1、精品 料推荐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
2、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 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
3、实验情景，我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精品 料推荐生：最容易想到的器材是重物， 磁打点 器以及 ，复写 片，低 源及两根 ， 架台和 ，刻度尺，小 子。 ：打点 器的作用是什么?生： 在 上打的点，用 些点来求出物体在 某一点的速度。 ：低 交流 源是不是必需的？生：低 交流 源并不是必需的，如果采用的是 火花 器 ，它所需要的 是交流220V ，所以不需要低 源。 ：重物 取的原 是什么? 什么 ?生：密度比 大， 量相 比 大
4、，可以减小因 空气阻力 来的 差。 ： 好了器材并弄清楚了某些器材的用途，下面我 就可以 行 了，在 行 之前 做一件重要的事情 定 的步 。 器就 在你的面前， 你 想一下 如何一步步的操作？并把 步 写在学案上，待会儿我会 一个同学 一 他的 步 ，我 大家一起 一下，得出一个比 合理的 步 。 老 和学生共同 的 步 如下：1把打点 器安装在 架台上2将 穿 器的限位孔，下端用 子与重物相 3用手 直提起 ，使重 停靠在打点 器附近4接通 源，待 器工作 定后 放 5及 切断 源，取下 6更 ，重复以上步 ，打三到五条 7整理器材，使器材复位 ：下面 同学 按照 个比 合理的 步 手做
5、吧，做完 把 器整理好。 （学生 手 ，教 巡回指 ，帮助能力 差的学生完成 ） ：大部分同学都打出了至少三条 了，少部分同学 没做好， 关系，我 不等了，下面 同学 从你的 中 一条点迹清晰且第l 、2 点 距离接近2 mm 的 ，在起始点 上 0，以后各点依次 1、 2、 3 (学生挑 并 手 数点) ：有了 条 好的 数点的 ，下面就是要 行数据 理，在 理数据之前， 我 思考学案上两个关 性的 ：1如何确定某 数点的速度？2如何确定重物下落的高度？1如何确定某 数点的速度？2精品 料推荐根据做匀加速运 的物体在某一段 t 内的平均速度等于 中 刻的瞬 速度可求出某点的瞬 v。图 2 是
6、 直 由下而上 打点后的情况。从开始依次取点 1，2，3， 中 s1，s2，s3，分 0 2 点， 1 3 点， 2 4 点各段 的距离。根据公式 vss（ 上任意两个， t=20.02t的点 所表示的 都是0.02s），可求出各段的平均度。 些平均速度就等于是1，2， 3，各点相 瞬 速度v1， v2， v3，例如：量出 0 2 点 距离s1， 在 段 里的速度 v1s1 ， 就是点 1 的瞬 速度 v1 。依次 推t出点 2， 3， 的瞬 速度v2， v3，。4h43s3s2h32s1h2 1h10图 2速度O 点为相 速 的平均可求2如何确定重物下落的高度？图 2 中 h1， h2， h
7、3，分 从O 点下落的高度。 ：解决了 两个 ，我 就可以求出各个 数点的速度，算出各个 数点所 的物体的 能；可以量出各个 数点高度，算出各个 数点所 的重物的的重力 能， 算重力 能要注意一下，如果取0 点位零 能面， 数点1 的重力 能 是 的（重物下落的 程中重力 能减少）。下面 同学 同手 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 据机械能 (J)我 们 很容易看出，各个 数点（ 物体）的机械能接近相等，在 差允 的范 内，我 物体下落 程的机械能守恒。 ：如果我 把两个 数
8、点的 能、 能都相减的 ，你会又有什么 的 呢？生：相减的 近 相等。3精品 料推荐师：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、计算呢？因 为 打 点 计 时 器 每 隔0.02s 打 点 一 次 ， 在 最 初 的0.02s 内 物 体 下 落 距 离 应 为x1 gt 219.80.022210 3 m2mm ，所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离22接近 2 mm的纸带进行测量。4
