小學(xué)實(shí)驗(yàn)教案

5.9實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。

5.9實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
學(xué)習(xí)目標(biāo):
1.學(xué)會利用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。
2.進(jìn)一步熟練掌握應(yīng)用計時器打紙帶研究物體運(yùn)動的方法。
學(xué)習(xí)重點(diǎn):1.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理和步驟。
2.驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)的注意事項。
學(xué)習(xí)難點(diǎn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)的注意事項。
主要內(nèi)容:
一、實(shí)驗(yàn)原理
物體在自由下落過程中，重力勢能減少，動能增加。如果忽略空氣阻力，只有重力做功，物體的機(jī)械能守恒，重力勢能的減少等于動能的增加。設(shè)物體的質(zhì)量為m，借助打點(diǎn)計時器打下紙帶，由紙帶測算出至某時刻下落的高度h及該時刻的瞬時速度v；進(jìn)而求得重力勢能的減少量│△Ep│=mgh和動能的增加量△EK=1/2mv2；比較│△Ep│和△EK，若在誤差允許的范圍內(nèi)相等，即可驗(yàn)證機(jī)械能守恒。
測定第n點(diǎn)的瞬時速度vn：依據(jù)“物體做勻變速直線運(yùn)動，在某段時間內(nèi)的平均速度等于這段時間中間時刻的瞬時速度”，用公式vn=（hn+1-hn-1）/2T計算(T為打下相鄰兩點(diǎn)的時間間隔)。
二、實(shí)驗(yàn)器材
電火花計時器(或電磁打點(diǎn)計時器)，交流電源，紙帶(復(fù)寫紙片)，重物(帶紙帶夾子)，導(dǎo)線，刻度尺，鐵架臺(帶夾子)。
三、實(shí)驗(yàn)步驟
(1)按圖裝置固定好計時器，并用導(dǎo)線將計時器接到電壓合適的交流電源上(電火花計時器要接到220V交流電源上，電磁打點(diǎn)計時器要接到4V～6V的交流低壓電源上)。
(2)將紙帶的一端用小夾子固定在重物上，使另一端穿過計時器的限位孔，用手豎直提著紙帶，使重物靜止在靠近計時器的地方。
(3)接通電源，松開紙帶，讓重物自由下落，計時器就在紙帶上打下一系列小點(diǎn)。
(4)換幾條紙帶，重做上面的實(shí)驗(yàn)。
(5)從幾條打上了點(diǎn)的紙帶上挑選第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2mm且點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測量。
(6)在挑選出的紙帶上，先記下打第一個點(diǎn)的位置0(或A)，再任意選取幾個點(diǎn)1、2、3(或B、C、D)等，用刻度尺量出各點(diǎn)到0的距離h1、h2、h3等，如圖所示。
(7)用公式vn=（hn+1-hn-1）/2T計算出各點(diǎn)對應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v3等。
(8)計算出各點(diǎn)對應(yīng)的勢能減少量mghn和動能的增加量1/2mvn2的值，進(jìn)行比較，得出結(jié)論。
四、實(shí)驗(yàn)記錄

