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1、验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律 礼泉二中礼泉二中 贾兰兰贾兰兰知识与技能：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；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。进一步理解机械能守恒的条件、原理。过程与方法：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。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。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：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通过实验探究激发学生
2、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。恒思想的重要意义。教学目标教学目标重点重点：理解实验原理、实验方案以及设计思路理解实验原理、实验方案以及设计思路难点：难点：实验数据的处理和误差分析实验数据的处理和误差分析 教学目标教学目标 能否通过实验进行验证？能否通过实验进行验证？ 需要测量哪些物理量？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？怎样根据探究内容来设计适当可行的方案？ （用什么方法、器材、实验装置等）（用什么方法、器材、实验装置等）教学流程教学流程情境引入，提出问
3、题情境引入，提出问题用自由下落的重物和打点计时器来验证六、教学流程六、教学流程制定计划与实验设计制定计划与实验设计如何求出瞬时速度？如何验证？如何求出瞬时速度？如何验证？ 实验原理实验原理 实验器材实验器材 实验步骤实验步骤 注意事项注意事项 打纸带打纸带 选纸带选纸带六、教学流程六、教学流程学生分组讨论学生分组讨论 引导引导 讨论讨论原理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 v，下落高度为下落高度为h h，则重力
4、势能的减少量为，则重力势能的减少量为 ，动能的增加量为，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。守恒定律。 速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点之间的平均速度邻两点之间的平均速度 。怎样计算打第怎样计算打第n n个点的速度个点的速度 想一想：需要想一想：需要 哪些器材？哪些器材？器材：器材：铁架台（含铁夹），打点计时器、学生电源、纸铁架台（含铁夹），打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物（带纸带夹）
5、带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物（带纸带夹）实验步骤实验步骤1 1、安装置：按原理图将检查、调整好的打点计时器竖直、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。固定在铁架台上，接好电路。2 2、打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端、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。更换纸带重复做带着纸带自由下落。更换纸带重复做3 35 5次实验
6、。次实验。实验步骤：实验步骤：3、选纸带、选纸带用用 验证时，应选点迹清晰，且第验证时，应选点迹清晰，且第1 1、2 2两点间距离小于两点间距离小于或接近或接近2mm2mm的纸带。的纸带。思考：为什么要选第思考：为什么要选第1 1、2 2两点间距离小于或接近两点间距离小于或接近2mm2mm的纸带？产生的纸带？产生这样的原因是什么？这样的原因是什么？用用 验证时，由于重力势能的相对性，处理纸带验证时，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。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思考：用这种方法纸带上打出的第1 1、2 2两点间的距离一定也要小于两点间的距离一定也
7、要小于或接近或接近2 mm2 mm？教学流程教学流程数据处理数据处理测量计算：测量计算：在起始点标上在起始点标上0 0，在以后各点依次标上，在以后各点依次标上1 1、2 2、 3 3，用，用刻度尺测出对应下落高度刻度尺测出对应下落高度h h1 1、h h2 2、h h3 3。利用公式利用公式 计算出点计算出点1 1、点、点2 2、点、点3 3、的瞬的瞬时速度时速度v v1 1、v v2 2、v v3 3。教学流程教学流程数据处理数据处理验证守恒：验证守恒：法一：利用起始点和第法一：利用起始点和第n n点计算。点计算。怎样怎样 验证？验证？代入代入 和和 ，如果在实验误差允许的条件，如果在实验误
8、差允许的条件下，下， ，则机械能守恒定律是正确的。，则机械能守恒定律是正确的。教学流程教学流程数据处理数据处理验证守恒：验证守恒：法二：任取两点计算。法二：任取两点计算。怎样怎样 验证？验证？任取两点任取两点A A、B B 测出测出 ，算出，算出 。算出算出 的值。的值。在实验误差允许的条件下，如果在实验误差允许的条件下，如果 ，则机械能，则机械能守恒定律是正确的守恒定律是正确的。 教学流程教学流程数据处理数据处理验证守恒：验证守恒：法三：图像法。法三：图像法。从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h h，并，并计算各点速度的平
9、方计算各点速度的平方 ，然后以，然后以 为纵轴，以为纵轴，以h h为横轴，根据为横轴，根据实验数据绘出实验数据绘出 图线，若图线是线性的，则验证机械能守恒。图线，若图线是线性的，则验证机械能守恒。化曲为直，创化曲为直，创建线性关系建线性关系为什么绘出为什么绘出 图像？图像？思考：思考：需要测量重物的质量吗？需要测量重物的质量吗？速度能用速度能用 或或 计算吗？重物下落的高度计算吗？重物下落的高度h h，能用，能用 或或 计算吗？为什么？计算吗？为什么？若在图像法里绘制的是若在图像法里绘制的是 ，斜率表示什么意义？，斜率表示什么意义？ 偶然误差：测量长度引起的。偶然误差：测量长度引起的。 （思考
10、：如何减少长度测量误差？）（思考：如何减少长度测量误差？）教学流程教学流程误差分析误差分析系统误差：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。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？）（思考：有什么办法尽可能的减少阻力？）方案一：方案一：利用光电门（或频闪照片）测小球下落速度的方利用光电门（或频闪照片）测小球下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。法来验证，可以减少打点计时器限位孔及振针的阻力。教学流程教学流程实验改进与创新实验改进与创新方案二：方案二：
11、利用贴有黑色磁带贴的透明尺子和光电门利用贴有黑色磁带贴的透明尺子和光电门来验证。来验证。教学流程教学流程实验改进与创新实验改进与创新黑色磁带黑色磁带计算机计算机透明尺子透明尺子方案三：方案三：可以用倾斜气垫导轨、光电门相结合来完成。将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，测量出气垫导轨倾斜放置在桌面上，测量出A A、B B两点的距离两点的距离x x，遮光片的宽度遮光片的宽度d d，A A、C C两点的间距两点的间距L L，A A点到桌面的高度点到桌面的高度h h，让滑块由让滑块由A A点静止释放，记下遮光片经过光电门的时间点静止释放，记下遮光片经过光电门的时间t t，则验证机械能是否守恒可用下式进行：，则验证机械能是否守恒可用下式进行：教学流程教学流程实验改进与创新实验改进与创新教学流程教学流程实验改进与创新实验改进与创新方案四：方案四：可以用一根不可伸长的轻绳、小圆柱组成单摆及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，可由电门。测出小圆柱经过光电门的速度，可由 验验证机械能守恒。证机械能守恒。
