79实验验证机械能守恒定律

1、7.9 实验：验证机械能守恒定律物理高一 (6) 班 刘新明一、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。二、教学重、难点：掌握验证机械能守恒定律的实验原理，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。三、教学过程：在图 1 中，质量为m 的物体从O 点自由下落，以地

2、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 mvA2mghA ，EB =1 mvB2mghB22如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有EA =EB，即：1 mvA2mgh A =1 mvB2mghB22上式亦可写成 1 mvB21 mvA2mgh AmghB22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。师：有了机械能守恒定律的理论知识，我们该设计怎样的实验情景来验证呢？生：自由落体运动、平抛运动、光滑斜面上的加速下滑运动等等。不管设计什么样的实验情景，我

3、们必须明确一个事情，那就是该实验过程中只有重力做功（这是机械能守恒的条件） 。师：比较而言还是自由落体运动这样一个实验情景最简单，如果选择自由落体运动来验证机械能守恒，你需要哪些实验器材呢？1生：最容易想到的器材是重物，电磁打点计时器以及纸带，复写纸片，低压电源及两根导线，铁架台和铁夹，刻度尺，小夹子。师：打点计时器的作用是什么?生：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。师：低压交流电源是不是必需的？生：低压交流电源并不是必需的，如果采用的是电火花计时器时，它所需要的电压是交流220V ，所以不需要低压电源。师：重物选取的原则是什么?为什么 ?生：密度比较大，质量相对比较大

4、，可以减小因为空气阻力带来的误差。师：选择好了器材并弄清楚了某些器材的用途，下面我们就可以进行实验了，在进行实验之前还应该做一件重要的事情拟定实验的步骤。实验仪器就摆在你的面前，请你设想一下该如何一步步的操作？并把实验步骤写在学案上，待会儿我会请一个同学说一说他的实验步骤，我们大家一起讨论一下，得出一个比较合理的实验步骤。经老师和学生共同讨论的实验步骤如下：1把打点计时器安装在铁架台上2将纸带穿过计时器的限位孔，下端用夹子与重物相连3用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近4接通电源，待计时器工作稳定后释放纸带5及时切断电源，取下纸带6更换纸带，重复以上步骤，打三到五条纸带7整理器材，使器

5、材复位师：下面请同学们按照这个比较合理的实验步骤动手做实验吧，做完实验请把仪器整理好。 （学生动手实验，教师巡回指导，帮助能力较差的学生完成实验）师：大部分同学都打出了至少三条纸带了，少部分同学还没做好，时间关系，我们不等了，下面请同学们从你的纸带中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(学生挑选纸带并动手标记计数点)师：有了这条标记好的计数点的纸带，下面就是要对纸带进行数据处理，在处理数据之前，让我们思考学案上两个关键性的问题：1如何确定某计数点的速度？2如何确定重物下落的高度？1如何确定某计数点的速度？2根据做匀加速运动的

6、物体在某一段时间t 内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出某点的瞬时v。图 2 是竖直纸带由下而上实际打点后的情况。从开始依次取点 1，2，3， 图中 s1，s2，s3， 分别0 2 点， 1 3 点， 2 4 点 各段间的距离。根据公式 vss（纸带上任意两个， t=2×0.02t的点间所表示的时间都是0.02s），可求出各段的平均度。这些平均速度就等于是1，2， 3， 各点相对瞬时速度v1， v2， v3， 例如：量出 0 2 点间距离s1，则在这段时间里的速度 v1s1 ，这就是点 1 处的瞬时速度 v1 。依次类推t出点 2， 3， 处的瞬时速度v2， v3， 。4h

7、43s3s2h32s1h2 1h10图 2速度O 点为相邻速应的平均可求2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。师：解决了这两个问题，我们就可以求出各个计数点的速度，算出各个计数点所对应的物体的动能；可以量出各个计数点高度，算出各个计数点所对应的重物的的重力势能，计算重力势能要注意一下，如果取0 点位零势能面，则计数点1 的重力势能应该是负的（重物下落的过程中重力势能减少）。下面请同学们同手处理数据，把数据填到学案上的表格中去。各计数点l2345从6下落高度 (m)表 格 上速度 (m/s)的 机 械势能 (J)能 一 栏动能 (J)的 数

8、据机械能 (J)我 们 很容易看出，各个计数点（对应物体）的机械能接近相等，在误差允许的范围内，我们说物体下落过程的机械能守恒。师：如果我们把两个计数点的势能、动能都相减的话，你会又有什么样的发现呢？生：相减的绝对值近视相等。3师：说明了什么道理呢？生：动能的增加量近视等于重力势能的减少量。师：“近视等于”这个词用的非常好，因为实验总会有误差的，所以不可能绝对的相等的，但是为什么动能的增加量总是小于重力势能的减少量呢？这是我们做完实验应该思考的第一个问题。因重物下落过程中纯在阻力（空气阻力以及纸带与计时器的摩擦阻力），阻力做负功，使得重物的机械能有所损失。故重力势能不能全部转化为动能，所以动能的增加量总是小于重力势能的减少量。为了减少空气阻力的影响，所以我们选择了一个密度大点重物；减少纸带与计时器的摩擦阻力，我们可以将计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向。第二个问题：为什么不用天平称重物的质量？因为这个物理量在式子两边可以约掉。第三个问题：为什么我们选择第一、二点间距离接近2mm 的纸带进行测量