diǎn)時間間隔均為T。根據(jù)紙帶測量出的距離及打點(diǎn)的時間間隔，可以求出此實(shí)驗(yàn)過程中重錘下落運(yùn)動的加速度大小表達(dá)式為_ _。在打第5號計數(shù)點(diǎn)時，紙帶運(yùn)動的瞬時速度大小的表達(dá)式為_ _。要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，為減小實(shí)

8、驗(yàn)誤差，應(yīng)選擇打下第_號和第_號計數(shù)點(diǎn)之間的過程為研究對象。（4）某次“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，用6V、50Hz的打點(diǎn)計時器打出的一條無漏點(diǎn)的紙帶，如圖4所示，O點(diǎn)為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計數(shù)點(diǎn)為A、B、C、D，各計數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的長度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為1kg。打點(diǎn)計時器打出B點(diǎn)時，重錘下落的速度vB= m/s，重錘的動能EkB= J。從開始下落算起，打點(diǎn)計時器打B點(diǎn)時，重錘的重力勢能減小量為 J。根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點(diǎn)的過程中，得到的結(jié)論是 。 參考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低壓直流電源、天平。缺少的器材是低壓交流電源、重錘、刻度尺。（2）通過原點(diǎn)的直線、g. （3）（s6+ s5+ s4- s3- s2 s1）/9T 2，（s5+ s6）/2T，1、5.