《实验：验证机械能守恒定律》教案.docxVIP

《实验：验证机械能守恒定律》教案

教学目标及教学重点、难点

教学目标：

物理观念：理解机械能以及机械能守恒的内涵，掌握验证机械能守恒实验的实验原理。

科学思维：设计严谨的实验验证机械能守恒定律，体会科学实验方法和逻辑。

科学探究：通过实验数据证明实验结论，掌握科学探究中的数据处理方法，以及从实验数据中分析实验误差来源，并尝试对实验进行改进。

科学态度与责任：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：

掌握验证机械能守恒定律的实验原理。

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。

教学难点：

从能的转化和功能关系出发理解验证机械能守恒的原理，思考其他验证机械能守恒的实验原理。

结合实验原理掌握图像法等数据处理方式，正确理解实验误差在实验数据上的体现。

教学过程(表格描述)

教学环节

主要教学活动

设置意图

新课导入

（幻灯片2-3）

回顾一下定律的内容：在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以互相转化，而总的机械能保持不变。注意到机械能守恒的系统有前提条件，该系统只有重力或者弹力做功。因此我们设计验来验证机械能守恒定律时，就必须要满足这个条件，来选择符合机械能守恒定律的运动模型。

在之前的学习过程中，我们研究了物体很多种运动模型，包括自由落体运动，物体沿光滑斜面滑动，水平面的匀速圆周运动以及平抛运动、竖直平面的圆周运动等，自由落体运动过程中物体只受重力，只有重力做功，重力势能转化为物体的动能，满足机械能守恒定律；物体在光滑斜面下滑也只有重力做功，机械能守恒，但是需要气垫导轨提供摩擦阻力较小的斜面；匀速圆周运动没有动能和势能的互相转化，因此不能验证机械能守恒定律，对于其他更复杂的运动模型，实验起来也更加繁琐，因此我们选用自由落体运动来验证机械能守恒定律。

1.回顾机械能守恒定律的内容，引入本节课实验内容。2.结合学生已有的知识结构，理解选用自由落体运动进行实验的原因。

设计并进行实验探究。（幻灯片4-30）

1.实验原理论证（幻灯片4-6）

接下来我们分析实验原理。如图所示，质量为m的物体从O点自由下落，以地面为重力的零势能面，如果忽略空气阻力，那么只有重力对物体做功。在下落过程中任意两点A和B的机械能必然守恒。即A点的动能加上A点的重力势能等于B点的动能加上B点的重力势能，我们将等式移项，可以得到这样的形式。第二个等式说明物体在自由下落的过程中任取两点，物体动能的增加等于物体重力势能的减小。为了方便，我们可以直接从下落开始的O点至任意一点进行研究，比如图中的A点。

当我们把起始点设为O点时，物体经过A点时的瞬时速度和物体下落的高度应该满足公式中的关系。为了得到表达式中的物理量，需要对物体下落的高度和瞬时速度进行测量。实验验证的等式中，等号两边均存在重物质量m，约掉之后只要满足12

2.实验过程（实验器材、实验操作步骤和纸带处理）（幻灯片7-10）

观看演示视频

3.实验数据处理（幻灯片11-14）

将测量的数据填入下列表格中，第一行数据代表各点到O点的距离，也就是重物下落的距离h；接下来我们需要计算重物在各点的瞬时速度。在打点计时器打出的纸带中，我们用平均速度代替某点的瞬时速度，以B点为例，B点的瞬时速度可以用AC段的平均速度来代替，故vB=?C??A2T，式中的T是指相邻计数点间的时间间隔，本实验中计数点是连续选取的，所以T=0.02s。将计算的各点瞬时速度填写入表格的第二行，最后分别计算各点的vn2/2以及g·hn填写到第三行和第四行的表格中

4.误差分析（幻灯片17-19）

接下来进行误差进行分析,观察我们刚刚的出的数据不难发现，对于任意一个计数点，从初始位置到此处的动能增量均略大于重力势能的减小量，这是由什么造成的呢？回忆实验步骤，重物连着纸带一起下落的过程中，会受到各阻力，包括空气阻力、打点计时器的阻力等，重物需要克服这些阻力做功，因此动能的增量会稍小于重力势能的减小量，这是实验中的系统误差。那我们可以做些什么来减小实验中的这些阻力，从而减小实验误差呢？首先我们来思考如何减小打点计时器的阻力呢？我们在安装打点计时器是应该让限位孔处于竖直平面内，从而减小纸带受到的阻力。另一方面打点计时器有电火花打点计时器和电磁打点计时器，如果需要尽可能减小阻力，我们应该选用哪种呢？电磁打点计时器打点时振针对纸带产生冲击和摩擦，这个冲击和摩擦既影响了纸带的正常运动，也影响了振针的运动，因此误差较大。电火花计时器使用的是高压脉冲放电，与纸带不接触，不干扰纸带的运动，所以选择电火花打点计时器误差会更小。物体在空气中下落都会有空气阻力，我们应该减小物体受到的空气阻力的影响呢？

相同体积的乒