五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論
在只有重力做功的情況下，物體的重力勢能和動能可以相互轉(zhuǎn)化，但機(jī)械能的總量保持不變。
六、實(shí)驗(yàn)注意事項
(1)計時器要豎直地架穩(wěn)、放正。架穩(wěn)就是要牢固、穩(wěn)定。重物下落時它不振動；放正就是使上下兩個限位孔在同一豎直平面內(nèi)一條豎直線上與紙帶運(yùn)動方向相同，以減小紙帶運(yùn)動時與限位孔的摩擦(可用手提住固定好重物的紙帶上端，上下拉動紙帶，尋找一個手感阻力最小的位置)。
(2)打點(diǎn)前的紙帶必須平直，不要卷曲，否則紙帶在下落時會卷到計時器的上邊緣上，從而增大了阻力，導(dǎo)致實(shí)驗(yàn)誤差過大。
(3)接通電源前，提紙帶的手必須拿穩(wěn)紙帶，并使紙帶保持豎直，然后接通電源，待計時器正常工作后，再松開紙帶讓重物下落，以保證第一個點(diǎn)跡是一個清晰的小點(diǎn)。
(4)對重物的要求：選用密度大、質(zhì)量大些的物體，以減小運(yùn)動中阻力的影響(使重力遠(yuǎn)大于阻力)。
(5)紙帶的挑選：應(yīng)挑選第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2mm且點(diǎn)跡清晰的紙帶進(jìn)行測量。這是因?yàn)椋罕緦?shí)驗(yàn)的前提是在重物做自由落體運(yùn)動的情況下，通過研究重力勢能的減少量與動能的增加量是否相等來驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒的，故應(yīng)保證紙帶(重物)是在打第一個點(diǎn)的瞬間開始下落。計時器每隔O．02s打一次點(diǎn)，做自由落體運(yùn)動的物體在最初0．02s內(nèi)下落的距離h1=1/2gt2=1/2×9．8×0．022m=0．002m=2mm，所以若紙帶第一、二兩點(diǎn)間的距離接近2mm，就意味著重物是在打第一個點(diǎn)時的瞬間開始下落的，從而滿足本次實(shí)驗(yàn)的前提條件(打第一個點(diǎn)物體的初速度為零，開始做自由落體運(yùn)動)。
(6)測量下落高度時，必須從起點(diǎn)o量起。為了減小測量^的相對誤差，選取的計數(shù)點(diǎn)要離O點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些(紙帶也不宜過長，其有效長度可在60cm～80cm以內(nèi))。
(7)本實(shí)驗(yàn)并不需要知道重力勢能減少量和動能增加量的具體數(shù)值，只要對mgh與1/2mv2進(jìn)行比較（實(shí)際上只要驗(yàn)證1/2v2=gh即可）以達(dá)到驗(yàn)證機(jī)械能守恒的目的，所以不必測出重物的質(zhì)量。
七、誤差分析
(1)做好本實(shí)驗(yàn)的關(guān)鍵是盡量減小重物下落過程中的阻力，但阻力不可能完全消除。本實(shí)驗(yàn)中，誤差的主要來源是紙帶摩擦和空氣阻力。由于重物及紙帶在下落中要不斷地克服阻力做功，因此物體動能的增加量必稍小于重力勢能的減少量，這是系統(tǒng)誤差。減小系統(tǒng)誤差的方法有選用密度大的實(shí)心重物，重物下落前紙帶應(yīng)保持豎直，選用電火花計時器等。
(2)由于測量長度會造成誤差，屬偶然誤差，減少辦法一是測距離都應(yīng)從起點(diǎn)0量起，下落高度h適當(dāng)大些(過小，h不易測準(zhǔn)確；過大，阻力影響造成的誤差大)，二是多測幾次取平均值。
【例一】在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計時器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭=9．80m/s2。某同學(xué)選擇了一條理想的紙帶，用刻度尺測量時計數(shù)點(diǎn)對應(yīng)刻度尺上的讀數(shù)如圖所示。圖中O點(diǎn)是打點(diǎn)計時器打出的第一個點(diǎn)，A、B、C、D分別是每打兩個點(diǎn)取出的計數(shù)點(diǎn)。根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動到B點(diǎn)時：
(1)重力勢能的減少量為多少?
(2)動能的增加量是多少?
(3)根據(jù)計算的數(shù)據(jù)可得出什么結(jié)論?產(chǎn)生誤差的主要原因是什么?

課后作業(yè)：
1．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，需要直接測量和間接測量的數(shù)據(jù)是重物的()
A．質(zhì)量B．下落時間C．下落高度D．瞬時速度
2．選擇紙帶時，較為理想的是()
A．點(diǎn)跡小而清晰的B．點(diǎn)跡粗的
C．第一、二點(diǎn)距離接近2mm的D．紙帶長度較長的(40---50cm)
3．在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，有下列器材可供選擇：
鐵架臺、打點(diǎn)計時器、復(fù)寫紙、低壓直流電源、天平、秒表、導(dǎo)線、開關(guān)。其中不必要的器材是__________。缺少的器材是__________。
4．下列實(shí)驗(yàn)步驟中，合理的順序是
A．把重物系在夾子上，紙帶穿過計時器，上端用手提著，下端夾上系重物的夾子，讓夾子靠近打點(diǎn)計時器。
B．把打點(diǎn)計時器接入學(xué)生電源交流輸出端，輸出電壓調(diào)在6V。
C．把打點(diǎn)計時器固定在鐵架臺上，使兩個限位孔在同一豎直線上。
D．拆下導(dǎo)線，整理器材。
E．接通電源，釋放紙帶。
F．?dāng)嚅_電源，更換紙帶。再進(jìn)行兩次實(shí)驗(yàn)。
G．在三條紙帶中選取最合適的一條，再紙帶上選幾個點(diǎn)，進(jìn)行數(shù)據(jù)處理。
5.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，電源頻率為50Hz。當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9．8m/s2，測得所用重物質(zhì)量是1．00kg，甲、乙、丙三同學(xué)分別用同一裝置打出三條紙帶，量出各紙帶上第一、二兩點(diǎn)間的距離分別是0．18cm，0．19cm和0．25cm，可以看出其中一個人在操作上有誤，具體原因是______________________，選用第二條紙帶，量得三個連續(xù)A、B、C到第一點(diǎn)的距離分別是15．55cm、19．20cm和23．23cm，當(dāng)打點(diǎn)計時器打在B點(diǎn)時，重物重力勢能減小量為__________________J，重物的動能是_____________________J。
6.在“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，打點(diǎn)計時器所用電源頻率為50Hz，當(dāng)?shù)刂亓铀俣萭=9．8m/s2，測得所用重物質(zhì)量是1．00kg，實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清晰的紙帶，把第一個點(diǎn)計作O，另選連續(xù)的四個點(diǎn)A、B、C、D作為測量的點(diǎn)，經(jīng)測量知道A、B、C、D各點(diǎn)到O點(diǎn)的距離分別是62.99cm、70.18cm、77．76cm、85．73cm，根據(jù)以上數(shù)據(jù)?？芍匚镉蒓點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)，重力勢能的減少量為_______________J，動能的增加量等于__________J。（取3位有效數(shù)字）。

