验证机械能守恒定律教案人教课标版实用教案

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第节实验：考据机械能守恒定律

适用年级：高一，所需课时：

作者姓名：渐怀起，单位：枣庄八中南校

课时

。

。

【授课目的】

〔介绍本课时内容在本章中的作用，主要学习内容，详尽细化的三维学习目标，

重点、难点，学习本节学生的优势和缺乏，主要学习活动和预期学生表现性成就。〕

本节在本章中的作用：

本实验属考据性学生实验，要掌握实验方法和技巧、实验数据的采集与办理，解析实验误差，从而不但从理论上认识机械能守恒定律，而且经过实质观察从感性上增加认识，深入对机械能守恒定律的理解。教材中介绍了测量瞬时速度的更为简单而正确的方法，要理解其道理。但是作为教者，却不能够僵直对教材“俯首贴耳〞，实质操作中可对装置受骗时器的安装稍作改良──降低计时器高度，这样

一来诚然纸带的利用率降低，但其有效长度的利用依旧是足够的。本节课经过实

验经历了一次科学研究的全过程，会领悟到发现、创立和成功的乐趣,对机械能守恒定律及条件有了深刻认识。

【三维学习目标】

知识与技术

、掌握考据机械能守恒定律的实验原理、实验方案以及设计思路。

、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。

过程与方法

经过用纸带与打点计时器来考据机械能守恒定律，体验考据过程和物理学的研究方法。

感情、态度与价值观

经过实验考据，领悟学习的快乐，激发学习的兴趣；经过亲自实践，成立“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，培养学生脚扎实地的科学态度。

【授课重点】

掌握考据机械能守恒定律的实验原理。

【授课难点】

考据机械能守恒定律的误差解析及怎样减小实验误差的方法。

【授课方法】

研究、解说、谈论、学生分组实验、练习。

学习本节学生的优势和缺乏

本节教材诚然没有给出实验思路但是前面实验的连续，其中的一些重点环节如打点计时器的用法、纸带的办理等都是我们已经接触的，学生设计和应用起来比较顺手。由于教材没有给出详尽的实验原理及方案对于局部学生而言进一步想清楚有些难度。

主要学习活动和预期学生表现性成就

.能依照详尽的物体运动模型，能设计考据明验方案。

.能依照实验方案，进行实验操作、记录及数据办理并得出实验结论。

学情解析：

由于本节实验安排在机械能守恒定律学习此后进行的，学生对实验的方案及思路比较清楚很简单引导到位。对实验的一些详尽本卷须知也有必然的经验，但很难

学习活动设计(针对本课时选择的活动形式及过程)

想的全面，因此课堂上以思虑题的形式给出，这样学生在实验中能够较好的注意

到。对数据的办理及实验结论的得出也能够进一步广阔学生的视野,提升科学涵养等方面都会产生积极的影响。

所需授课资源(列出学习过程中所需的各种支持资源)

【授课用具】

教学设计、多媒体课件〔配套设备〕、电火花计时器、重物、纸带、复写纸片、铁架台、烧瓶夹、电源、刻度尺。

授课支持环境：带有多媒体的实验室。

【谈论设计】

经过活动、活动使学生明确实验的目的、原理及使用的器材完成对自主学习第题〔〕的完成。

经过活动使学生在做实验前明确实验的步骤及本卷须知。

经过活动、活动使学生亲自体验实验操作，培养学生团结合作、分工协作配合的能力和办理实验数据的能力。完成对自主学习第题〔〕的完成。

经过活动依照提示试一试用图像法办理数据，培养学生掌握用数学知识办理物理问题。

经过活动使学生思虑坚固实验知识练习

活动序次及学生活动时间安排

学生仔细阅读教材并思虑：

、明确本实验要考据的表达

1mvA2mgh式，2(为初步点)活动式中是物体从点下落至点的〔分高度，是物体在点的瞬时速钟〕度。、不用然，假设不测量物体的质量，而只要考据122vnghn就行了。

课

时

明确本实验的目的和原理

1mvA2mgh2。活动明确器材包括：电火花计时〔分钟〕器、重物、纸带、复写纸片、铁架台、烧瓶夹、交流电源、刻度尺。

教师活动

教师利用教学设计引导学生仔细阅读课本完成以下问题：〔多媒体投影〕

、据图的重物下落的运动模型推导出机械能守恒定律在本实验中的详尽表达式。

、该实验中可否必然需要测量重物的质量？为什么？

、据图怎样求出点的瞬时速

度？

(依照做匀加速运动的物体在某一段时间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。)

一、实验介绍

．实验目的：考据机械能守恒定律。

．实验原理：本实验考据极其简单状况下的机械能守恒──自由落体运动。而且，针对的是及其特其他过程──从释放点到某地址。

计量重力势能的改变时，只要测量出过程高出的高度，结合当地的重力加速度即可。计量动能改变时，启用了打点计时器──依照打出的纸带求末状态的瞬时速度〔依照“匀变速运动的平均速度等于中间时刻的瞬时速度〞〕。

、实验器材：据图引导学生结合实验原理明确这个实验需要什么器材?

