驗證機械能守恒定律教案2篇

【目標要求】

一、知識與技能

1．理解實驗的設(shè)計思路，明確實驗中需要測量的物理量。

2．知道實驗中選取測量點的有關(guān)要求，會根據(jù)實驗中打出的紙帶測定物體下落的距離，掌握測量物體運動的瞬時速度的方法。

3．能正確進行實驗操作，能夠根據(jù)實驗數(shù)據(jù)的分析中得出實驗結(jié)論。

4．能定性地分析產(chǎn)生實驗誤差的原因，并會采取相應的措施減小實驗誤差。

二、過程與方法

通過驗證機械能守恒定律，體驗驗證過程與物理學的研究方法。

三、情感、態(tài)度與價值觀

通過親自實踐，培養(yǎng)學生觀察和實踐能力，培養(yǎng)學生實事求是的態(tài)度和正確的科學觀。

【教學重難點】

1．驗證機械能守恒定律的實驗原理。

2．驗證機械能守恒定律的誤差分析及如何減小實驗誤差的方法。

【教學方法】

學生分組實驗。

【教學過程】

一、導入新課

上節(jié)課我們學習了機械能守恒定律，掌握了機械能守恒定律的條件和公式。這節(jié)課我們通過實驗來驗證一下機械能守恒定律。

二、進行新課

實驗目的：通過研究物體自由下落過程中動能與勢能的變化，驗證機械能守恒定律。

實驗原理：用天平測出重物的質(zhì)量，紙帶上某兩點的距離等于重物下落的高度，這樣就可以得到重物下落過程中勢能的變化。重物的速度可以用大家熟悉的方法從紙帶測出（即每計數(shù)點的瞬時速度），這樣就得到它在各點的動能。比較重物在某一過程的初末狀態(tài)動能變化與勢能變化的多少，就能驗證機械能是否守恒。

需用的實驗儀器：（請在所需儀器右面打√對號）

主要實驗步驟及注意事項：

數(shù)據(jù)表格：（T=s，m=kg，同一紙帶以O(shè)點為起點）

產(chǎn)生誤差原因分析：（思考出幾條，請寫出幾條）

結(jié)論：

結(jié)論的評估：

經(jīng)典分析：

例：（山東省2008年夏季學業(yè)水平考試第16題）在“驗證機械能守恒定律”的實驗中，造成實驗誤差的原因主要有：

（1）

（2）

【鞏固提高】

1．在用自由落體運動驗證機械能守恒定律的實驗中：

①若用公式計算即時速度進行驗證，打點記時器所接交流電的頻率為50HZ，甲、乙兩條實驗紙帶（如圖所示），應選_____紙帶好，

②驗證機械能守恒定律的實驗所用的打點記時器的線圈應接的電源是（）

A．交流220V B．直流220VC．交流6V D．直流6V

2．某同學為驗證機械能守恒定律編排了如下實驗步驟：

A．用天平稱出重物的質(zhì)量；

B．把紙帶固定到重物上，并把紙帶穿過打點計時器，提升到一定高度；

C．拆掉導線，整理儀器；

D．斷開電源，調(diào)整紙帶，重做兩次；

E．用秒表測出重物下落的時間；

F．用毫米刻度尺測出計數(shù)點與起點的距離，記錄數(shù)據(jù)，并計算出結(jié)果，得出結(jié)論；

G．把打點計時器接到低壓交流電源上；

H．接通電源，釋放紙帶；

I．把打點計時器接到低壓直流電源上；

J．把打點計時器固定到桌邊的鐵架臺上。

上述實驗步驟中錯誤的是，可有可無的是，其余正確且必要的步驟按實驗操作順序排列是。（均只需填步驟的代號）

3．在驗證機械能守恒定律時，如果以為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的圖象應是什么形狀才能驗證機械能守恒定律，圖線的斜率表示什么？

參考答案：

1．①甲②A

2．上述實驗步驟中錯誤的是E和I，因為實驗中不需要測定時間，打點計時器應使用低壓交流電源。可有可無的實驗步驟是A。正確且必要的步驟按實驗操作順序排列是：J、G、B、H、D、C、F。

