1、7.5實驗：驗證機械能守恒定律【教學目標】1 .會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度.2 .掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理.3 .通過用紙帶與打點計時器來驗證機械能守恒定律，體驗驗證過程和物理學的研究方法.4 .通過實驗驗證，體會學習的快樂，激發學習的興趣；通過親身實踐，樹立“實踐是檢驗真理的唯一標準”的科學觀.培養學生的觀察和實踐能力，培養學生實事求是的科學態度.教教學重、難點】1 .掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理.2 .驗證機械能守恒定律的誤差分析及如何減小實驗誤差的方法.【實驗器材】 電火花計時器（或電磁打點計時器），交流電源，紙帶（復寫紙片），重物（帶紙帶夾子），導線，刻度尺

2、，鐵架臺（帶夾子）【課時安排】1課時【教學設計】課前預學【預學內容】1.復習鞏固機械能守恒定律的條件下列幾種情況中，物體的機械能守恒的是（不計空氣阻力）：（）A.水平推出的鉛球在空中運動的過程B.沿著光滑斜面勻加速下滑的物體C.被起重機勻速吊起的物體D.物體做自由落體運動2 .受上題的啟發，如果現在要用一個具體的運動實例來驗證機械能守恒定律，你覺得選哪種運動來研究最簡單，方便呢？說說你的理由.3 .根據你的選擇，談談實驗中要測量的物理量，要用到的實驗器材，必要的實驗步驟.預預學疑難】課內互動【新課導入】根據前面的學習，我們知道了物體在只有重力做功的情況下機械能守恒，那么如何用實驗來驗證這個定律

3、呢？這節課我們就一起來探討這個問題.【新課教學】一、設計實驗：教師活動：針對大家的預學情況，投影出幾個同學的實驗方案，要求大家分組討論每個方 案的可行性.學生活動：分組討論，并派代表發言.得出結論：自由落體運動是一種只有重力做功的最 簡單的運動.12教師活動：自由落體物體初速度為零，當下落局度為h時，速度達到v,則有：mgh mv22一 12本實驗中我們就要找出物體減少的重力勢能mgh和物體增加的動能 -mv看看兩者是否相等，如果兩者相等，則驗證了機械能守恒定律.提出問題：實驗中我們要測量那些物理量？需要用到哪些實驗儀器呢？學生活動：分組討論，并派代表發言學生甲： 需要天平測物體的質量，刻度尺

4、測量物體下落的高度1c學生乙： 不需要測質量，因為質量可以兩邊約掉，只要看gh是否等于v2就可以了.2可以借助于打點計時器來測物體下落的高度以及物體的速度.另外打點計時器 的限位孔要豎直放置，所以需要用儀器把打點計時器豎直固定.教師活動：很好，質量是不需要測的，所以不需要用天平.另外我們可以用帶夾子的鐵架 臺將打點計時器固定.提出問題：如何根據實驗打出的紙帶測量物體下落的距離，及物體的速度呢？學生活動：在紙帶上取某點 A,測出它距第一個點的距離，即為物體下落的高度.在 A點 前后各取一個點，將 A點作為兩點的中間時刻，求出前后兩點之間的平均速度 即為A點的瞬時速度.教師活動：同學們討論的都非常

5、好，那么下面我們就一起來看 看實驗的具體步驟(1)按圖裝置固定好計時器，并用導線將計時器接到電 壓合適的交流電源上(2)將紙帶的一端用小夾子固定在重物上，使另一端穿過計時器的限位孔，用手豎直提著紙帶， 使重物靜 止在靠近計時器的地方.(3)接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計時器就 在紙帶上打下一系列小點.(4)換幾條紙帶，重做上面的實驗.r -n 二、學生分組實驗在學生開始做實驗之前，老師應強調如下幾個問題：(1)打點計時器所接電源有何要求？(2)在架設打點計時器時應注意什么？為什么？(3)實驗時，接通電源和釋放紙帶的順序怎樣？為什么？學生活動：思考老師的問題，討論、交流.選出代表發表見解

6、.(1)電火花計時器要接到 220 V交流電源上，電磁打點計時器要接到4 V6 V的交流低壓電源上(2)打點計時器要豎直架穩，使其兩限位孔在同一豎直平面內，以盡量減少重物帶著紙帶下落時所受到的阻力作用.(3)必須先接通電源，讓打點計時器正常工作后才能松開紙帶讓重物下落.學生分組進行試驗，教師巡回指導三、整理、分析數據教師活動：怎樣選取合適的紙帶呢？學生活動：甲：選擇點跡最為清晰的紙帶，以便于取點計算分析乙：因為是自由落體運動，因此打第一個點時的速度必須為零，與第二個點之間的距離應為2mm.教師活動：測量下落高度時，某同學認為都必須從起始點算起，不能弄錯.他的看法正確嗎？為了減小測量 h值的相對

