验证机械能守恒实验教案

1、7.5实验：验证机械能守恒定律【教学目标】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.3 .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.4 .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.教教学重、难点】1 .掌握验证机械能守恒定律的实验原理.2 .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.【实验器材】 电火花计时器（或电磁打点计时器），交流电源，纸带（复写纸片），重物（带纸带夹子），导线，刻度尺

2、，铁架台（带夹子）【课时安排】1课时【教学设计】课前预学【预学内容】1.复习巩固机械能守恒定律的条件下列几种情况中，物体的机械能守恒的是（不计空气阻力）：（）A.水平推出的铅球在空中运动的过程B.沿着光滑斜面匀加速下滑的物体C.被起重机匀速吊起的物体D.物体做自由落体运动2 .受上题的启发，如果现在要用一个具体的运动实例来验证机械能守恒定律，你觉得选哪种运动来研究最简单，方便呢？说说你的理由.3 .根据你的选择，谈谈实验中要测量的物理量，要用到的实验器材，必要的实验步骤.预预学疑难】课内互动【新课导入】根据前面的学习，我们知道了物体在只有重力做功的情况下机械能守恒，那么如何用实验来验证这个定律

3、呢？这节课我们就一起来探讨这个问题.【新课教学】一、设计实验：教师活动：针对大家的预学情况，投影出几个同学的实验方案，要求大家分组讨论每个方 案的可行性.学生活动：分组讨论，并派代表发言.得出结论：自由落体运动是一种只有重力做功的最 简单的运动.12教师活动：自由落体物体初速度为零，当下落局度为h时，速度达到v,则有：mgh mv22一 12本实验中我们就要找出物体减少的重力势能mgh和物体增加的动能 -mv看看两者是否相等，如果两者相等，则验证了机械能守恒定律.提出问题：实验中我们要测量那些物理量？需要用到哪些实验仪器呢？学生活动：分组讨论，并派代表发言学生甲： 需要天平测物体的质量，刻度尺

4、测量物体下落的高度1c学生乙： 不需要测质量，因为质量可以两边约掉，只要看gh是否等于v2就可以了.2可以借助于打点计时器来测物体下落的高度以及物体的速度.另外打点计时器 的限位孔要竖直放置，所以需要用仪器把打点计时器竖直固定.教师活动：很好，质量是不需要测的，所以不需要用天平.另外我们可以用带夹子的铁架 台将打点计时器固定.提出问题：如何根据实验打出的纸带测量物体下落的距离，及物体的速度呢？学生活动：在纸带上取某点 A,测出它距第一个点的距离，即为物体下落的高度.在 A点 前后各取一个点，将 A点作为两点的中间时刻，求出前后两点之间的平均速度 即为A点的瞬时速度.教师活动：同学们讨论的都非常

5、好，那么下面我们就一起来看 看实验的具体步骤(1)按图装置固定好计时器，并用导线将计时器接到电 压合适的交流电源上(2)将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带， 使重物静 止在靠近计时器的地方.(3)接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就 在纸带上打下一系列小点.(4)换几条纸带，重做上面的实验.r -n 二、学生分组实验在学生开始做实验之前，老师应强调如下几个问题：(1)打点计时器所接电源有何要求？(2)在架设打点计时器时应注意什么？为什么？(3)实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？为什么？学生活动：思考老师的问题，讨论、交流.选出代表发表见解

6、.(1)电火花计时器要接到 220 V交流电源上，电磁打点计时器要接到4 V6 V的交流低压电源上(2)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.(3)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.学生分组进行试验，教师巡回指导三、整理、分析数据教师活动：怎样选取合适的纸带呢？学生活动：甲：选择点迹最为清晰的纸带，以便于取点计算分析乙：因为是自由落体运动，因此打第一个点时的速度必须为零，与第二个点之间的距离应为2mm.教师活动：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

7、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：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：为了减少实验误差，尽量多取几个点进行验证.大家可以列出表格如下:hvgh1 2-v2123451 C由图表可见： mgh总是近似等于 -mv2.21212提出问题：大豕有没有发现虽然 mgh总是近似等于一mv，但是mgh总是略大于一 mv ,也就是说重物减少的重力势能要略大于物体增大的动能.大家能分析一下这个现象吗？学生活动：分组讨论，并派代表回答学生甲：重物下落过程中要受到空气阻力作用，有一部分重力势能要转化为内能，所以重物减

8、少的重力势能要略大于物体增大的动能.学生乙：纸带与限位孔之间可能也或多或少存在一些摩擦教师活动：大家分析得很对，为了减小实验误差，应尽量减小重物下落时纸带所受的阻力.因此我们对重物的选择就有一定的要求了，最好选择质量大，体积小的重物，以减小空气阻力对实验的影响，但是，空气阻力总还是存在的，所以，所 以实验中重力势能的减小量应总大于动能的增加量，这样才是符合实际的 四、得出结论：学生活动：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.【课堂小结】本节课我们通过对自由落体的研究，验证了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

9、持不变.在该实验中，我们都是从起点开始测物体 下落的距离，从而进行验证.如果某同学不慎将纸带开始的一部分撕坏了，那么可以用该 纸带来进行数据处理，从而进行验证吗？这个问题留给大家课后思考.课后提升1 .在 验证机械能守恒定律”的实验中，需要直接测量和间接测量的数据是重物的（）A.质量 B.下落时间C.下落高度D.瞬时速度2 .选择纸带时，较为理想的是（）A.点迹小而清晰的B.点迹粗的C.第一、二点距离接近 2mm的 D.纸带长度较长的（40-50cm）3 .在 验证机械能守恒定律”的实验中，有下列器材可供选择：铁架台（含夹子）、打点计时器、复写纸、低压直流电源、天平、 秒表、导线、开关.其 中

10、不必要的器材是 .缺少的器材是 .4 .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.5 .下列实验步骤中，合理的顺序是 A .把重物系在夹子上，纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系重物的夹子，让 夹子靠近打点计时器.B.把打点计时器接入学生电源交流输出端，输出电压调在6V.C.把打点计时器固定在铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上.D.拆下导线，整理器材.E.接通电源，释放纸带.F.断开电源，更换纸带.再进行两次实验.G.在三条纸带中选取最合适的一条，再纸带上选几个点，进行数据处理.6 .在做 验证机械能

11、守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图所示，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，纸带运动的瞬日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.7 .在 验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,查得当地的重力加速度 g=9. 80m/s2.某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时计数点对应刻度尺上的读数如图所示.图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取出的计数点.根据以上数据，可知重物由。点运动到B点时：(1)重力势能的减少量为多少？(2)动能的增加量是多少？(3)根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？教学反思参考答案7.7验证机械能守恒定律实验课后提升1 .CD 2.AC 3.不必要的有：天平、秒表、低压直流电源；缺少的有