3．實驗數(shù)據(jù)繪出圖象應是通過原點的一條傾斜直線。由圖線的斜率表示重力加速度g。

驗證機械能守恒定律教案二

教學目標

㈠知識與技能

1．要弄清實驗目的，本實驗為驗證性實驗，目的是利用重物的自由下落驗證機械能守恒定律。

2．要明確實驗原理，掌握實驗的操作方法與技巧、學會實驗數(shù)據(jù)的采集與處理，能夠進行實驗誤差的分析，從而使我們對機械能守恒定律的認識，不止停留在理論的推導上，而且還能夠通過親自操作和實際觀測，從感性上增加認識，深化對機械能守恒定律的理解。

3．要明確織帶選取及測量瞬時速度簡單而準確的方法。

㈡過程與方法

1．通過學生自主學習，培養(yǎng)學生設(shè)計實驗、采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)及實驗誤差分析的能力。

2．通過同學們的親自操作和實際觀測掌握實驗的方法與技巧。

3．通過對紙帶的處理過程培養(yǎng)學生獲取信息、處理信息的能力，體會處理問題的方法，領(lǐng)悟如何間接測一些不能直接測量的物理量的方法。

4．通過實驗過程使學生體驗實驗中理性思維的重要，既要動手，更要動腦。

㈢情感態(tài)度與價值觀

1、通過實驗及誤差分析，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度，激發(fā)學生對物理規(guī)律的探知欲。

2、使學生通過實驗體會成功的樂趣與成就感，激發(fā)對物理世界的求知欲。

3、培養(yǎng)學生的團結(jié)合作精神和協(xié)作意識，敢于提出與別人不同的見解。

4．通過經(jīng)歷實驗過程，體驗科學實驗過程的艱辛與喜悅，并樂于探索自然界的奧妙。

教學重點

實驗原理及方法的選擇及掌握。

教學難點

實驗誤差分析的方法。

教學方法

預習設(shè)計→實驗觀察→數(shù)據(jù)處理→歸納總結(jié)

教師啟發(fā)、引導，學生自主閱讀、思考，親自動手實驗，并討論、交流學習成果。

教學用具

鐵架臺（帶鐵夾）、打點計時器、重錘（帶紙帶夾子）、紙帶、導線、刻度尺、低壓電源。

教學過程

一、導入新課

上節(jié)課我們從理論上學習了機械能守恒定律，我們從定律內(nèi)容及守恒條件上初步理解了機械能守恒定律，今天我們通過自己親身實驗從感性上對定律再做進一步的理解。

二、進行新課

㈠、明確實驗目的

生：結(jié)合教材整理預習學案提綱

師：對學生整理結(jié)果進行點評。（展示幻燈片）

本實驗屬驗證性實驗，實驗目的是利用重物自由下落的現(xiàn)象驗證機械能守恒定律。

㈡、認識實驗儀器

生：組裝實驗儀器、明確各個儀器的功能。（暫時不做，只是組裝）

師：展示幻燈片（儀器裝置），對學生儀器的安裝進行點評。（后面再明確為什么）

如：電磁式打點計時器電源應選擇10V以下，火花式打點計時器應選擇220V。打點計時器限位孔位置應為豎直。紙帶的長度應在1m左右。（學生思考，后面回答）

㈢、理解實驗原理

生：結(jié)合教材，整理預習學案提綱

師：對學生整理結(jié)果進行點評。（展示幻燈片）

通過對物體自由下落運動的研究來驗證機械能守恒定律的實驗原理是：忽略空氣阻力，自由下落的物體在運動過程中機械能守恒，即重物動能的增加量等于其重力勢能的減少量。

具體地說：

① 若以重物下落的起始點O為基準，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測出物體自起始點O下落距離h時的速度v，則在誤差允許范圍內(nèi)，由計算得出,機械能守恒定律即被驗證。

② 若以重物下落過程中的某一點A為基準，設(shè)重物的質(zhì)量為m，測出物體對應于A點的速度vA，再測出物體由A點下落△h后經(jīng)過B點的速度vB，則在誤差允許范圍內(nèi)，由計算得出，機械能守恒定律即被驗證。