7．在利用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，對第一個計數(shù)點(diǎn)的要求為_______________。用__________方法可以判斷滿足了這個要求。實(shí)驗(yàn)時必須知道重錘的動能增加量應(yīng)小于重力勢能減少量，而在實(shí)驗(yàn)計算中卻可能出現(xiàn)動能增加量大于重力勢能減少量，這是由于______________。

8．在利用自由落體運(yùn)動驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，(1)若應(yīng)用公式v=gt計算即時速度進(jìn)行驗(yàn)證，打點(diǎn)計時器所接交流電的頻率為50赫茲，甲、乙兩條實(shí)驗(yàn)紙帶，如圖所示，應(yīng)選__________紙帶好。(2)若通過測量紙上某兩點(diǎn)間距離來計算即時速度，進(jìn)行驗(yàn)證，設(shè)已測得點(diǎn)2到4間距離為s1,點(diǎn)0到3間距離為s2，打點(diǎn)周期為T，為驗(yàn)證重物開始下落到打點(diǎn)計時器打下點(diǎn)3這段時間內(nèi)機(jī)械能守恒、實(shí)驗(yàn)后，s1、s2和T應(yīng)滿足的關(guān)系為T=____________。
jAb88.coM

相關(guān)知識

驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

一名優(yōu)秀的教師在教學(xué)時都會提前最好準(zhǔn)備，教師在教學(xué)前就要準(zhǔn)備好教案，做好充分的準(zhǔn)備。教案可以讓學(xué)生更好的消化課堂內(nèi)容，幫助教師提高自己的教學(xué)質(zhì)量。優(yōu)秀有創(chuàng)意的教案要怎樣寫呢？下面是小編為大家整理的“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，歡迎您參考，希望對您有所助益！

總課題機(jī)械能守恒定律總課時第26課時
課題驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課型實(shí)驗(yàn)課
教
學(xué)
目
標(biāo)知識與技能
1、會用打點(diǎn)計時器打下的紙帶計算物體運(yùn)動的速度。
2、掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理。
過程與方法
通過用紙帶與打點(diǎn)計時器來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，體驗(yàn)驗(yàn)證過程和物理學(xué)的研究方法。
情感、態(tài)度與價值觀
通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，體會學(xué)習(xí)的快樂，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣；通過親身實(shí)踐，樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀。培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。
教學(xué)
重點(diǎn)掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理。
教學(xué)
難點(diǎn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的誤差分析及如何減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法。
學(xué)法
指導(dǎo)實(shí)驗(yàn)探究
教學(xué)
準(zhǔn)備
教學(xué)
設(shè)想預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)→學(xué)生初步了解本節(jié)內(nèi)容→實(shí)驗(yàn)探究→突出重點(diǎn)，突破難點(diǎn)→典型例題分析→鞏固知識→達(dá)標(biāo)提升
教學(xué)過程
師生互動補(bǔ)充內(nèi)容或錯題訂正
任務(wù)一預(yù)習(xí)導(dǎo)學(xué)
⒈為進(jìn)行驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)，有下列器材可供選用：鐵架臺，打點(diǎn)計時器，復(fù)寫紙，紙帶，秒表，低壓直流電源，導(dǎo)線，電鍵，天平。其中不必要的器材有：；缺少的器材是。
⒉物體做自由落體運(yùn)動時，只受力作用，其機(jī)械能守恒，若物體自由下落H高度時速度為V，應(yīng)有MgH=，故只要gH=1/2V2成立，即可驗(yàn)證自由落體運(yùn)動中物體的機(jī)械能守恒。
⒊在打出的各紙帶中挑選出一條點(diǎn)跡，且第1、2兩打點(diǎn)間距離接近的紙帶。
⒋測定第N個點(diǎn)的瞬時速度的方法是：測出與N點(diǎn)相鄰的前、后兩段相等時間T內(nèi)下落的距離SN和SN+1，，有公式VN=算出。
⒌在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時，如果以v2／2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的圖線應(yīng)是，才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其斜率等于的數(shù)值。
任務(wù)二重點(diǎn)復(fù)習(xí)
1、推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律在本實(shí)驗(yàn)中的具體表達(dá)式。
在圖1中，質(zhì)量為m的物體從O點(diǎn)自由下落，以地作零重力勢能面，下落過程中任意兩點(diǎn)A和B的機(jī)械能分別為：
EA=，EB=
如果忽略空氣阻力，物體下落過程中的機(jī)械能守恒，于是有:

上式亦可寫成

為了方便，可以直接從開始下落的O點(diǎn)至任意一點(diǎn)（如圖1中A點(diǎn)）來進(jìn)行研究，這時應(yīng)有：----本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式，式中h是
高度，vA是物體在A點(diǎn)的
速度。
2、如何求出A點(diǎn)的瞬時速度vA？
(引導(dǎo)：根據(jù)做勻加速運(yùn)動的物體在某一段時間t內(nèi)的平均速度等于該時間中間時刻的瞬時速度可求出A點(diǎn)的瞬時速度vA。)
圖2是豎直紙帶由下而上實(shí)際打點(diǎn)后的情況。從O點(diǎn)開始依次取點(diǎn)1，2，3，……圖中s1，s2，s3，……分別為0～2點(diǎn)，1～3點(diǎn)，2～4點(diǎn)……各段間的距離。
根據(jù)公式，t=2×0.02s（紙帶上任意兩個相鄰的點(diǎn)間所表示的時間都是0.02s），可求出各段的平均速度。這些平均速度就等于是1，2，3，……各點(diǎn)相對應(yīng)的瞬時速度v1，v2，v3，…….

