高中物理-《實驗：驗證機械能守恒定律》教學課件設計

9實驗：驗證機械能守恒定律

教學目標：一.知識與技能1.理解實驗的設計思路，明確實驗中需要測量的物理量2.知道實驗中選取測量點的有關要求，會根據(jù)實驗中打出的紙帶測定物體下落的距離，掌握測瞬時速度的方法3.根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的分析得出實驗結論，會分析實驗誤差，采取措施減少誤差。二.過程與方法：通過驗證機械能守恒定律，體驗驗證過程與物理學的研究方法。三.情感、態(tài)度與價值觀通過親自實踐，培養(yǎng)學生觀察和實踐能力，培養(yǎng)學生實事求是的態(tài)度和正確的科學觀。

復習回顧1、什么叫機械能守恒？2、機械能守恒的條件是什么？3、自由落體運動的物體，機械能守恒嗎？

質量為m的物體從O點自由下落，以地面為零參考面，經(jīng)過A、B兩點的速度分別為VA和VB，A、B兩點距地面的高度分別為hA、hB。4、如何推導機械能守恒的表達式？本實驗借助實驗目的驗證機械能守恒定律自由落體運動實驗原理在自由落體運動中，若物體下落高度h時的速度為v,則hvmgh

=mv

212實驗原理2A2B2121mvmvmgΔh-=？

要證明上式是否成立，需要測量哪些物理量？如何測量這些物理量？測量這些物理量，需要哪些器材？實驗器材重物、打點計時器、紙帶、交流電源、鐵架臺、夾子、毫米刻度尺實驗步驟與操作1、選擇重物時，選輕一點的好還是重一點的好？為什么？

我們要求重物作自由落體運動，而阻力是不可避免地存在的，為了減少阻力對實驗的影響，應采用密度較大的重物。實驗步驟與操作2、安裝打點計時器時，應注意什么問題？

計時器平面與紙帶限位孔調整在豎直方向，計時器要穩(wěn)定在鐵架臺上，并將計時器伸出桌外。3、這樣做的目的是什么?

減小紙帶與限位孔的摩擦帶來的實驗誤差；保證重物有足夠的下落空間，以便在紙帶上能夠打出較多的點，有利于進行計算．實驗步驟與操作4、實驗時，接通電源和釋放紙帶的順序怎樣？先通電源，再釋放紙帶5、釋放紙帶時應注意什么問題？

釋放重物前，重物應靠近打點計時器，以便能打出較多的點。拉穩(wěn)紙帶的上端，確保重物由靜止釋放。按如下實驗步驟進行實驗1.按照課本所示裝置安裝打點計時器2.將紙帶穿過計時器，下端與重物相連3.接通電源，待計時器工作穩(wěn)定后釋放紙帶4.及時切斷電源，取下紙帶，標上紙帶號5.更換紙帶，重復以上步驟6.整理器材，使器材復位實驗步驟與操作問題1本實驗要不要測量物體的質量？mgh

=mv

212gh

=v

212無需測量物體的質量如果實驗要求計算勢能和動能的具體數(shù)據(jù)，那就必須要知道物體的質量。問題2紙帶上的第一個點為計時起點0（起始點的速度應該為零，即打點計時器在紙帶上打下第一個點時紙帶剛開始下落）。gh

=v

21212x

=

gt2

=

×9.8×0.022m

≈2×10-3m=

2

mm12h起始點對于實際獲得的紙帶，如何判定紙帶上的第一個點就是紙帶剛開始下落時打下的呢？紙帶上的頭兩個點間的距離應接近2mm。思考可以回避起始點嗎（即處理紙帶時可以不用到起始點嗎）?我們可以選取A、B兩點，比較它們的機械能EA和EB。若以點B為0勢能點，則有：EKA＋mgΔh＝EKBΔhAB數(shù)據(jù)處理7113我們可以選取7、13兩點，比較它們的機械能E7和E13,以點13為0勢能參考點，則有：

EK7＋mgh＝EK13驗證：

計時器打下的第一個點作為起始點，適當大距離后選一個點作終點Vh數(shù)據(jù)處理注意：必須保證紙帶上的第一個點跡清晰，且是放手時打下的第一個點。數(shù)據(jù)處理MkgΔhmVAm/sVBm/s勢能減少量mgΔh(J)動能增加量ΔEK(J)1234通過本實驗，我們可以得到的結論是：

0hv

212圖象法處理數(shù)據(jù)gh

=v

212該圖象的斜率表示什么？誤差分析因重物下落中要克服阻力做功，重力勢能減少量必定大于實驗中動能增加量辨析計算物體的速度，可有三種方法第1種方法是根據(jù)機械能守恒定律得到的，而我們的目的就是驗證機械能守恒定律，所以不能用第2種方法認為加速度為g，由于各種摩擦阻力不可避免，所以實際加速度必將小于g，這樣將得到機械能增加的結論，有阻力作用機械能應該是減少的，故這種方法也不能用

