1、- 1 -物理实验教学设计（三维五环教学模式）验证机械能守恒定律黑龙江双鸭山市田家炳中学张娇月- 2 -实验:验证机械能守恒定律【教学目标】知识与技能1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。2、掌握验证机械能守恒定律的实验原理。3、通过学生的独立思考解决实验中遇到的问题，以及对实验数据的处理。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。培养学生合作探究的精神。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，合作能力，独立思考的能力，发现问题、解决问
2、题的能力。【教学重点】1、 掌握验证机械能守恒定律的实验原理。2、 引导学生主动思考，培养学生合作探究的能力。【教学难点】1、如何设计验证机械能守恒定律的实验2、实验数据误差分析及如何减小实验误差的方法【自主学习】1、 机械能守恒定律的内容是 。2、 能否设计一个验证机械能守恒定律的实验过程？3、 推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。4、 如何求出 A 点的瞬时速度 vA？5、如何确定重物下落的高度？6、怎样分析得到的实验数据？- 3 -【合作研学】1、 实验的设计思想？实验中需要哪些器材？2、 本实验实验步骤有哪些？3、 实验中有哪些注意事项？4、 哪些环节会对实验数据产生影响？教学
3、过程：教师活动： 1、推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。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：EA= ghv2， EB= Bmghv21如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有EA=EB，即 Aghmv21= Bghv21上式亦可写成 ABm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，可以直接从开始下落的 O 点至任意一点（如图 1中 A 点）来进行研究，这时应有： mghv21-本
4、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。2、如何求出 A 点的瞬时速度 vA？根据做匀加速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vA。图 201234s1s2s3h1h2h3h4- 4 -图 2 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 s1，s 2，s 3，分别为 02 点，13 点，24 点 各段间的距离。根据公式 tv，t=20.02 s（纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是 0.02s），可求出各段的平均速度。这些平均速度就等于是1
5、，2，3，各点相对应的瞬时速度 v1，v 2，v 3，.3、如何确定重物下落的高度？图 2 中 h1，h 2，h 3，分别为纸带从 O 点下落的高度。根据以上数值可以计算出任意点的重力势能和动能，从而验证机械能守恒定律。教师引导学生思考下列问题：1、该实验中选取被打点纸带应注意两点：一是第一点 O 为计时起点，O 点的速度应为零。怎样判别呢？2、是否需要测量重物的质量？3、在架设打点计时器时应注意什么？为什么？4、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？为什么？5、测量下落高度时，某同学认为都必须从起始点算起，不能弄错。他的看法正确吗？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适
6、当远些好，还是近些好？学生活动：思考老师的问题，讨论、交流。选出代表发表见解。1、因为打点计时器每隔 0.02 s 打点一次，在最初的 0.02 s 内物体下落距离应为 0.002 m，所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近两年 2 mm 的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点就是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔 t =0.02 s.2、因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量 m，而只需验证 nghv21就行了。3、打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量减少重物带着纸带下落时所受到的阻力作用。4、必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松
7、开纸带让重物下落。5、这个同学的看法是正确的。为了减小测量 h 值的相对误差，选取的各- 5 -个计数点要离起始点适当远些好。教师活动：听取学生汇报，点评，帮助学生解决困难。进行实验：教师选择实验构思较好的小组在台上演示实验，由小组成员讲出实验的原理，实验的步骤，以及数据的处理方法。再由其它组的成员共同探讨实验的合理性。梯练固学1、为进行验证机械能守恒定律的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有：；缺少的器材是 。2、物体做自由落体运动时，只受 力作用，其机械能守恒，若物体自由下落 H 高度时速度为 V，应有 MgH
8、= ，故只要 gH=1/2V2成立，即可验证自由落体运动中物体的机械能守恒。3、在打出的各纸带中挑选出一条点迹 ，且第 1、2 两打点间距离接近 的纸带。4 测定第 N 个点的瞬时速度的方法是：测出与 N 点相邻的前、后两段相等时间 T 内下落的距离 SN和 SN+1， ，有公式 VN= 算出。5 在验证机械能守恒定律时，如果以 v22 为纵轴，以 h 为横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。6 在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图 3 所示，其中 A 点为打下的第一个点，0、1、2为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分
9、别为s1、s 2、s 3、s 4、s 5、s 6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为 T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为_ _。在打第 5 号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为_ _。要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_号和第_号计数点之间的过程为研究对象。- 6 -7 某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用 6V、50Hz 的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图 4 所示，O 点为重锤下落的起点，选取的计数点为 A、B、C、D，各计数点到 O 点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取 9.8m/s2，若重锤质量为 1kg。打点计时器打出 B 点时，重锤下落的速度 vB= m/s，重锤的动能 EkB=J。从开始下落算起，打点计时器打 B 点时，重锤的重力势能减小量为 J。根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出 B 点的过程中，得到的结论是 。 【课堂小结】思维方法是解决问题的关键，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程，自主思考问题是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了死记硬背的书本知识。学生素质的培养就成了一句空话。在本堂课的教学中教师不应讲解过多，应引导学生独立完成实验。培养学生自己解决问题的能力。