3、如何確定重物下落的高度？
（引導(dǎo)：圖2中h1，h2，h3，……分別為紙帶從O點(diǎn)下落的高度。）

根據(jù)以上數(shù)值可以計算出任意點(diǎn)的重力勢能和動能，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。
任務(wù)三進(jìn)行實(shí)驗(yàn)
一、在學(xué)生開始做實(shí)驗(yàn)之前，老師應(yīng)強(qiáng)調(diào)如下幾個問題：
1、該實(shí)驗(yàn)中選取被打點(diǎn)紙帶應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是第一點(diǎn)O為計時起點(diǎn)，O點(diǎn)的速度應(yīng)為零。怎樣判別呢？

2、是否需要測量重物的質(zhì)量？

3、在架設(shè)打點(diǎn)計時器時應(yīng)注意什么？為什么？

4、實(shí)驗(yàn)時，接通電源和釋放紙帶的順序怎樣？為什么？

5、測量下落高度時，某同學(xué)認(rèn)為都必須從起始點(diǎn)算起，不能弄錯。他的看法正確嗎？為了減小測量h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些好，還是近些好？

二、學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。(學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)的步驟，教師巡回指導(dǎo)，幫助能力較差的學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)步驟)(參考實(shí)驗(yàn)步驟)
1．把打點(diǎn)計時器安裝在鐵架臺上，用導(dǎo)線將學(xué)生電源和打點(diǎn)計時器接好．
2．把紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過打點(diǎn)計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重錘?？吭诖螯c(diǎn)計時器附近．
3．接通電源，待計時器打點(diǎn)穩(wěn)定后再松開紙帶，讓重錘自由下落，打點(diǎn)計時器應(yīng)該在紙帶上打出一系列的點(diǎn)．
4．重復(fù)上一步的過程，打三到五條紙帶．
5．選擇一條點(diǎn)跡清晰且第l、2點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上0，以后各點(diǎn)依次為1、2、3……用刻度尺測量對應(yīng)下落的高度h1h2h3，……記人表格中．
6．用公式vn=hn+1+hn-1/2t，計算出各點(diǎn)的瞬時速度v1v2v3……并記錄在表格中．
各計數(shù)點(diǎn)l23456
下落高度
速度
勢能
動能
結(jié)論
7．計算各點(diǎn)的重力勢能的減少量mgh。和動能的增加量1/2mvn2，并進(jìn)行比較．看是否相等，將數(shù)值填人表格內(nèi)．
任務(wù)四達(dá)標(biāo)提升
（1）2．在《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計時器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9．8m／s2，實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清楚的紙帶如圖7-10-1所示，把第一個點(diǎn)記作O，另選連續(xù)的4個點(diǎn)A、B、C、D作為測量的點(diǎn)，經(jīng)測量A、B、C、D各點(diǎn)到O的距離分別為62．99cm、70．18cm、77．76cm、85．73cm．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動到C點(diǎn)，重力勢能減少量等于J，動能的增加量等于J(取三位有效數(shù)字)．在實(shí)驗(yàn)允許誤差范圍內(nèi)，可認(rèn)為重物下落過程中，機(jī)械能，(可設(shè)重物質(zhì)量為m)
2．在《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》的實(shí)驗(yàn)中，下列說法中正確的是()
A．要用天平稱重錘質(zhì)量
B．實(shí)驗(yàn)時，當(dāng)松開紙帶讓重錘下落的同時，立即接通電源
C．要選用第1、2兩點(diǎn)接近2mm的紙帶
D．實(shí)驗(yàn)結(jié)果總是動能增加量略大于重力勢能的減小量
（3）在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時，用打點(diǎn)計時器打出紙帶如圖3所示，其中A點(diǎn)為打下的第一個點(diǎn)，0、1、2……為連續(xù)的計數(shù)點(diǎn)。現(xiàn)測得兩相鄰計數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相鄰計數(shù)點(diǎn)間的打點(diǎn)時間間隔均為T。根據(jù)紙帶測量出的距離及打點(diǎn)的時間間隔，可以求出此實(shí)驗(yàn)過程中重錘下落運(yùn)動的加速度大小表達(dá)式為：
_________。在打第5號計數(shù)點(diǎn)時，紙帶運(yùn)動的瞬時速度大小的表達(dá)式為________。要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選擇打下第_________號和第__________號計數(shù)點(diǎn)之間的過程為研究對象。
（4）某次“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，用6V、50Hz的打點(diǎn)計時器打出的一條無漏點(diǎn)的紙帶，如圖4所示，O點(diǎn)為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計數(shù)點(diǎn)為A、B、C、D，各計數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的長度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為1kg。
①打點(diǎn)計時器打出B點(diǎn)時，重錘下落的速度vB=m/s，重錘的動能EkB=
J。
②從開始下落算起，打點(diǎn)計時器打B點(diǎn)時，重錘的重力勢能減小量為
J。
③根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點(diǎn)的過程中，得到的結(jié)論是。