设计妄图

课堂问题引入，创立情

景,有目的激发学生研究的欲望和热情。

明确实验目的、原理、需要的器材。从而据原理得出需要测量的量。

、思虑谈论明确实验步骤二、实验步骤：

．按图安装实验器材，接通电据教材引导学生确定实验步

源前，用手提升纸带至重锤靠骤。

近打点计时器处。〔纸带上端

最好不要悬空提着，而要用手

按在墙上，这样可保证下落的

初速度为零，而且纸带上打出找学生答复。〔多媒体投影〕

的第一个点是清楚的一个小

点。〕

活动

〔

钟〕

据实验步骤提出问题：．先接通电源，待计时器打点、怎样确定起点〔点的速度应坚固后再松开纸带，让重锤自为零〕怎样鉴识呢？分由下落，打点计时器应该在纸、在架设打点计时器时应注意带上打出一系列的点．关闭电什么？为什么？源，取下纸带备用。、实验时，为什么先接通电源．重复步骤两次，打出条纸带。和释放纸带的序次怎样？来．取点迹清楚的纸带，尔后在源、测量下落高度时，某同学纸带上任取个连续的点〔或间以为必定从初步点算起，不能够隔点数相同的弄错。他的见解正确吗？为了点〕．．．．，〔为减小测量值的相对误差，采用了减小测量值的相对误差，选的各个计数点要走初步点合适取的各个计数点要走初步点远些好，还是近些好？远些，纸带也不宜过长，约

40cm即可〕如以以下图所示。

．考据点到点过程机械能守恒

的方程为：，其中

为点到点〔或点到点〕之间的

时间间隔，若是在误差赞同的

范围内等式成立，试验就是成

培养学生发散思想能力，明确实验本卷须知。培养学生全面思虑问题的能力，确定实验步骤，

功的。同理，能够考据点到点

过程、点到点过程的机械能是

否守恒。

．拆下器材，放回原处。

、思虑老师的问题，谈论、

交流。选出代表公布见解。

、由于打点计时器每隔打点

一次，在最初的内物体下落

距离约为，因此应从几条纸带

中选择第一、二两点间距离接

近的纸带进行测量；]

、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

带下落时所碰到的阻力作用。

、必定先接通电源，让打点

计时器正常工作后才能松开

纸带让重物下落。

、这个同学的见解是不正确

的。能够用下面的公式解决。1mvB21mvA2mghAmghB22为了减小测量值的相对误

差，采用的各个计数点要离起

始点合适远些好。

在学生实验小组分工明确的经过教学设计要修业生分组谈论确前提下开始分组实验。定实验的步骤，巡回指导，帮把实验中获得的数据填入学助能力较差的学生完成实验。活动案中的表格〔分谈论在实验过程中表现突出的钟〕小组，要求将记录的数据保存好。

使学生亲自体验着手操作学生实验。

．用公式vnhn1hn1，2t算出各点的瞬速度、、⋯⋯．算各点的重力能的减少量。和能的增加量1mv2，并行比．看可否2相等。活〔分〕理数据并能敬爱事通告。

小内明确只要加速度，机械能就守恒，相当

于用机械能守恒定律机

械能守恒定律。

三、数据理投影学生的告，

明确是在差允的范内

机械能守恒。

引学生解析差

生的原因：激学生探

1．阻力影响。保括空气阻究的力、与器阻趣，引学

力。生解析数据

2．数差。的趣

一步提出：可否用或

gh算速度。

：可否用其他方法比方像法。〔提示：若是以／，以横〕

活依照提示用像法〔分理数据。〕

投影学生的像，引学生确定数据出的是原点的直，才能机械能守恒定律，其斜率等于的数

培养学生掌握用数学知理物理

活利用自主学第完成学生思虑并完成坚固坚固学生〔分指点局部学生有诱惑的地方用知能力〕

授课价可谈论的学习要素

．活动、、、学生的参加度

谈论方法：教师现场谈论

谈论指标：学生可否积极思虑问题，答复以下问题可否正确和全面，语言表达可否清楚条理。

．活动、、小组合作研究试验

谈论方法：使用量规〔自评小组内互评师评〕

谈论指标：小组内积极参加，能主动交流，亲自着手做一做试验，得出正确

合理的结论，表述正确简洁。

．学生能宣布活动的结果

谈论方法：教师现场谈论，学生互评

谈论指标：思路清楚度、语言组织能力、正确度和概括能力

授课资料

考据机械能守恒定律实验的几种常有设计

在不涉及弹性势能时，机械能守恒的条件是，在物系通通的运动过程中只有重力做功。这时可是重力势能与动能的相互转变，系统增加〔或减小〕的重力势能等于减少〔或增加〕的动能。要用实验考据这一关系，需测出运动过程中物系通通内各物体的高度变化，从而计算系统重力势能的变化量，这能够用刻度尺测量。测需要测出系统中各物体的初、末速度，从而计算系统动能的变化量，这能够用打点计时器、光电门、速度传感器等测量，也能够利用其他物理规律测量。

