学生实验第二课时教学设计

验证机械能守恒定律

教材分析

这节是必修2第七章第九节。本节内容，使学生在理论上对机械能守恒定律有所了解的基础上，通过实验测量及对实验数据的分析处理，对机械能守恒定律及条件有深刻的认识。

教学目标: 1、掌握验证机械能守恒定律的原理

2、掌握多种验证机械能守恒的方法

重点：1.理解实验原理、实验方案以及设计思路

2.如何操作实验以及记录和处理数据

难点：1.实验设计的思路

2.实验误差的分析

教法与学法

教法：启发式教学法、实验探究法、

讨论分析法、多媒体辅助法

学法：互动交流、讨论归纳法、合作试验

引入:请举出生活中一些机械能守恒的实例

思考：怎样验证机械能守恒

实验教学

实验目的：验证机械能守恒

实验原理:在自由落体运动中，若物体下落高度h 时的速度为v ,则

mgh12mv

2实验器材:打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。

问题1:如何测量物体的瞬时速度?

做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。

xvvt2t

2思考:速度能不能用

v2gh或

vgt

计算？

这种方法是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用。这种方法认为加速度为g ，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于g，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是减少的，故这种方法也不能用。

问题2:本实验要不要测量物体的质量？

mgh121mv→ghv2

22无需测量物体的质量

如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。

问题3:纸带上的第一个点为计时起点0 （起始点的速度应该为零，即打点计时器在纸带上打下第一个点时纸带刚开始下落）。

对于实际获得的纸带，如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？

纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。

思考:可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）? 我们可以选取A、B两点，比较它们的机械能EA和EB。若以点B为0 势能点，则有：

EKA＋mgΔh＝EKB 问题4:可不可以用图象处理数据? 实验步骤: 1．把打点计时器安装在铁架台上，用导线将学生电源和打点计时器接好．

2．把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近．

3．接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应该在纸带上打出一系列的点．

4．重复上一步的过程，打三到五条纸带．

5．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……用刻度尺测量对应下落的高度h1\h2\h3，……记人表格中．

测量点n

高度hn /m

速度vn /m/s

势能EP

/J

动能EK /J

1

2

3

4

5

6

6．用公式vn=hn+1+hn-1/2t，计算出各点的瞬时速度v1、v2、v3……并记录在表格中．

7．计算各点的重力势能的减少量mgh。和动能的增加量，并进行比较．看是否相等，将数值填人表格内．

注意事项

1、安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，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、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间距接近2mm的点迹清晰且各点呈一条直线的纸带。

4、实验用的纸带一般小于1m ，从起始点开始大约能打出20 个点左右。末位置的点可选择倒数第一个点或倒数第二个点，从这一个点向前数4～6 个点当初位置的点，可以减小这两个点的瞬时速度以及两点之间距离（高度h）测量的误差。

误差分析:1、偶然误差：

测量长度时会带来误差

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ΔEK

必定稍小于势能的减少量ΔEP

。

实验创新与拓展：

利用单摆的运动验证机械能守恒

利用平抛知识求速度验证机械能守恒

总结：本节主要学习了：

1.实验目的：用自由落体运动验证机械能守恒。

2.纸带的选取及重物速度的测量方法。

3.实验的误差来源及注意事项。

4.引导学生讨论分析其它验证机械能守恒定律的方法

5.激发学生学习兴趣的同时培养了学生探讨创新的能力