實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律(新課標(biāo))

實(shí)驗(yàn):驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
★新課標(biāo)要求
（一）知識與技能
1、會用打點(diǎn)計時器打下的紙帶計算物體運(yùn)動的速度。
2、掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理。
（二）過程與方法
通過用紙帶與打點(diǎn)計時器來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，體驗(yàn)驗(yàn)證過程和物理學(xué)的研究方法。
（三）情感、態(tài)度與價值觀
通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，體會學(xué)習(xí)的快樂，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣；通過親身實(shí)踐，樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀。培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。
★教學(xué)重點(diǎn)
掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理。
★教學(xué)難點(diǎn)
驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的誤差分析及如何減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法。
★教學(xué)方法
教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主設(shè)計實(shí)驗(yàn)方案，親自動手實(shí)驗(yàn)，并討論、交流學(xué)習(xí)成果。
★教學(xué)工具
重物、電磁打點(diǎn)計時器以及紙帶，復(fù)寫紙片，低壓電源及兩根導(dǎo)線，鐵架臺和鐵夾，刻度尺，小夾子。
★教學(xué)過程
（一）課前準(zhǔn)備
教師活動：課前布置學(xué)生預(yù)習(xí)本節(jié)實(shí)驗(yàn)。下發(fā)預(yù)習(xí)提綱，重點(diǎn)復(fù)習(xí)下面的三個問題：
1、推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律在本實(shí)驗(yàn)中的具體表達(dá)式。
在圖1中，質(zhì)量為m的物體從O點(diǎn)自由下落，以地作零重力勢能面，下落過程中任意兩點(diǎn)A和B的機(jī)械能分別為：

EA=，EB=
如果忽略空氣阻力，物體下落過程中的機(jī)械能守恒，于是有
EA=EB，即=
上式亦可寫成
該式左邊表示物體由A到B過程中動能的增加，右邊表示物體由A到B過程中重力勢能的減少。等式說明，物體重力勢能的減少等于動能的增加。為了方便，可以直接從開始下落的O點(diǎn)至任意一點(diǎn)（如圖1中A點(diǎn)）來進(jìn)行研究，這時應(yīng)有：----本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式，式中h是物體從O點(diǎn)下落至A點(diǎn)的高度，vA是物體在A點(diǎn)的瞬時速度。
2、如何求出A點(diǎn)的瞬時速度vA？
根據(jù)做勻加速運(yùn)動的物體在某一段時間t內(nèi)的平均速度等于該時間中間時刻的瞬時速度可求出A點(diǎn)的瞬時速度vA。
圖2是豎直紙帶由下而上實(shí)際打點(diǎn)后的情況。從O點(diǎn)開始依次取點(diǎn)1，2，3，……圖中s1，s2，s3，……分別為0～2點(diǎn)，1～3點(diǎn)，2～4點(diǎn)……各段間的距離。
根據(jù)公式，t=2×0.02s（紙帶上任意兩個相鄰的點(diǎn)間所表示的時間都是0.02s），可求出各段的平均速度。這些平均速度就等于是1，2，3，……各點(diǎn)相對應(yīng)的瞬時速度v1，v2，v3，…….例如：
量出0～2點(diǎn)間距離s1，則在這段時間里的平均速度，這就是點(diǎn)1處的瞬時速度v1。依次類推可求出點(diǎn)2，3，……處的瞬時速度v2，v3，……。
3、如何確定重物下落的高度？
圖2中h1，h2，h3，……分別為紙帶從O點(diǎn)下落的高度。
根據(jù)以上數(shù)值可以計算出任意點(diǎn)的重力勢能和動能，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。
學(xué)生活動：學(xué)生看書明確實(shí)驗(yàn)的各項任務(wù)及實(shí)驗(yàn)儀器。復(fù)習(xí)《用打點(diǎn)計時器測速度》的實(shí)驗(yàn)，掌握用打點(diǎn)計時器測量勻變速直線運(yùn)動速度的方法。
（二）進(jìn)行新課
教師活動：在學(xué)生開始做實(shí)驗(yàn)之前，老師應(yīng)強(qiáng)調(diào)如下幾個問題：
1、該實(shí)驗(yàn)中選取被打點(diǎn)紙帶應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是第一點(diǎn)O為計時起點(diǎn)，O點(diǎn)的速度應(yīng)為零。怎樣判別呢？
2、是否需要測量重物的質(zhì)量？
3、在架設(shè)打點(diǎn)計時器時應(yīng)注意什么？為什么？
4、實(shí)驗(yàn)時，接通電源和釋放紙帶的順序怎樣？為什么？
5、測量下落高度時，某同學(xué)認(rèn)為都必須從起始點(diǎn)算起，不能弄錯。他的看法正確嗎？為了減小測量h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些好，還是近些好？
學(xué)生活動：思考老師的問題，討論、交流。選出代表發(fā)表見解。
1、因?yàn)榇螯c(diǎn)計時器每隔0.02s打點(diǎn)一次，在最初的0.02s內(nèi)物體下落距離應(yīng)為0.002m，所以應(yīng)從幾條紙帶中選擇第一、二兩點(diǎn)間距離接近兩年2mm的紙帶進(jìn)行測量；二是在紙帶上所選的點(diǎn)就是連續(xù)相鄰的點(diǎn)，每相鄰兩點(diǎn)時間間隔t=0.02s.
2、因?yàn)椴恍枰牢矬w在某點(diǎn)動能和勢能的具體數(shù)值，所以不必測量物體的質(zhì)量m，而只需驗(yàn)證就行了。
3、打點(diǎn)計時器要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)，以盡量減少重物帶著紙帶下落時所受到的阻力作用。
4、必須先接通電源，讓打點(diǎn)計時器正常工作后才能松開紙帶讓重物下落。
5、這個同學(xué)的看法是正確的。為了減小測量h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些好。
教師活動：聽取學(xué)生匯報，點(diǎn)評，幫助學(xué)生解決困難。
學(xué)生活動：學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)。
★課余作業(yè)
1、完成實(shí)驗(yàn)報告。
2、完成如下思考題：
（1）為進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，有下列器材可供選用：鐵架臺，打點(diǎn)計時器，復(fù)寫紙，紙帶，秒表，低壓直流電源，導(dǎo)線，電鍵，天平。其中不必要的器材有：
；缺少的器材是。
（2）在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時，如果以v2／2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的圖線應(yīng)是，才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其斜率等于的數(shù)值。
（3）在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時，用打點(diǎn)計時器打出紙帶如圖3所示，其中A點(diǎn)為打下的第一個點(diǎn)，0、1、2……為連續(xù)的計數(shù)點(diǎn)?，F(xiàn)測得兩相鄰計數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相鄰計數(shù)點(diǎn)間的打點(diǎn)時間間隔均為T。根據(jù)紙帶測量出的距離及打點(diǎn)的時間間隔，可以求出此實(shí)驗(yàn)過程中重錘下落運(yùn)動的加速度大小表達(dá)式為_________。在打第5號計數(shù)點(diǎn)時，紙帶運(yùn)動的瞬時速度大小的表達(dá)式為________。要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選擇打下第_________號和第__________號計數(shù)點(diǎn)之間的過程為研究對象。
（4）某次“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，用6V、50Hz的打點(diǎn)計時器打出的一條無漏點(diǎn)的紙帶，如圖4所示，O點(diǎn)為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計數(shù)點(diǎn)為A、B、C、D，各計數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的長度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為1kg。
①打點(diǎn)計時器打出B點(diǎn)時，重錘下落的速度vB=m/s，重錘的動能EkB=
J。
②從開始下落算起，打點(diǎn)計時器打B點(diǎn)時，重錘的重力勢能減小量為J。
③根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點(diǎn)的過程中，得到的結(jié)論是。
［參考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低壓直流電源、天平。缺少的器材是低壓交流電源、重錘、刻度尺。（2）通過原點(diǎn)的直線、g.（3）（s6+s5+s4-s3-s2–s1）/9T2，
（s5+s6）/2T，1、5.（4）①1.175，0.69，0.69②0.69，③機(jī)械能守恒。］
★教學(xué)體會
思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實(shí)踐活動，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。