完成此实验，一是机械能守恒条件的创立，即让无弹性形变的物系通通只受重力这一外力的作用，或虽有非重力作用，但它们不做功；二是测算出运动过程

中两个状态间系统减少的重力势能与增加的动能；三是比较与

在误差范围内可否相等。由于空气阻力及摩擦力的不能防范，总有>。

一、利用打点计时器进行考据

．物体做自由落运动

一般以重锤从自由落体运动开始时刻〔纸带上的第一个点〕到此后的某一合适时刻〔纸带上最后一个点从前的某点〕进行研究。实验时，先接通打点计时器

电源再释放纸带，在打出的纸带中，采用第一、二点间距最凑近2mm的纸带进

行测量。测出第点到第点的距离，那么重锤重力势能的减少量为；打出

这两点的时间间隔为〔是交流电的频率〕，由匀变速直线运动平均速度的推论

、平均速度的定义式及，可知打第点时重锤的瞬时速度为

，重锤动能的增量为。由于要比较可否相等的

与都是的倍数，因此本实验不需要测量重锤的质量。

例．某同学用图〔〕所示的实验装置考据机械能守恒定律。打点计时器所用电源的频率为，当地重力加速

度为9.80m。实验中该同学获得的

一条点迹清楚的完满纸带如图〔〕

所示。纸带上的第一个点记为，另

选连续的三个点、、进行测量，图中

给出了这三个点到点的距离、和的

值。答复以下问题〔计算结果保存

位有效数字〕〔〕打点计时器打点时，

重物速度的大小；〔〕经过解析

该同学测量的实验数据，他的实验

结果可否考据了机械能守恒定律？

简要说明解析的依照。

答案：，能考据。

解析：由匀变速直线运动一段时间里的平均速度等于这段时间的重点时刻的瞬时

速度的推论可知：。那么从重锤开始下落道打

出点，重锤增加的动能，减少的重力势能为

。由于近似等于，因此该实验考据了机械能守恒定

律。

【谈论】该实验中，由于纸带的阻力、空气阻力的存在，重锤减少的重力势

能大于增加的动能。

．两物系通通在竖直方向的匀加速运动

利用图所示实验装置，可考据、〔<〕组成的系统机械能可否守恒。让从高处由静止开始下落，两物体均做匀加速直线运动，拖着的纸带将被打出一系列的点。假设先接通打点计时器电源，尔后释放，测出纸带上第点到第点的距

离，那么系统重力势能的减少量为；打出

所研究的两点的时间间隔为〔是交流电的频率〕，打第点

时的两物体的瞬时速度均为，那么系统动能的增量为

。由于要比较可否相等的与的表

达式是两物体质量的不同样组合，因此本实验需要测量两物体各自的质量。

例．以以下图，两个质量各为和的小物块和，分别系在一条超出定滑轮的软绳两

端，＞，现要利用此装置考据机械能守恒定律。

〔〕假设选定物块从静止开始下落的过程进行测量，那么需要测量的物理量

有。

①物块的质量、；②物块下落的距离及下落这段距离所用的时间；③物块上升的距离及上升这段距离所用的时间；④绳子的长度。

〔〕为提升实验结果的正确程度，某小组同学对此实

验提出以下建议：①绳的质量要轻：②在“轻质绳〞的前提下，绳子越长越好；③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；④两个物块的质量之差要尽可能小。

以上建议中确实对提升正确程度有作用的是

。

〔〕写出一条上面没有提到的提升实验结果正确程度有益的建议：

答案：〔〕①②③；①③

。

解析：本实验是经过比较物系通通运动中，减少的重力势能与增加的动能可否相等，来考据机械能守恒定律。因此，本实验应以、及连绳整体作为研究对象。

实验中，由静止释放后，三者一同在向下合力作用下，匀加速运动。

假设能测出两物体的质量，下降的距离或上升的距离，测出运动的时间，可由匀变

速直线运动的平均速度公式算知物体的末速度，最后求得整

体减少的重力势能和增加的动能，看二者可否相等。

上述解析的前提是不计空气的阻力，不计滑轮的摩擦，不计绳的质量及形变。这样就要求绳子越轻越好，弹性越小越好，不宜太长，长了形变对实验的影响越大。、相差越大，整体所受阻力相对于合力对运动的影响越小。这些都是减小系统误差，提升实验正确程度的做法。

