验证机械能守恒定律(实验教案).doc

画川高级中学2012—2013学年第二学期高一物理教案（必修2）
【第四章 机械能与能源】
课题：验证机械能守恒定律
【教学目标】
知识与技能
1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。
2、掌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，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度。[来源【教学重点】掌握验证机械能守恒定律的实验原理。
【教学难点】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。
【教学课时】 1课时
活动一：学生预习（课前完成）
活动二：
复习与引入
一、机械能守恒定律的表达式？机械能守恒定律的内容？

二、机械能守恒定律的理解？（即其适用条件）

 　　上节课我们学习了机械能守恒定律，掌握了机械能守恒定律的条件和公式。这节课我们通过实验来验证一下机械能守恒定律。
一、实验介绍
1．实验目的：验证机械能守恒定律。
2．实验原理：本实验验证极其简单情形下的机械能守恒──自由落体运动。而且，针对的是及其特殊的过程──从释放点到某位置。
思考1：选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？
答案：我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。
思考2：本实验要不要测量物体的质量？
答案：因为mgh=1/2mv2→gh=1/2v2 ，所以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。
（教师引导公式由来）
思考3：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？
答案：x =1/2gt2 =1/2×9.8×0.022m ≈2×10-3m=2 mm，所以，纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。
二、实验器材：
铁架台(带铁夹)、电火花打点计时器、电源、重锤(带纸带夹子)、纸带几条、刻度尺。
活动三：学生进行实验
三、实验步骤：
1、按图架稳打点计时器，并将打点计时器接入电源；
2、将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方；
3、接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点；
4、换几条纸带，重做上面的实验；
5、从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间的距离接近2 mm且点迹清晰的纸带进行测量，先记下打第一个点的位置0(或A)，再任意取1、2、3、4、5五个点，用刻度尺量出各点到0的距离，并计算它们对应的重力势能填入表格；
6、计算各点对应的瞬时速度和动能并填入表格；
7、比较重力势能减少量和动能的增加量，得出结论；
8、实验完毕，整理器材。
四、数据处理与分析
依据刚才的实验，我们采集整理以下信息：
各计数点
l
2
3
4
5
下落高度

速度

势能

动能

结论

各计数点
1
2
3
4
5
下落高度h/m

速度v/(m·s-1)
——

——
mgh/J
——

——
mv2/J
——

——
实验结论：
Δh
A
B
思考4:可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）?

图象法处理数据;

五、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 。
活动四：
1、完成实验报告。

2、完成如下思考题：
（1）为进行“验证机械能守恒定律”的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有：
；缺少的器材是 。

（2）在验证机械能守恒定律时，如果以v2／2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。

（3）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图3所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2……为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为____ _____。在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为___ _____。要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_________号和第__________号计数点之间的过程为研究对象。

（4）某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图4所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为1kg。
①打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB= m/s，重锤的动能EkB=
J。

②从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为 J。
③根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是 。

［参考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺。（2）通过原点的直线、g. （3）（s6+ s5+ s4- s3- s2 –s1）/9T 2，
（s5+ s6）/2T，1、5. （4）①1.175，0.69，0.69 ②0.69， ③机械能守恒。］
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