1、4.5 验证机械能守恒定律一、教学目的：1知识与技能(1)知道机械能守恒定律的内容和意义应向学生说明定律有两层意思：一是动能和势能可以相互转化，二是总机械能守恒(2)知道机械能守恒的条件：只有重力和弹力做功，只发生动能和势能的相互转化（3）通过验证机械能守恒定律进一步加深对机械能守恒条件的理解。 2过程与方法(1)通过这个开放型实验，了解学生对所学知识的掌握和灵活应用程度，了解学生对实验仪器的作用和使用的掌握情况(2)根据学生设计的实验方案，了解学生对机械能守恒条件的理解程度，学会怎样减小实验误差(3)通过实验，使学生学会处理和解决实际问题的一般思路和方法3情感、态度与价值观(1)通过这个开放
2、型实验，培养学生的创新意识和探索能力(2)通过汇报与交流，使学生了解实验方案的不足，实际操作的不便，促使学生对实验方案和实验步骤进行改进，提高实验的准确性二、教学重难点：1验证机械能守恒定律的实验原理。2验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。三、教学过程：（一）复习知识，引入新课：1机械能守恒定律在本实验中具体表达式：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= AghV2, EB= ghV21如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有hhAhB图 1EA=EB，即 AmghV21= B
3、ghV21上式亦可写成 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： mghVA21-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。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 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
4、,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=20.02S(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 1，2，3,各点相对应的即时速度 V1，V 2，V 3，.例如：量出 02 点间距离 S1，则在这段时间里的平均速度 t1，这就是点 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，V 3，。3如何确定重物下落的高度？图 2 中 h1,h2,h3,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。（二
5、）进行新课：做实验之前，强调如下几个问题： 图 201234S1S2S3h1h2h3h4图 31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？因为打点计时器每隔 0.02S 打点一次，在最初的 0.02S 内物体下落距离应为 0.002m,所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近两年 2mm 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=0.02S.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
6、量减少重物带着纸带下落时所受到的阻力作用。4实验时，必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落。5测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能弄错。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当远些。然后学生进行分组实验。（三）小结（四）课外作业：（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）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。（3）在
7、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。（4）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，
8、如图所示，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 98m/s 2，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 。 （参考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺。 （2）通过原点的直线、 g. (3)(S6+ S5+ S4- S3- S2 S1)/9T2, (S5+ S6)/2T,1、5. (4) 1.175,0.69,0.69 0.69, 机械能守恒。 1 2 3图 4