7、誤差，選取的各個計數點要離起始點適當遠些好， 還是近些好？學生活動：這個同學的看法是正確的.為了減小測量h值的相對誤差，選取的各個計數點要離起始點適當遠些好.教師活動：為了減少實驗誤差，盡量多取幾個點進行驗證.大家可以列出表格如下:hvgh1 2-v2123451 C由圖表可見： mgh總是近似等于 -mv2.21212提出問題：大豕有沒有發現雖然 mgh總是近似等于一mv，但是mgh總是略大于一 mv ,也就是說重物減少的重力勢能要略大于物體增大的動能.大家能分析一下這個現象嗎？學生活動：分組討論，并派代表回答學生甲：重物下落過程中要受到空氣阻力作用，有一部分重力勢能要轉化為內能，所以重物減

8、少的重力勢能要略大于物體增大的動能.學生乙：紙帶與限位孔之間可能也或多或少存在一些摩擦教師活動：大家分析得很對，為了減小實驗誤差，應盡量減小重物下落時紙帶所受的阻力.因此我們對重物的選擇就有一定的要求了，最好選擇質量大，體積小的重物，以減小空氣阻力對實驗的影響，但是，空氣阻力總還是存在的，所以，所 以實驗中重力勢能的減小量應總大于動能的增加量，這樣才是符合實際的 四、得出結論：學生活動：在只有重力做功的情況下，物體的重力勢能和動能可以相互轉化，但機械能的 總量保持不變.【課堂小結】本節課我們通過對自由落體的研究，驗證了在只有重力做功的情況下，物體的重力勢能和 動能可以相互轉化，但機械能的總量保

9、持不變.在該實驗中，我們都是從起點開始測物體 下落的距離，從而進行驗證.如果某同學不慎將紙帶開始的一部分撕壞了，那么可以用該 紙帶來進行數據處理，從而進行驗證嗎？這個問題留給大家課后思考.課后提升1 .在 驗證機械能守恒定律”的實驗中，需要直接測量和間接測量的數據是重物的（）A.質量 B.下落時間C.下落高度D.瞬時速度2 .選擇紙帶時，較為理想的是（）A.點跡小而清晰的B.點跡粗的C.第一、二點距離接近 2mm的 D.紙帶長度較長的（40-50cm）3 .在 驗證機械能守恒定律”的實驗中，有下列器材可供選擇：鐵架臺（含夾子）、打點計時器、復寫紙、低壓直流電源、天平、 秒表、導線、開關.其 中

10、不必要的器材是 .缺少的器材是 .4 .在驗證機械能守恒定律時，如果以v2/2為縱軸，以h為橫軸，根據實驗數據繪出的圖線應是,才能驗證機械能守恒定律，其斜率等于 的數值.5 .下列實驗步驟中，合理的順序是 A .把重物系在夾子上，紙帶穿過計時器，上端用手提著，下端夾上系重物的夾子，讓 夾子靠近打點計時器.B.把打點計時器接入學生電源交流輸出端，輸出電壓調在6V.C.把打點計時器固定在鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直線上.D.拆下導線，整理器材.E.接通電源，釋放紙帶.F.斷開電源，更換紙帶.再進行兩次實驗.G.在三條紙帶中選取最合適的一條，再紙帶上選幾個點，進行數據處理.6 .在做 驗證機械能

11、守恒定律”的實驗時，用打點計時器打出紙帶如圖所示，其中 A點為 打下的第一個點，0、1、2為連續的計數點.現測得兩相鄰計數點之間的距離分別為S1、S2、S3、S4、S5、S6,已知相鄰計數點間的打點時間間隔均為T.根據紙帶測量出的距離及打點的時間間隔，可以求出此實驗過程中重錘下落運動的加速度大小表達式為.在打第5號計數點時，紙帶運動的瞬日速度大小的表達式為.要 驗證機械能守恒定律，為減小實驗誤差，應選擇打下第 號和第 號計 數點之間的過程為研究對象.7 .在 驗證機械能守恒定律”的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz,查得當地的重力加速度 g=9. 80m/s2.某同學選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時計數點對應刻度尺上的讀數如圖所示.圖中O點是打點計時器打出的第一個點，A、B、C、D分別是每打兩個點取出的計數點.根據以上數據，可知重物由。點運動到B點時：(1)重力勢能的減少量為多少？(2)動能的增加量是多少？(3)根據計算的數據可得出什么結論？產生誤差的主要原因是什么？教學反思參考答案7.7驗證機械能守恒定律實驗課后提升1 .CD 2.AC 3.不必要的有：天平、秒表、低壓直流電源；缺少的有