2022年《实验验证机械能守恒定律》示范教案

1、7.9 试验 : 验证机械能守恒定律【教学目标】学问与技能1、会用打点计时器打下的纸带运算物体运动的速度；2、把握验证机械能守恒定律的试验原理；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争论方法；情感、态度与价值观 通过试验验证,体会学习的欢乐,激发学习的爱好；通过亲身实践,树立“ 实践是检验 真理的唯独标准” 的科学观；培育同学的观看和实践才能,培育同学实事求是的科学态度；【教学重点】把握验证机械能守恒定律的试验原理；【教学难点】验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小试验误差的方法；【教学课时】1 课时【自主学习】为进行验证机械能守恒定律的试验,有以下器材

2、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, 如物体自由下落 H高度 时速度为 V,应有 MgH= ,故只要 gH=1/2V 2 成立,即可验证自由落体运动中 物体的机械能守恒；在打出的各纸带中选择出一条点迹 的纸带；,且第 1、2 两打点间距离接近测定第 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,假如以 v 22 为纵轴,以 h 为横轴,依据试验数据绘出的图线

3、应是,才能验证机械能守恒定律,其斜率等于 的数值；【探究学习】课前预备 老师活动：课前布置同学预习本节试验；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试验中的详细表达式；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= 1 mv 2A mgh A,EB= 1 mv B 2 mgh B2 2假如忽视空气阻力,物体下落过程中的机械能守恒,于是有EA=EB,即12 mv Amgh A=12 mv Bmgh BA22上式亦可写成12 mv B12 mv Amgh Amgh B22该式左边表示物体由A 到

4、 B 过程中动能的增加,右边表示物体由A 到 B 过程中重力势能的削减；等式说明, 物体重力势能的削减等于动能的增加；为了便利, 可以直接从开头下落的O 点至任意一点（如图1 中 A 点）来进行争论,这时应有：12 mvAmgh-本试验要验证的表达式,式中h 是物体从O 点下落至2点的高度, vA 是物体在A 点的瞬时速度；4 2、如何求出A 点的瞬时速度vA？依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s3 s2 3 h4 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形；从O 点开头依次取点1,2,s1 2 h3 3, 图中 s1,

5、s2,s3, 分别为 02 点,13 点,24 点 各段间的h2 距离；依据公式vs,t=2 0.02 s（纸带上1 th1 任意两个相邻的点间所表示的时间都0 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 各点相对应的瞬时速度v1,v2,v3, .例如：量出 02 点间距离s1,就在这段时间里的平均速度v 1s 1,这就是点1t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；依据以上数值可以运算出任意点的重力势能和动能,从而验证机械能守恒定律；

6、同学活动：同学看书明确试验的各项任务及试验仪器；复习用打点计时器测速度的 试验,把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 老师活动：在同学开头做试验之前,老师应强调如下几个问题：1、该试验中选取被打点纸带应留意两点：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留意什么？为什么？4、试验时,接通电源和释放纸带的次序怎样？为什么？5、测量下落高度时,某同学认为都必需从起始点算起,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,仍是近些好？同学活动：摸索老师的问题,争论

7、、沟通；选出代表发表见解；1、由于打点计时器每隔 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、由于不需要知道物体在某点动能和势能的详细数值,所以不必测量物体的质量m,而只需验证12 v ngh n就行了；23、打点计时器要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直平面内,以尽量削减重物带着纸带下落时所受到的阻力作用；4、必需先接通电源,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

8、的；为了减小测量 计数点要离起始点适当远些好；老师活动：听取同学汇报,点评,帮忙同学解决困难；同学活动：同学进行分组试验；h 值的相对误差, 选取的各个【课堂训练】（1）为进行“ 验证机械能守恒定律” 的试验,有以下器材可供选用：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,假如以 v 22 为纵轴,以 h 为横轴,依据试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” 的试验时,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

9、、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；依据纸带测量出的距离及打点的时间间隔,可以求出此试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,为减小试验误差,应选择打下第 之间的过程为争论对象；（4）某次“ 验证机械能守恒定律” 的试验中,用_号和第 _号计数点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/s 2,如重锤质量为 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；从开头下落算起,打点计时器打B 点时,重锤的重力势能减小量为J；依据纸带供应的数据,在误差答应的范畴内,重锤从静止开头到打出 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；缺少的器材是低压沟通电源、重锤、刻度尺；（2）通过原点的直线、g. （3）（ s6+ s5+ s4- s3- s2 s1）/9T