实验验证机械能守恒定律

实验验证机械能守恒定律第1页，共23页。1．理解实验的设计思路，明确实验中需要直接测量的物理量．2．知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法．3．能正确进行实验操作，能根据实验数据的分析得出实验结论，能正确分析产生实验误差的原因，并会采取相应措施减小实验误差．

教学目标第2页，共23页。【重点】掌握验证机械能守恒定律的实验原理．【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．重点难点第3页，共23页。本实验是一个综合性实验，综合前面所涉及的纸带处理，瞬时速度的计算，阻力对结果的影响和误差分析等内容．误差主要来源于纸带数据的处理及点与点测量的读数上的误差和各种阻力产生的误差．还有注意必须先接通电源后放开纸带，以及起始点的选取．通过实验引导学生自行分析误差的产生原因和减小误差的方法，培养学生自行探究问题，处理数据的能力.教学建议第4页，共23页。【导入一】师：上一节课我们学习了机械能守恒定律，我们首先复习一下什么叫作机械能守恒定律．生：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变．这叫作机械能守恒定律．师：上一节我们分别根据牛顿运动定律和动能定理推导出机械能守恒定律，今天我们通过实验探究一下理论推导结果和实际情况是否一致．新课导入第5页，共23页。【导入二】回顾：动能和重力势能的概念．提问：什么是机械能？情景创设(视频)：瀑布、跳高

请同学们根据提供的情景，描述它们的动能、重力势能是如何变化和转化的？生：水从高处下落：水的重力势能转化为动能．跳高：运动员向上跳高的过程中，动能减小，重力势能增加；减小的动能转化为增加的重力势能．向下则反之．新课导入第6页，共23页。通过以上事例的分析，通过上节的学习我们知道减小的重力势能与增加的动能应该相等，是不是真正相等呢？学生猜想：现在就通过探究来验证我们的猜想是否正确．提问：要探究一个物理问题可以从几方面来探究？新课导入第7页，共23页。学习互动【实验目的】1．理解实验的设计思路，明确实验中需要直接测量的物理量．2．知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法．3．能正确进行实验操作，能根据实验数据分析得出实验结论，能正确分析产生实验误差的原因，并会采取相应措施减小实验误差.【实验原理】1．当只有重力做功时，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量__________．2．做自由落体运动的物体，只受重力作用，其机械能是__________的．保持不变守恒第8页，共23页。学习互动【实验器材】铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、________、复写纸片、导线、刻度尺、____________________．【实验步骤】1．安装置：将打点计时器固定在__________上，用导线将打点计时器与低压交流电源相连接．2．接电源，打纸带：把纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在______________附近，先接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落．重复几次，打下3～5条纸带．3．选纸带：选取点迹较为清晰的且第一、二个点间距离接近2mm的纸带，从距起始点O较远的点开始计数，并依次标上1、2、3……[想一想]质量是否为本实验必须测量的量？纸带低压交流电源铁架台打点计时器第9页，共23页。学习互动第10页，共23页。学习互动第11页，共23页。学习互动【注意事项】1．安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力．2．应选用质量和密度较大的重物．增大重力可使阻力的影响相对减小；增大密度可以减小体积，可使空气阻力减小．3．实验时必须保持提起的纸带竖直，手不动，待接通电源，让打点计时器工作稳定后再松开纸带，以保证第一个点是一个清晰的点．4．测量高度h时，应从起始点算起．为减小h的相对误差，选取的计数点要离起始点远些，纸带也不宜过长，有效长度可在60～80cm.第12页，共23页。学习互动第13页，共23页。学习互动【实验误差】1．偶然误差测量长度时会带来误差，减小误差的办法是：(1)测距离时都从第一个打下的点(O点)量起；(2)多测几次取平均值．2．系统误差实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量必然稍小于势能的减少量．[想一想]重物下落的过程中除受重力外，还受到哪些阻力？怎样减小这些阻力对实验的影响？第14页，共23页。自我检测1．(实验误差)(多选)关于“验证机械能守恒定律”的实验，下列说法中正确的是(

)A．选用重物时，质量和密度都较大的好B．选用重物时，质量和体积都较大的好C．选定重物后，要称出它的质量D．选用的重物所受的重力应远大于它受的空气阻力和纸带受到打点计时器的阻力[答案]AD[解析]在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转化，机械能守恒．本实验中应使重物的重力远大于它受的空气阻力和纸带受的打点计时器的阻力，即选择质量大而体积小的物体，故选项A、D正确．第15页，共23页。自我检测2．(实验原理)在“验证机械能守恒定律”的实验中，得到了一条如图7－9－1所示的纸带，纸带上的点记录了物体在不同时刻的位置．当打点计时器打点4时，物体的动能增加量的表达式为ΔEk＝_______，物体的重力势能减少量的表达式为ΔEp＝_______，实验中是通过比较_________来验证机械能守恒定律的．(设物体的质量为m，交流电周期为T)图7－9－1第16页，共23页。自我检测第17页，共23页。自我检测3．(数据处理)(1)让一个重物拉着一条纸带自由下落，通过打点计时器在纸带上打点，然后取纸带的一段进行研究．若该同学打出的纸带如图7－9－2所示，已知重物的质量m＝1kg，打点计时器的工作频率为50Hz，当地重力加速度g取9.8m/s2，利用这段纸带中的2、5两点测定重力做功为________J，重物动能的增加量为________J．通过比较可知，在误差允许的范围内，重力做的功等于动能的增加量．(保留两位小数)图7－9－2

第18页，共23页。自我检测(2)该同学计算了多组动能的变化量ΔEk，画出动能的变化量ΔEk与下落的对应高度Δh的关系图像，在实验误差允许的范围内，得到的ΔEk－Δh图像应是图7－9－3中的________．图7－9－3第19页，共23页。自我检测[答案](1)1.06

1.03

(2)C第20页，共23页。自我检测4．(综合应用)在“利用自由落体运动验证机械能守恒定律”的实验中：(1)下面列举了该实验的几个操作步骤，不恰当的操作是________．A．按照图7－9－4所示的装置安装器件B．将打点计时器接到电源的直流输出上C．释放悬挂纸带的夹子后，再接通电源打出一条纸带，重复几次D．选择一条最理想的纸带，对其进行测量图7－9－4第21页，共23页。自我检测E．根据测量的结果，验证gh与1/2v2是否相等(2)从打出的几条纸带中挑选最理想的纸带的要求是________，若某小组打出一条纸带，测得前两个点间的距离为4.0mm，说明该小组操作过程存在错误，错误原因可能是______．(3)图7－9－5是实验中得到的一条纸带，各点距O点的距离分别为d1、d2、d