以本實驗為背景，通過改變實驗條件、實驗儀器設置題目，不脫離教材而又不拘泥教材，體現(xiàn)開放性、探究性、實驗方法的改進．實驗方案的改進①由系統(tǒng)動能、重力勢能的變化驗證機械能守恒，所用實驗器材：光電門、氣墊導軌。②通過小球自由落體運動的閃光照片驗證機械能守恒。其他實驗方案：( 思考？)方案二：利用氣墊導軌驗證機械能守恒定律，實驗裝置示意圖如圖所示：(1)實驗步驟①將氣墊導軌放在水平桌面上，桌面高度不低于1m，將導軌調至水平；②用游標卡尺測量擋光條的寬度L；③由導軌標尺讀出兩光電門中心之間的距離s；④將滑塊移至光電門1左側某處，待砝碼靜止不動時，釋放滑塊，要求砝碼落地前擋光條已通過光電門2；⑤從數(shù)字計時器(圖中未畫出)上分別讀出擋光條通過光電門1和光電門2所用的時間Δt1和Δt2；⑥用天平稱出滑塊和擋光條的總質量M，再稱出托盤和砝碼的總質量m.(2)用表示直接測量量的字母寫出下列所示物理量的表達式①滑塊通過光電門1和光電門2時瞬時速度分別為v1＝________和v2＝________.②當滑塊通過光電門1和光電門2時，系統(tǒng)(包括滑塊、擋光條、托盤和砝碼)的總動能分別為Ek1＝________和Ek2＝________.③在滑塊從光電門1運動到光電門2的過程中，系統(tǒng)勢能的減少ΔEp＝________(重力加速度為g)．(3)如果ΔEp＝________，則可認為驗證了機械能守恒定律．方案三：用DIS裝置驗證機械能守恒實驗過程1．在鐵架臺上端用鐵架懸掛一個擺球(如圖)．2．在方格紙上確定4～5個點作為測量點．3．分別安裝光電傳感器，并使之與數(shù)據(jù)采集器相連接．4．讓小球從某一高度向下擺動．分別測定擺球在擺動過程中任意時刻的動能和重力勢能．5．研究每一個測量點上機械能的總量有什么特點.走進科學小試牛刀DIS是數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗的簡稱心得體會猜想數(shù)學推理實驗驗證合理外推得出結論問題1.“驗證牛頓第二定律”及“驗證機械能守恒定律”這兩個實驗，它們的共同之處是 []A．都要用打點計時器 B．都要用天平測質量C．都要用刻度尺測位移 D．都要計算瞬時速度AC2.在《驗證機械能守恒定律》的實驗中，需直接測量的物理量是 []A．重物的質量B．重力加速度C．重物下落的高度D．與下落高度對應的重物的瞬時速度C鞏固訓練：3.在《驗證機械能守恒定律》的實驗中，下列操作正確的是 A．先釋放重物，后接通電源B．用秒表測量重物下落的時間C．打完一條紙帶后，立即切斷電源D．每打完一條紙帶，活動復寫紙位置CD4.在驗證機械能守恒定律的實驗中要用到的器材和測量儀器有________．A．打點計時器 B．交流電源 C．秒表 D．重錘E．鐵架臺和復夾 F．紙帶 G．刻度尺 H．天平ABDEFG5．某學生在驗證機械能守恒定律的實驗中有如下操作步驟，試按合理的順序步驟序號填在下面的線上：A．斷開電源，取下紙帶，選出前兩個點間距離接近2mm的紙帶；B．把紙帶固定在重錘上；C．將紙帶穿過打點計時器，并把紙帶上提使重錘停在靠近打點計時器的地方；D．把打點計時器固定在放于桌邊的鐵架臺上，并與交流電源相連接；E．接通電源，同時釋放紙帶；F．求出重錘重力勢能的減少量△EP和動能的增加量△EK，比較△EP和△EK得出實驗結論；G．用刻度尺量出所選取的計數(shù)點到打下的第一個點0之間的距離．DBCE AG F6.在驗證機械能守恒定律時，將重物自由下落，紙帶記錄如圖所示．（計算結果取2位有效數(shù)字）m=1kg,T=0.02s,g=10m/s2圖中紙帶左端為與重物相連端，0點為重物靜止時所記錄的點，ABC三個記數(shù)點為打點計時之點，則重物下落hB距離時，其速度VB可用計算式VB=_________進行計算，根據(jù)圖示數(shù)據(jù)求出VB=__________m/s；重物重力勢能減少量為___________