第4講實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律

作為杰出的教學(xué)工作者，能夠保證教課的順利開展，作為教師就要好好準(zhǔn)備好一份教案課件。教案可以更好的幫助學(xué)生們打好基礎(chǔ)，減輕教師們在教學(xué)時的教學(xué)壓力。那么怎么才能寫出優(yōu)秀的教案呢？為滿足您的需求，小編特地編輯了“第4講實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”，供大家借鑒和使用，希望大家分享！

第4講實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律
1．利用重錘下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，下面敘述正確的是()
A．應(yīng)該用天平稱出物體的質(zhì)量
B．應(yīng)該選用點(diǎn)跡清晰，特別是第一點(diǎn)沒有拉成長條的紙帶
C．操作時應(yīng)在接通電源的同時放開紙帶
D．打點(diǎn)計時器應(yīng)接在電壓為4～6V的直流電源上
答案：B
2．某位同學(xué)做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，下列操作步驟中錯誤的是()
A．把打點(diǎn)計時器固定在鐵架臺上，用導(dǎo)線連接到低壓交流電源
B．將連有重錘的紙帶穿過限位孔，將紙帶和重錘提升到一定高度
C．先釋放紙帶，再接通電源
D．更換紙帶，重復(fù)實(shí)驗(yàn)，根據(jù)記錄處理數(shù)據(jù)
解析：使用打點(diǎn)計時器的實(shí)驗(yàn)均需先通電且打點(diǎn)穩(wěn)定時才能松開紙帶．
答案：C
3.
圖5－5－6
如圖5－5－6所示，小球從豎直磚墻某位置靜止釋放，用頻閃照相機(jī)在同一底片上多次曝光，得到了圖中1、2、3、4、5…所示小球運(yùn)動過程中每次曝光的位置。連續(xù)兩次曝光的時間間隔均為T，每塊磚的厚度為d。根據(jù)圖中的信息，下列判斷正確的是()
A．能判定位置“1”是小球釋放的初始位置
B．能求出小球下落的加速度為dT2
C．能求出小球在位置“3”的速度為7d2T
D．如果已知d和T的數(shù)值，就能判定小球下落過程中機(jī)械能是否守恒
答案：BCD
4．光電計時器是物理實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常用到的一種精密計時儀器，它由光電門和計時器兩部分組成，光電門的一臂的內(nèi)側(cè)附有發(fā)光裝置(發(fā)射激光的裝置是激光二極管，發(fā)出的光束很細(xì))，如圖5－5－7中的A和A′，另一臂的內(nèi)側(cè)附有接收激光的裝置，如圖中的B和B′，當(dāng)物體在它們之間通過時，二極管發(fā)出的激光被物體擋住，接收裝置不能接收到激光信號，同時計時器就開始計時，直到擋光結(jié)束光電計時器停止計時，故此裝置能精確地記錄物體通過光電門所用的時間．現(xiàn)有一小球從兩光電門的正上方開始自由下落，如圖所示，

