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1、验证机械能守恒定律 礼泉二中 贾兰兰,知识与技能: 会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的瞬时速度; 进一步理解机械能守恒的条件、原理。 过程与方法: 学会探究及验证的方法,经历实验设计过程,学会从能量转化的 角度分析问题。 通过分组实验,提高学生的动手能力、协作意识。 情感态度与价值观:通过实验探究激发学生的求知欲和创新精 神;学会与他人合作、交流,具有团队意识和团队精神;体会守 恒思想的重要意义。,教学目标,重点:理解实验原理、实验方案以及设计思路 难点:实验数据的处理和误差分析,教学目标,能否通过实验进行验证? 需要测量哪些物理量? 怎样根据探究内容来设计适当可行的方案? (用什么方法、
2、器材、实验装置等),教学流程情境引入,提出问题,用自由下落的重物和打点计时器来验证,六、教学流程制定计划与实验设计,如何求出瞬时速度?如何验证?,?, 实验原理 实验器材 实验步骤 注意事项 打纸带 选纸带,六、教学流程学生分组讨论,引导 讨论,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 能互相转化,但总的机械能保持不变。若物体某时刻瞬时速度为v, 下落高度为h,则重力势能的减少量为 ,动能的增加量为 , 看它们在实验误差允许的范围内是否相等,若相等则验证了机械能 守恒定律。,想一想:需要 哪些器材?,器材:铁架台(含铁夹),打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重
3、物(带纸带夹),实验步骤 1、安装置:按原理图将检查、调整好的打点计时器竖直 固定在铁架台上,接好电路。,2、打纸带:将纸带的一端用夹子固定在重物上,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方。先接通电源,后松开纸带,让重物带着纸带自由下落。更换纸带重复做35次实验。,实验步骤: 3、选纸带 用 验证时,应选点迹清晰,且第1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带。 思考:为什么要选第1、2两点间距离小于或接近2mm的纸带?产生 这样的原因是什么?,用 验证时,由于重力势能的相对性,处理纸带时,选择适当的点为基准点。 思考:用这种方法纸带上打出的第1、2两点间的距离
4、一定也要小于或接近2 mm?,教学流程数据处理,测量计算: 在起始点标上0,在以后各点依次标上1、2、 3,用 刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3。 利用公式 计算出点1、点2、点3、的瞬 时速度v1、v2、v3。,教学流程数据处理,验证守恒: 法一:利用起始点和第n点计算。,怎样 验证?,代入 和 ,如果在实验误差允许的条件下, ,则机械能守恒定律是正确的。,教学流程数据处理,验证守恒: 法二:任取两点计算。,怎样 验证?,任取两点A、B 测出 ,算出 。 算出 的值。 在实验误差允许的条件下,如果 ,则机械能守恒定律是正确的。,教学流程数据处理,验证守恒: 法三:图像法。,从纸带上选取
5、多个点,测量从第一点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的平方 ,然后以 为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出 图线,若图线是线性的,则验证机械能守恒。,化曲为直,创建线性关系,为什么绘出 图像?,?,思考: 需要测量重物的质量吗? 速度能用 或 计算吗?重物下落的高度h,能用 或 计算吗?为什么? 若在图像法里绘制的是 ,斜率表示什么意义?,偶然误差:测量长度引起的。 (思考:如何减少长度测量误差?),教学流程误差分析,系统误差:由于重物和纸带下落过程中要克服阻力做 功,故动能的增加量略小于重力势能的减少量。 (思考:有什么办法尽可能的减少阻力?),方案一:利用光电门(或频闪照片)测小球下
6、落速度的方 法来验证,可以减少打点计时器限位孔及振针的阻力。,教学流程实验改进与创新,方案二:利用贴有黑色磁带贴的透明尺子和光电门 来验证。,教学流程实验改进与创新,方案三:可以用倾斜气垫导轨、光电门相结合来完成。将 气垫导轨倾斜放置在桌面上,测量出A、B两点的距离x, 遮光片的宽度d,A、C两点的间距L,A点到桌面的高度h, 让滑块由A点静止释放,记下遮光片经过光电门的时间 t,则验证机械能是否守恒可用下式进行:,教学流程实验改进与创新,教学流程实验改进与创新,方案四:可以用一根不可伸长的轻绳、小圆柱组成单摆及 光电门来完成验证。方法是用轻绳拴住小圆柱。让其绕悬 点由水平位置向下做圆周运动,在悬点的正下方固定好光 电门。测出小圆柱经过光电门的速度,可由 验 证机械能守恒。,