学生实验教案1

教学课题： 第九节 实验：验证机械能守恒定律

课 时：二课时 教 师： 教学目标

一、知识与技能

1．知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化．

2．正确推导重物自由下落过程中的机械能守恒，理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件．

3．在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式．

二、过程与方法

1．学会在具体的问题中判定物体的机械能是否守恒．

2．初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，分析问题．

三、情感、态度与价值观

通过机械能守恒的教学，使学生树立科学观念，正确理解和运用自然规律，并用来解决实际问题．

教学重点

1．掌握机械能守恒定律的理论推证和实验验证过程．

3．掌握机械能守恒的条件．

4．在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出机械能定律的数学表达式．

教学难点

1．如何让学生从事例中感受和猜想物体的机械能转化遵循什么规律．

2．在实验验证中如何处理纸带，数据如何处理．

教学方法

情景创设法、分析推证法、探究与交流讨论法．

教学过程

【实验目的】验证机械能守恒定律 【实验原理】

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，但总的机械能守恒。

如果忽略空气的阻力，这时物体的机械能守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，下落距离为h时物体的瞬时速度为V，则势能减少mgh，动能增加，故有mgh= mV2/2 利用打点计时器打出的纸带，测出重物下落的高度h，利用时间t内的平均速度等于该段时间中点时刻的瞬时速度，算出对h 应时刻的瞬时速度V， 即可验证机械能是否守恒。

【实验器材】

铁架台（带铁夹）、电火花计时器或打点计时器、V 直尺、重锤、纸带、复写纸片、导线、电源。

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【实验内容】

1、步骤

(1)如图所示，把打点计时器竖直地固定在置于桌边的铁架台上，将打点计时器与电源连接好。 (2)将纸带穿过电火花记时器或打点计时器的限位孔，并把纸带的一端固定在重物上，使重物停靠在打点计时器的地方，先用手提着纸带。 (3)先接通电源，松开纸带，让重物带着纸带自由下落，计时器就在纸带上打下一列小点。 (4)重复几次，得到3～5条纸带。 (5)在打好点的纸带中挑选“点迹清楚且第一、二两点间距离约为2mm”的一条纸带，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个连续的点1、2、3……，并用刻度尺依次测出各点到位置O的距离，这些距离就是物体运动到点1、2、3、……时下落的高度h1、h2、h3……。 (6)应用平均速度就是中间时刻的瞬时速度的方法

，计算出各点对应的瞬时速度V1、V2、V3…。 (7)把得到的数据真入表格里，计算各点对应的势能减少量mgh，以及增加的动能mV2/2，并比较是否跟理论一致。计算时g取当地的数值。

2、记录及数据处理

g＝9.8m/s2，T＝0.02s 。

3、结论：

【注意事项】

(1)安装计时器时竖直架稳，计时器的两限位孔必须在同一竖直线上，以减少重物带动纸带下落过程受到的阻力。 (2)实验时必须先接通电源，然后松开纸带让重物下落。 (3)测量下落高度时，必须从起始点算起。选取的各计数点要离起始点远些，可减少物体下落距离h的测量误差。纸带不宜过长，约40㎝即可。因重物自由下落时的加速度较大，每两个计数点间的时间间隔不一定取连打5个点的时间为计时单位。

(4)实验中因不需要知道动能和势能的具体数值，故不需测物体的质量m。

(5)实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，所以动能的增加量要小于势能的减少量。

(6)纸带的上端最好不要悬空提着，要保证重物下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的小点。

(7)纸带挑选的标准是第一、二两点间的距离接近2mm。

【误差分析】

(1)由于测量长度带来的误差属偶然误差，减小的办法一是测距离时都从起点O量起，二是多测几次取平均值。 (2)实际上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，

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故动能的增加量ΔEK必定稍小于势能的减少量ΔEP，这是属于系统误差。

问题1：本实验要不要测量物体的质量？

问题2：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3：如何测量物体的瞬时速度? 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。

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