圖5－5－7
(1)若要用這套裝置來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，則要測量的物理量有________(每個物理量均用文字和字母表示，如高度H)
(2)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的關(guān)系式為________________．
解析：(1)需要測量的物理量有：小球直徑D，兩光電門間的豎直高度H，小球通過上下兩光電門的時間Δt1、Δt2.則小球通過上、下兩光電門處的速度分別為DΔt1、DΔt2.
(2)驗(yàn)證守恒關(guān)系式為：12mDΔt22－12mDΔt12＝mgH，化簡得：D2Δt22－D2Δt21＝2gH.
答案：(1)小球直徑D、兩光電門間的豎直高度H、小球通過上下兩光電門的時間Δt1、Δt2
(2)D2Δt22－D2Δt21＝2gH
5.
圖5－5－8
如圖5－5－8所示，兩個質(zhì)量各為m1和m2的小物塊A和B，分別系在一條跨過定滑輪的軟繩兩端，已知m1m2.現(xiàn)要利用此裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律．
(1)若選定物塊A從靜止開始下落的過程進(jìn)行測量，則需要測量的物理量有________．(在橫線上填入選項前的編號)
①物塊的質(zhì)量m1、m2；
②物塊A下落的距離及下落這段距離所用的時間；
③物塊B上升的距離及上升這段距離所用的時間；
④繩子的長度．
(2)為提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果的準(zhǔn)確程度，某小組同學(xué)對此實(shí)驗(yàn)提出以下建議：
①繩的質(zhì)量要輕；
②在“輕質(zhì)繩”的前提下，繩子越長越好；
③盡量保證物塊只沿豎直方向運(yùn)動，不要搖晃；
④兩個物塊的質(zhì)量之差要盡可能大．
以上建議中確實(shí)對提高準(zhǔn)確程度有作用的是________．(在橫線上填入選項前的編號)
(3)寫出一條上面沒有提到的對提高實(shí)驗(yàn)結(jié)果準(zhǔn)確程度有益的建議：________________________________________________________________________.
解析：(1)通過連結(jié)在一起的A、B兩物體驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，即驗(yàn)證系統(tǒng)的勢能變化與動能變化是否相等，A、B連結(jié)在一起，A下降的距離一定等于B上升的距離；A、B的速度大小總是相等的，故②、③只測其中之一即可，不需要測量繩子的長度．填①②或①③.
(2)如果繩子質(zhì)量不能忽略，則A、B組成的系統(tǒng)勢能將有一部分轉(zhuǎn)化為繩子的動能，從而為驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律帶來誤差；若物塊搖擺，則兩物塊的速度有差別，為計算系統(tǒng)的動能帶來誤差；兩個物塊質(zhì)量差較大時，就可以使兩物體下降過程時間變短，由計時所帶來的誤差影響就會越大，故正確選項①③.
答案：(1)①②或①③(2)①③(3)例如：“對同一高度進(jìn)行多次測量取平均值”；“選取受力后相對伸長盡量小的繩”；等

機(jī)械能守恒定律

古人云，工欲善其事，必先利其器。教師要準(zhǔn)備好教案，這是教師工作中的一部分。教案可以讓學(xué)生能夠在課堂積極的參與互動，使教師有一個簡單易懂的教學(xué)思路。您知道教案應(yīng)該要怎么下筆嗎？下面是小編幫大家編輯的《機(jī)械能守恒定律》，僅供參考，希望能為您提供參考！

第5節(jié)機(jī)械能守恒定律
【學(xué)習(xí)目標(biāo)】
1．知道機(jī)械能守恒定律及其適用條件。
2．會應(yīng)用機(jī)械能守恒定律解題，明確解題步驟，知道用這個定律處理問題的優(yōu)點(diǎn)。
3．能敘述能量守恒定律，體會能量守恒是自然界的基本規(guī)律之一。會初步運(yùn)用能量守恒的觀點(diǎn)分析問題。

