2018年高中物理必修二教案79 实验验证机械能守恒定律 .docx

7.9 实验：验证机械能守恒定律

教学目标

一、知识与技能

会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。

掌握验证机械能守恒定律的实验原理。二、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。

三、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。

教学重点

验证机械能守恒定律的实验原理。

实验原理及方法的选择及掌握。教学难点

实验误差分析的方法。教学过程

一、导入新课

通过上一节课的学习，我们知道机械能守恒定律及其表达式以及其在物理学中的重要地位。一个规律的提出，不但要有理论的支持，还要由实验的验证，今天我们就设计实验，来验证机械能守恒定律。

二、新课教学

（一）实验方法

在图1中，质量为m的物体从O点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点A和B的机械能分别为：

1

E= mv2

mgh

1

， E= mv2

mgh

A 2 A A B 2 B B

如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有

E=E

1

，即 mv2

mgh

1

= mv2

mgh

A B 2 A

1

A 2 B B

1

上式亦可写成 mv2

mv2?mgh ?mgh

2 B 2 A A B

该式左边表示物体由A到B过程中动能的增加，右边表示物体由A到B过程中重力势能的减少。等式说明，物体重力势能的减少等于动能的增加。为了方便，可以直接从开始下

1

2落的O点至任意一点（如图1中A点）来进行研究，这时应有： mv2

2

A

?mgh——本实验

要验证的表达式，式中h是物体从O点下落至A点的高度，v

A

是物体在A点的瞬时速度。

（二）实验中需要注意的问题

教师：请同学们看教材P79“要注意的问题”部分，思考一下问题：

重物选取的原则是什么？为什么？

本实验误差的主要来源是什么？怎样有效地减小误差？

为了利用重物下落的某个过程验证机械能守恒，如何恰当的选取重物下落的初末位

置？

重物的质量是否需要测量？为什么？学生看书思考、讨论并回答：

重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸带和计时器之间的摩擦力，计时器平

面不在竖直方向上，为减小误差，固定打点计时器时，计时器平面要竖直以利于减小纸带与计时器的摩擦力。

实验用的纸带一般小于1m，从起始点开始大约能打出20个左右的计数点，终结位置的点可以选择倒数第一个点或者倒数第二个点，从这一个点向前数4~6个点当开始的点。这样选取的目的是可以减小这两个点瞬时速度和两点之间的距离（高度h）测量的误差。一般情况下，打的第一个点作为起始点，这样测量和计算方便一些。

不需要测量重物的质量，因为这个物理量在式子两边可以约掉。

（三）速度的测量和重物下落的高度的确定

速度的测量

根据做匀加速直线运动的物体在某一段时间t内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出A点的瞬时速度v。

A

图2（见下页）是竖直纸带由下而上实际打点后的情况。从O点开始依次取点1，2，3，

图中s，s，s，……分别为0～2点，1～3点，2～4点……各段间的距离。

1 2 3

根据公式v?s，t=2×0.02s（纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是0.02s），

t

可求出各段的平均速度。这些平均速度就等于是1，2，3，……各点相对应的瞬时速度v，

1

s

v，v，……。例如：量出0～2点间距离s，则在这段时间里的平均速度v ? 1，这就是

2 3 1 1 t

点1处的瞬时速度v1。依次类推可求出点2，3，……处的瞬时速度v2，v3，……。

4

4

h

4

s

3

3

s

2

h

3

2

s

h

1

2

1

h

0

1

重物下落的高度的确定

图2中h，h，h，……分别为纸带从O点下落的高度。

1 2 3

（四）实验步骤

把打点计时器安装在铁架台上，用导线将学生电源和打点计时器接好。

把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近。

接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器就在纸带上打出一系列的点。

重复上一步的过程，打三到五条纸带。

选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高度h、h、h……记录在表格中。

1 2 3

用公式v=（h -h ）/2t，计