【谈论】实验问题的解析，重点是实验原理。

．小车在滑板上的匀加速运动

以以下图装置中，测出小车质量和小

桶与沙的总质量，安装好仪器器材后，使

滑板合适倾斜以平衡滑动摩擦力，平衡掉

滑动摩擦力此后，就相当于不受摩擦力的

作用。先接通电源，再释放小车，从打出

的纸带上，选出两个合适点进行测量与计

算。以小车、沙桶系统为研究对象，测出

两点距离，那么系统减少的重力势能为：

；利用匀变速直线运动“一段时间的中点时刻的速度等于这段时间里

的平均速度〞的推论及平均速度的定义，可算出打出所选的两点时小车及沙桶的

速度、，系统增加的动能为：。

二、利用光电门进行考据

以以下图，将气垫导轨倾斜放置，滑块在自己重力作用下沿导轨〔圆滑斜面〕匀加速下滑。、为固定在导轨上的两个光电门，利用与其连接的光电计时器，可

测出滑块通的时间，利用游标卡尺测出滑块上遮光条的宽度，可算出滑块经过光

电门的速度为，这样就可以计算出

物体在两个光电门间运动时动能的增加量。测

出两光电门中心间距，导轨两端的水平距离，

两端的高度差，可计算出物体在两个光电门间

运动时重力势能的减少量为：

。假设滑块经过两个光电门

的时间分别为、，那么滑块动能增加量为：。

三、利用平抛运动进行考据

图装置中，圆滑弧形轨道竖直置于高度为的桌面，轨道下端切线保持水平，

将小滑块从轨道上距桌面高度处由静止释放，滑块走开轨道后平抛运动落至地

面，测出落点与轨道下端的水平距离，由平抛运动公式可算知滑块走开轨道时的

速度为。滑块从释放到走开轨道，减少的重力势能为：，

增加的动能为：。

例．利用图装置可考据机械能守恒定律。圆滑弧形轨道竖直置于高度为的桌面，轨道下端切线保持水平。〔〕将小滑块从轨道上距桌面高度处由静止释放，滑块走开轨道后平抛运动落至地面，测出落点与轨道下端的水平距离。假设小滑块质量为，那么滑块从释放到经

过轨道尾端，减少的重力势能，增加的动能

；

〔〕由于阻力，实验中利用实验数据算出的和

对应的之间的关系是：〔>、、<〕。

〔〕上述实验中，也可改变，屡次重复操作，测出和对应的，如机械能守恒，

那么和满足关系式。

〔〕某同学以为横轴、为纵轴，利用测得的和对应的数据，在坐标平面描点

连线获得了滑块运动的图像，假设图像是〔过原点的倾斜直线、过原点的曲

线〕，那么证明滑块在轨道上运动时。

答案：〔〕，〔分〕；〔〕>；〔〕；〔〕过原点的倾斜直线，

机械能守恒。

解析：由平抛运动公式可算知滑块走开轨道时的速度为。滑块从释

放到走开轨道，减少的重力势能为：，增加的动能为：

；由于摩擦及空气阻力，小球在轨道上运动时，战胜阻力

做功，>；假设机械能守恒，那么有，即。解得：。由此可

知图像为过原点的倾斜直线。

【谈论】注意将与实验原理有关的非线性关系式改造成线性关系式。

四、利用系统考据

如图〔〕所示，利用系统可考据摆球运动中的机械能守恒。实验中系统将显示出摆球的重力

势能、动能、机械

能随摆球走开平

衡地址的高度变

化的图象如图〔〕

中的丙、乙、甲所

示，从图象可知，

在任何高度时，摆

球的机械能〔动能

与重力势能的和〕

保持不变。

【课后作业】

将课后第、题做到作业本上

【使用建议】

成功之处：此节内容学习利用教学设计，学生能在问题引领下成功的设计好实验，理解实验的原理，知道实验的步骤，办理好实验中需要办理的问题，学生能积极参加课堂，积极思虑问题，能较好的答复提出的问题，课堂气氛很爽朗。自

主学习和相互谈论和交流加强学生之间的互动，加强了学生之间的关系，也促进学生积极去思虑问题，积极主动亲自去着手实验获得了自己研究所得的欢乐。

遗憾之处：、由于时间、方法限制，学生自由发挥的不是很多、学生分工合作方面不是很好，局部同学参加较少。、实验操作不仔细，结果误差较大。

、数据办理时