教学案例——验证机械能守恒

1、新授课(2课时) §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

2、.【教学重点、难点】 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.    【教学方法】  探究、讲授、讨论、练习    【教具准备】重物、电磁打点计时器以及纸带、复写纸片、电源、刻度尺【教学活动】    教师学生新课导入上一节课我们学习了机械能守恒定律,我们首先采复习一下什么叫做机械能守恒定律?在只有重力或弹力做功的物体系统内,动能与势能可

3、以相互转化,而总的机械能保持不变.这叫做机械能守恒定律.机械能守恒的条件是什么?只有重力和弹力做功你能够想到的最简单的机械能守恒的运动是什么？自由落体运动我们要想推导出机械能守恒定律在自由落体中的具体表达式,可以根据什么来进行推导呢?1. 可以通过牛顿运动定律进行推导2. 2:可以根据动能定理进行推导.新课教学1.推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。在右图中,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: EpA= mgh1+mv12/2EkB=mgh2+mv22/ 2如果忽略空气阻力,物体下落过程中的机械能守恒,于是有  

4、;  EA=EB,即mgh1+mv12/2= mgh2+mv22/ 2上式亦可写成mv22/ 2mv12/2=mgh1 mgh2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: mgh= mv12/2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,v1是物体在A点的瞬时速度。2根据原理猜测实验器材在做实验之前,我们首先要明确这样几个问题,首先这个实验需要什么器材?最容易想到的器材是重物、电火花打点计时器以及纸带.复

5、写纸片.电源及刻度尺.打点计时器的作用是什么?记录在纸带上打的点,用这些点来求出物体在经过某一点的速度.重物选取的原则是什么?为什么?密度比较大,质量相对比较大,可以减小因为空气阻力带来的误差.1、实验中还有哪些应该注意的地方?2、这样做的目的是什么?1、计时器要稳定在试验台上,计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向, ,计时器距地面的距离大约是1 m. 2、计时器平面与纸带限位孔在竖直方向上的目的是减小摩擦以减小实验误差的产生,计时器距地面的距离较大的目的是能够有充足的时间使重物下落,以便在纸带上能够打出较多的点,有利于进行计算.实验中的误差主要来源于哪里?重物和纸带下落过程中要克服阻力,主要

6、是纸带和计时器之间的摩擦力,计时器平面不在竖直方向上;纸带与计时器不平行:交流电的频率不等于50 Hz测量数据时的误差等等1.过程开始和终结位置是怎样选择的？2.这样选取的目的是什么?1.实验用的纸带一般小于1 m,从起始点开始大约能打出20个左右的计数点,终结位置的点可以选择倒数第一个点或者倒数第二个点,从这一个点向前数4-6个点当开始的点.2. 这样选取的目的是可以减小这两个点瞬时速度和两点之间的距离(高度h)测量的误差在实验中是不是要先进行测量重物的质量呢?不需要测量重物的质量,因为这个物理量在式子两边可以约掉.3.如何计算重物经过某一点的速度VB和下落高度h（本部分内容上学期实验课有过

7、学习和达标要求，在此处进行复习）   1.如何求出B点的瞬时速度vA? VB=AC/tAC 即：B点的瞬时速度等于之前一点和之后一点间（即AC两点间）的平均速度；2、如何确定重物下落的高度?   图上各长度分别为纸带从O点下落的高度。在处理纸带时,是不是要像我们以前做的那样,每隔五个点取一个计数点,也就是说每0.1 s为一个时间间隔呢?如果时间间隔是0.1s,由于自由落体加速度较大,很容易出现纸带上点数不够用的情况,所以时间间隔不能太长.4.参考实验步骤下面我们准备进行实验,在进行实验之前还应该做几件事情!首先是确定实验的步

8、骤,大家分组讨论一下,然后得出一个比较合理的实验步骤.(学生讨论实验的步骤,教师巡回指导,帮助能力较差的学生完成实验步骤)1.把打点计时器固定在试验台上,接好电源。2.把纸带的一端固定在重锤上,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手竖直提起纸带,使重锤停靠在打点计时器附近.3.接通电源,待计时器打点稳定后再松开纸带,让重锤自由下落,打点计时器应该在纸带上打出一系列的点.4.重复上一步的过程,打三到五条纸带.5.选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2 mm的纸带,在起始点标上0,以后各点依次为1、2、3用刻度尺测量对应下落的高度h1h2h3,记人表格中.6.用公式vn=（hn+1+hn-1）/2t

9、,计算出各点的瞬时速度并记录在表格中.7.计算各点的重力势能的减少量mgh。和动能的增加量mvn2/2,并进行比较.看是否相等,将数值填人表格内.在其中的几步中,提到了要把数据填人表格,那么我们应该设计一个什么样的表格来适应于实验呢?(学生思考表格的设计方法,独立完成表格的设计)(参考表格)5.注意事项在学生开始做实验之前,老师应强调如下几个问题:1、在架设打点计时器时应注意什么?为什么?2、实验时,接通电源和释放纸带的顺序怎样?为什么?   思考老师的问题,讨论、交流。选出代表发表见解。1、 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

10、纸带下落时所受到的阻力作用。2、 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。【作业】         1、完成实验报告。2、完成如下思考题:    (1) 为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选择：铁架台、打点计时器以及复写纸、纸带、低压直流电源、天平、秒表、导线、电键，其中不必要的器材是，缺少的器材是            

11、;    。    (2) 在“验证机械能守恒定律”的实验中，需要直接测量的物理量是，间接测量的物理量是    (3) 在“验证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频率为50 Hz，当地重力加速度的值为9.80 m/s2，测得所用重物的质量为1.00 kg甲、乙、丙三学生分别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18cm、0.19cm和0.25cm可见其中肯定有一位学生在操作上有错误，错误操作是： a若按实验要求正确地选出纸带进行测量，量得连续三点A、B、C到第一个点的距离如图所示（相邻计数点时间间隔为0.02 s），那么：（1）纸带的端与重物相；b.打点计时器打下计数点B时，物体的速度vB=；c.从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少量是Ep= ，此过程中物体动能的增加量Ek=（取g=98 m/s2）；d.通过计算，数值上EpEk（填“”“=”或“”）这是因为；e.实验的结论是 【板书设计】7.9 实验:验证机械能守恒定律一、实验方法    验证用自由落体运动中机械能守恒二、实验原理三、实验仪器        四、注意事项&