㈣、掌握實驗的方法與技巧

生：閱讀教材“實驗方法”部分，整理預習學案提綱

師：對學生整理結(jié)果進行點評。（展示幻燈片）

1．實驗步驟（展示幻燈片）

⑴把打點計時器固定在桌邊的鐵架臺上

⑵把打點計時器接到交流低壓電源上

⑶將紙帶固定在重錘上

⑷將紙帶穿過計時器,并將紙帶提升到一定高度

⑸接通電源,然后釋放紙帶.斷開電源,取下紙帶

⑹更換紙帶,重新進行同一要求的實驗

⑺挑選點跡清晰的紙帶研究,用毫米刻度尺測出距離,記錄數(shù)據(jù)

⑻根據(jù)記錄的數(shù)據(jù)進行有關(guān)計算并得出結(jié)論

⑼拆掉導線,歸整器材

2．學生實驗

實驗前教師提示：打點計時器的使用

⑴電磁打點計時器應接4~6V交流電源，當交變電流的頻率為50Hz時，打點周期為0.02s。

⑵為使打點的頻率比較穩(wěn)定，要求打點計時器振動片的固有頻率也是50Hz，使之發(fā)生共振現(xiàn)象。振動片的長度可在一定范圍內(nèi)調(diào)節(jié)，通過改變振動片的長度可調(diào)節(jié)它的固有頻率。

⑶實驗前要檢查打點的清晰情況，必要時應調(diào)整振針的高度，且不能讓它松動，否則將會出現(xiàn)漏點、雙點等現(xiàn)象，還會對紙帶產(chǎn)生過大的阻力。

⑷電火花計時器可直接接在220V交流電源上，注意采用雙紙打點即可。

生：分組實驗（只是實驗，不進行數(shù)據(jù)處理）

師：巡視指導

3．問題討論

問題1：本實驗要不要測量物體的質(zhì)量？

生：分組討論，得出結(jié)論。

師：點撥思路，明確結(jié)論。（展示幻燈片）

驗證機械能守恒定律的表達式：和中，式子兩邊均有重物的質(zhì)量m，因而也可不具體測出m的大小，而將m保留在式子中。

問題2：對實驗中獲得的數(shù)條紙帶應如何選取？

生：分組討論，得出結(jié)論，選取合適的紙帶以備處理數(shù)據(jù)之用。

師：對學生提出的方法進行點評（展示幻燈片）

分兩種情況加以說明：

①用驗證：這是以紙帶上第一點（起始點）為基準點來驗證機械能守恒定律的方法。由于第一點應是重物做自由落體運動開始下落的點，所以應選取點跡清晰且第1、2兩點間的距離接近2mm的紙帶。

②用驗證：這是回避起始點，在紙帶上選擇后面的某兩點驗證機械能守恒定律的方法。由于重力勢能的相對性，處理紙帶時選擇適當?shù)狞c為基準點，勢能的大小不必從起始點開始計算。這樣，紙帶上打出起始點O后的第一個0.02s內(nèi)的位移是否接近2mm，以及第一個點是否清晰也就無關(guān)緊要了。實驗打出的任何一條紙帶，只要后面的點跡清晰，都可以用于計算機械能是否守恒。

實驗開始時如果不是用手提著紙帶的上端，而是用夾子夾住紙帶的上端，待開始打點后再松開夾子釋放紙帶，打點計時器打出的第一個點的點跡清晰，計算時從第一個計時點開始至某一點的機械能守恒，其誤差也不會太大。回避第一個計時點的原因也包括實驗時手提紙帶的不穩(wěn)定，使第一個計時點打出的點跡過大，從而使測量誤差加大。

