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1、79 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运算物体运动的速度。2把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。培养学生的观看和实践能力，培养学生实事求是的科学态度。二、教学重、难点：把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
2、地作零重力势能面，下落过程中任意两点A和 B 的机械能分不为：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，因此有EA=EB ，即： 1 mv A2mghA = 1 mvB2mghB21 mv A22上式亦可写成 1 mvB2mghAmghB22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。等式讲明，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， 我们该设计如何样的实验情形来验证呢？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、实验情形， 我们必须明确一个情况， 那确实是该实验过程中只有重力做功（这是机械能守恒的条件） 。师：比较而言依旧自由落体运动如此一个实验情形最简单， 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？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通过某一点的速度。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， 如果采纳的是电火花计时器时，它所需要的电压是交流 220V，因此不需要低压电源。师：重物选取的原则是什么 ?什么缘故 ?生
4、：密度比较大，质量相对比较大，能够减小因为空气阻力带来的误差。师：选择好了器材并弄清晰了某些器材的用途， 下面我们就能够进行实验了，在进行实验之前还应该做一件重要的情况拟定实验的步骤。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讲一讲他的实验步骤，我们大伙儿一起讨论一下，得出一个比较合理的实验步骤。 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 近4接通 源，待 器工作 固后开 5及 切断 源，取下 6更 ，重复以上步 ，打三到五条 7整理器材
5、，使器材复位 ：下面 同学 按照那个比 合理的 步 手做 吧，做完 把 器整理好。 （学生 手 ，教 巡回指 ，关心能力 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， 刻关系，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 并 手 数点 ) ：有了 条 好的 数点的 ， 下面确 是要 行数据 理，在 理数据之前， 我 摸索学案上两个关 性的咨 ：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？4按照做匀加速运 的物体在某一段 刻 t 内
6、的平均速度等于 刻中 h4刻的瞬 速度可求出某点的瞬 速度v。图 2 是 直 由下而上 打点后的情形。从 O 点开始依次取点 1， 2，3， 中 s1，s2，s3，分不 03s3s2h32s1h21h10图 22 点， 13 点， 24 点各段 的距离。按照公式vs ，t=20.02 s（ 上任意两个相 的点 所表示t的 刻差不多上0.02s），可求出各段的平均速度。 些平均速度就等因此1，2，3，各点相 的瞬 速度v1，v2，v3，例如：量出02 点 距离s1， 在 段 刻里的平均速度v1s1t， 确 是点 1 的瞬 速度 v1。依次 推可求出点2，3， 的瞬 速度 v2，v3，。2如何确定
7、重物下落的高度？图 2 中 h1，h2，h3，分不 从 O 点下落的高度。 ：解决了 两个咨 ，我 就能 求出各个 数点的速度，算出各个 数点所 的物体的 能；能 量出各个 数点高度， 算出各个 数点所 的重物的的重力 能，运算重力 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l23456下落高度 (m)速度 (m/s)势能 (J)动能 (J)机械能 (J)从表格上的机械能一 的数据我 容易看出，各个 数点（ 物体）的机械能接近相等，在 差承 的范畴内，我 物体下落 程的机
8、械能守恒。 ：如果我 把两个 数点的 能、 能都相减的 ，你会又有什么 的 呢？生：相减的绝对值近视相等。师：讲明了什么道理呢？生：动能的增加量近视等于重力势能的减少量。师：“近视等于”那个词用的专门好，因为实验总会有误差的，因此不可能绝对的相等的， 然而什么缘故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摸索的第一个咨询题。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缺失。故重力势能不能全部转化为动能， 因此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阻碍， 因此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， 我们能够将计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向。第二个咨询题：什么缘故不用天平称重物的质量？因为那个物理量在式子两边能够约掉。第三个咨询题：什么缘故我们选择第一、二点间距离接近 2mm 的纸带进行测量、运算呢？因为打点计时器每隔0.02 s 打点一次，在最初的0.02 s 内物体下落距离应为 x1 gt 219.8 0.0222 10 3 m 2mm ，因此应从几条纸22带中选择第一、二两点间距离接近2 mm 的纸带进行测量。