《实验：验证机械能守恒定律》教案1

空气的存在教案一、教学目标（一）知识与技能1、要弄清实验目的，本实验为验证性实验，目的是利用重物的自由下落验证机械能守恒定律。2、要明确实验原理，掌握实验的操作方法与技巧、学会实验数据的采集与处理，能够进行实验误差的分析， 从而使我们对机械能守恒定律的认识， 不止停留在理论的推导上， 而且还能够通过亲自操作和实际观测，从感性上增加认识，深化对机械能守恒定律的理解。3、通过学生自主学习，培养学生设计实验、采集数据，处理数据及实验误差分析的能力。（二）过程与方法1、要明确纸带选取及测量瞬时速度简单而准确的方法。2、通过同学们的亲自操作和实际观测掌握实验的方法与技巧。3、通过对纸带的处理过程，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法。4、通过实验过程使学生体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑。（三）情感态度与价值观1、通过实验及误差分析，培养学生实事求是的科学态度，激发学生对物理规律的探知欲。2、培养学生的团结合作精神和协作意识，敢于提出与别人不同的见解。二、教学重点1、验证机械能守恒定律的实验原理。2、实验原理及方法的选择及掌握。三、教学难点实验误差分析的方法。四、课时安排1 课时五、教学准备多媒体课件、打点计时器、纸带。六、教学过程新课导入：十米跳台跳水是种技术性较强的运动。运动员在跳离平台后笔直飞出，如果不计空气阻力，思考：他在下落的过程中运动特点是怎样的？机械能是否守恒？怎样验证？新课讲解：一、实验思路这节课我们通过设计实验，通过探究自由落体过程中能量的变化来验证机械能守恒定 律。指导学生阅读课本内容，找出利用自由落体运动验证机械能守恒定律的方法，培养学生的阅读、总结表达能力。方法总结：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相互转化，总的机械能守恒，验证机械能守恒定律只需验证减少的重力势能等于增加的动能即可。问题探究：让学生分组讨论、交流， 要完成本实验，应该测量的量有哪些，如何测量，并提出解决方案。明确：测量物体自由下落过程中减少的势能。方法：测量物体的质量 m下降的高度 Ah,利用重力势能的公式计算Ab=mgA h;测量自由落体下降 A h时的速度v,利用动能的公式计算 A Ek=mv/2,利用打点计时器处 理纸带的方法来求解速度。方法补充：如何利用纸带求解瞬时速度？指导学生根据匀变速直线运动的运动学规律，推导瞬时速度的求解方法。学生通过阅读教材，总结推导过程，教师通过大屏幕投影学生的推导过程：如图所示，由于纸带做匀加速运动，故有 A C之间的平均速度：vAC = vA VC 。2根据速度公式有： VB=VA+a A t , Vc=VB+a A t,故有： VB-V A=VC-V B,/. +即Vb=2从而：VB= VAC。总结：匀变速直线运动中，某点的瞬时速度等于以该点为时间中点的两点间的平均速度。解决方案：利用电火花计时器打出纸带，通过处理纸带，既可以求出物体下降的高度，还可以求出某一瞬时的速度，因此电火花计时器是重要的实验仪器。原理探究：通过实验，求自由落体的重力势能减少量和相应过程动能的增加量。若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律。而且，因为不需要知道物体在某点动能1 1 1 1 1 1 1 1 11 2和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量m,而只需验证1V2=ghn就行了，如果要具体计算出重力势能或动能的数值就需要天平。总结：指导学生根据实验原理，写出本实验用到的实验器材：电火花计时器（或电磁打点计时器）；重物（质量300 g3 g）及纸带；铁架台、夹子、烧瓶夹；电源。问题预测：在本实验操作的具体过程中会遇到哪些问题？通过该问题的设置，学生对实验中可能遇到的问题进行预测，并提出相应的解决方法。1、重物下落的过程中除受重力外，还受到哪些阻力？怎样减小这些阻力对实验的影响 2、重物下落时最好选择哪两个位置作为过程的开始和终结的位置？3、本实验中用的重锤，质量大一些好还是小一些好？为什么？4、质量是否为本实验必须测量的量 ？参考答案：1、重物下落的过程中，除受重力外，还要受空气阻力和打点计时器给纸带的摩擦力。安装打点计时器时注意保持竖直，重物要选择质量大一些的。2、为减小测量高度 h值的相对误差，选取的各计数点要离起始点远一些。要从起始点开始测量出 hi、h2,再求出 Ah=h2-hi。3、锤应该选择质量大一些，体积小一些的，可以有效地减小空气阻力的影响。4、质量并非必须测量的量，在需要计算具体的能量数值时，需要天平。二、进行实验步骤整理：教师指导学生根据实验原理、各种器材的注意事项，总结归纳实验步骤：如图所示，将纸带固定在重物上， 让纸带穿过打点计时器； 打点计时器的两根导线接在6伏交流电源上。豁莓-纸带“市物TII用手提着纸带，让重物靠近打点计时器静止，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列点。重复几次，从几条打下点的纸带中挑选第一、二点间距离接近2mm且点迹清楚的纸带进行测量，测出一系列计数点,各点到第一个点的距离 di、d2, d3,，d n-1,d n,d n+1,据公式 Vn=dn书dnJL ,计算物体在打下点1、2时的即时速度 VI、V2计算相应的动能的增 2T加值，填入事先设计好的表格。教师点拨：选第1、2点间距约2 mm勺纸带意味着纸带是在打第一个点的瞬时开始运动的，根据 h=gT2/2=9。8X0。022/2 m=1。961 0-32 mm在起始点标上0,用刻度尺测量纸带从点 。到点1、2之间的距离h1、h2计算出 相应减少的重力势能，填入事先设计好的表格。处理数据，得出结论。参考数据：各计数点45678910t(s)0.080.100.120.140.160.180.20hx(10 -2 m)2.924.626.709.1812.0315.2818.92v= A h/ A t(m/s)0.9451.141.331.531.722 A E=mv/20.1340.1950.2650.3510.444A Ep=mgh0.1360.1970.2700.3540.450实验结论：在误差允许的范围内，物体减少的重力势能等于增加的动能，机械能守恒。学生分组实验，并处理数据，教师利用实物投影仪展示几组数据，并进行点评。师生根据实际实验中的体会，总结实验注意事项：1、打点计时器安装时，必须使两限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。2、实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，让打点计时器工作正常后再松开纸带让重锤下落，以保证第一个点是一个清晰的点。3、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间接运2 mm的纸带。4、打点计时器必须接 50 Hz交流低压电源。5、测量下落高度时，必须从起始点算起，不能搞错，为了减小测量h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点远一些，纸带也不易过长，有效长度可在60 cm 80 cm之内。6、实验中，只要验证 gh是否等于lv2即可，也可不用测重锤的质量。2误差分析：教师指导学生观察表格中的数据，减少的重力势能并不是严格地等于增加的动能，而是稍大于增加的动能，让学生思考其中的原因，并总结归纳。原因：重物和纸带下落过程中要克服阻力，包括空气阻力、纸带与限孔位及纸带与计时器之间的摩擦力。由于摩擦力的存在， 减少的重力势能并没有全部转化为动能，有一部分转化为内能。计时器平面不在竖直方向，纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原因。电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器。交流电的频率f不是50 Hz也带来误差。f50 Hz则可能出现 R&的结果。因此为了实验的精 确性，应该严格按照实验步骤进行。