問題3：重物的速度怎樣測量？

生：結(jié)合教材介紹獨立推導測量瞬時速度并得出結(jié)論。

結(jié)論是：做勻變速直線運動的紙帶上某點的瞬時速度，等于與之相鄰兩點間的平均速度。

師：對教材推導方法方法點評。（有否更簡潔、直觀的推導方法？）

生：分組討論可否變換一種思路進行推導，以使推導更簡潔、直觀）

師：（展示幻燈片）。

如教材圖7.9-2所示，由于紙帶做勻加速運動，故有A、C之間的平均速度：

又根據(jù)速度公式有：，

故有：，

即：。

從而：。

問題4：通過處理實驗數(shù)據(jù)，可得出什么結(jié)論？

生：自主對所選擇的紙帶進行測量、計算，得出結(jié)論。

師：對學生得出的結(jié)論進行點評，提出問題5。

問題5：實驗誤差分析

師：提出問題，在得到的實驗數(shù)據(jù)中，大部分同學得到的結(jié)論是，重物動能的增加量稍小于重力勢能的減少量，即Ek＜Ep。是怎么造成的呢？

生：分組討論，得到結(jié)論。

師：對學生討論進行點撥。展示幻燈片。

重物和紙帶下落過程中要克服阻力，主要是紙帶與計時器之間的摩擦力。

計時器平面不在豎直方向，紙帶平面與計時器平面不平行是阻力增大的原因。

電磁打點計時器的阻力大于電火花計時器。由于阻力的存在，重物動能的增加量稍小于勢能的減少量，即Ek＜Ep

師:提出問題，在實驗中會不會出現(xiàn)，重物動能的增加量稍大于重力勢能的減少量，即Ek＞Ep的結(jié)論呢？

生：分組討論，得到結(jié)論。

師：對學生討論進行點撥。展示幻燈片。

交流電的頻率f不是50Hz也會帶來誤差。

若f＞50Hz，由于速度值仍按頻率為50Hz計算，頻率的計算值比實際值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，動能值也就偏小，使Ek＜Ep的誤差進一步加大。

根據(jù)同樣的道理，若f＜50Hz，則可能出現(xiàn)Ek＞Ep的結(jié)果。

問題6：實驗注意事項（教師學生共同總結(jié)）

⑴安裝打點計時器時，必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。

⑵應選用質(zhì)量和密度較大的重物，可使摩擦阻力，空氣阻力相對減小。

⑶實驗時,必須先接通電源,讓打點計時器工作正常后才能松開紙帶讓重錘下落

⑷本實驗因不需要知道重物動能的具體數(shù)值,故不需要測出重物的質(zhì)量m.

⑸實際上重物和紙帶下落過程中要克服阻力(主要是打點計時器的阻力)做功, 所以動能的增加量△Ek必定稍小于勢能的減少量△Ep（電源頻率為50Hz）

㈤、學生完成實驗報告

㈥、課堂鞏固練習：（展示幻燈片）

【例1】某同學為驗證機械能守恒定律編排了如下實驗步驟：

A. 用天平稱出重物的質(zhì)量；

B. 把紙帶固定到重物上，并把紙帶穿過打點計時器，提升到一定高度；

C. 拆掉導線，整理儀器；

D. 斷開電源，調(diào)整紙帶，重做兩次；

E. 用秒表測出重物下落的時間；

F. 用毫米刻度尺測出計數(shù)點與起點的距離，記錄數(shù)據(jù)，并計算出結(jié)果，得出結(jié)論；

G. 把打點計時器接到低壓交流電源上；

H. 接通電源，釋放紙帶；

I. 把打點計時器接到低壓直流電源上；

J. 把打點計時器固定到桌邊的鐵架臺上。

上述實驗步驟中錯誤的是，可有可無的是，其余正確且必要的步驟按實驗操作順序排列是。（均只需填步驟的代號）

【提示】認真閱讀本節(jié)教材的“實驗方法”。

【解析】上述實驗步驟中錯誤的是E和I，因為實驗中不需要測定時間，打點計時器應使用低壓交流電源。

可有可無的實驗步驟是A。

其余正確且必要的步驟按實驗操作順序排列是：J、G、B、H、D、C、F。

【點悟】對于物理實驗，掌握實驗原理和操作方法是最基本的要求。只有掌握了實驗原理，才能判斷出實驗步驟中哪些是錯誤的，哪些是必要的；只有親自動手進行認真的操作，才能正確地對實驗步驟按序排列。