【閱讀指導(dǎo)】
圖1圖2
1．物體的機(jī)械能包括_________、_________和__________。如圖1所示，在一個光滑曲面的上端A，由靜止釋放一質(zhì)量為m的小球，若取曲面的底端所在的平面為零重力勢能點(diǎn)，小球在A點(diǎn)時的機(jī)械能為__________，小球沿曲面滑到曲面底端B點(diǎn)，小球從A點(diǎn)滑到B點(diǎn)的過程中，小球受到_____力和_____力，其中只有____做功，該力做的功W＝_________，重力勢能________（填“增加”或“減少”）了__________，由動能定理知小球動能的變化量為_________，此時小球的機(jī)械能為_______，在該過程中小球的機(jī)械能_______（填“變化”或“不變”）。如果這個曲面是粗糙的，那么小球在由A滑到B的過程中，不僅重力做功同時________力做_____（填“正”或“負(fù)”），若該力做了Wf的功，由動能定理可知，物體動能的增加了________，此時的機(jī)械能為_______，小球從A滑到B的過程中機(jī)械能_________（填“變化”或“不變”）。
2．如圖2所示，一根長為h的細(xì)繩，一端懸掛在天花板上，另一端拴一質(zhì)量為m的小球，將小球拉至與豎直方向成60°角的位置A，不計空氣阻力，由靜止釋放小球，在小球擺到最低點(diǎn)B的過程中，小球受到______力和_____力的作用，其中只有______力做功，該力做功為___________。由動能定理可知小球的動能增量為______。若假設(shè)小球達(dá)到最低點(diǎn)所在的平面為零重力勢能面，小球在A點(diǎn)的機(jī)械能為_______，在B點(diǎn)的機(jī)械能為_______，小球從A到B的過程中機(jī)械能的總量________（填“變化”或“不變”）。若這個過程中空氣阻力不能忽略，那么，小球從A到B的過程中，不僅重力做功，同時_______也做功，機(jī)械能的總量將__________（填“增加”、“減少”或“不變”）。
3．能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式________為另一種形式，或者從一個物體_________到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中其總量保持不變。

【課堂練習(xí)】
★夯實(shí)基礎(chǔ)
1．下列幾種運(yùn)動中機(jī)械能守恒的是（）
A．平拋物體的運(yùn)動B．豎直方向的勻速直線運(yùn)動
C．單擺在豎直平面內(nèi)的擺動D．物體沿光滑斜面自由上滑
2．如圖所示，一個小球，從長度L=10m，傾角為30°的光滑斜面頂端A由靜止開始下滑，若g取10m/s到達(dá)軌道底端B時的速度大小是（）
A．10m/sB．10m/s
C．100m/sD．200m/s
3．如圖所示，一個可視為質(zhì)點(diǎn)的實(shí)心鋼球從高H的A點(diǎn)自由落入水面的B點(diǎn)，然后鋼球繼續(xù)落入深為h的水底C處。下列說法正確的是（）
A．鋼球由A落到C的過程中，機(jī)械能守恒
B．鋼球由A落到B的過程中，機(jī)械能守恒
C．鋼球由B落到C的過程中，機(jī)械能守恒
D．鋼球由A落到C的過程中，動能先增加后減少
4．質(zhì)量為m的石子從距地面高為H的塔頂以初速度v0豎直向下拋出，若只考慮重力作用，則石子下落到距地面高為h處時的動能為：（g表示重力加速度）
A．B．
C．D．
5．物體從某一高度自由落到直立于地面上的輕彈簧上，如圖所示在A點(diǎn)開始與彈簧接觸，到B點(diǎn)物體速度為零，然后被彈回，則（）
A．物體從A到B的過程中，動能不斷減小
B．物體從B上升到A的過程中，動能不斷增大
C．物體從A到B及B上升到A的過程中，動能是先變大后變小
D．物體在B點(diǎn)的動能為零
6．豎直下拋一小球，不計空氣阻力和小球落地時的能量損失，小球著地后回跳的高度比拋出點(diǎn)的高度高5.0m。求小球拋出時的速度多大？（g取10m/s2）

★能力提升
7．物體做平拋運(yùn)動，落地時的動能是剛被拋出時動能的4倍，則物體剛被拋出時的重力勢能是動能的多少倍？

8．如圖所示，AB和CD為半徑為R=lm的1/4圓弧形光滑軌道，BC為一段長2m的水平軌道．質(zhì)量為2kg的物體從軌道A端由靜止釋放，若物體與水平軌道BC間的動摩擦因數(shù)為0.1，求：（l）物體第1次沿CD弧形軌道可上升的最大高度；（2）物體最終停下來的位置與B點(diǎn)的距離．
9．如圖所示的裝置中，輕繩將A、B相連，B置于光滑水平面上，拉力F使B以1m/s勻速地由P運(yùn)動到Q，P、Q處繩與豎直方向的夾角分別為α1=37°，α2=60°。滑輪離光滑水平面高度h=2m，已知mA=10kg，mB=20kg，不計滑輪質(zhì)量和摩擦，求在此過程中拉力F做的功？（已知sin37°=0.6，g取10m/s2）

第5節(jié)機(jī)械能守恒定律
【閱讀指導(dǎo)】
1、動能重力勢能彈性勢能mgh重力彈力重力mgh減少mghmghmgh不變摩擦負(fù)（mgh－Wf）mgh－Wf變化2、重拉重mgh/2mgh/2mgh/2mgh/2不變減少3、只有重力做功直線曲線彈性勢能重力和彈力做功4、轉(zhuǎn)化、轉(zhuǎn)移
【課堂練習(xí)】
1、ACD2、A3、BD4、C5、0.6m6、10m/s7、3*8、(1)0.8(2)2m