优秀教案系列
第5节实验:验证机械能守恒定律
教学分析
教学分析
教学目标
1.理解实验的设计思路,明确实验中需要直接测量的物理量。
2.知道实验中选取测量点的有关要求,会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离,掌握测量物体运动的瞬时速度的方法。
3.能正确进行实验操作,能够根据实验数据的分析得出实验结论。
4.能定性地分析产生实验误差的原因,并会采取相应的措施减小实验误差。
教学重难点
重点:1.验证机械能守恒定律的实验原理、实验方案以及设计思路。
2.实验操作以及记录和处理数据。
难点:1.设计实验方案。
2.采集与处理实验数据。
教学方法
实验法、讲授法、讨论法。
课时安排
1课时
教学准备
多媒体辅助教学设备、学案、实验仪器等
教学
教学设计
一、情境导入
复习引入:
[提出问题]上节课我们学习了机械能守恒定律,本节课我们通过实验来验证机械能守恒定律。现在请同学们回顾上节课内容。
[学生活动]展示导学案【自主预习】部分。
[提出问题]生活中我们常见的哪些运动符合机械能守恒定律?
[学生回答]自由落体、单摆、抛体运动、过山车、小球弹簧系统等。
[图片展示]生活中常见的符合机械能守恒定律的实例。
图1
图2
图3
图4
图5
图6
[提出问题]3天前,我们布置了预习任务,让大家创造性地提出各种实验方案,并制订了实验计划,请各小组成员展示一下设计结果。
[学生活动]展示实验设计结果。
[提出问题]以上实例中,采用哪种验证机械能守恒定律较易操作?
[学生回答]自由落体运动。
[教师总结]今天我们将利用自由落体运动和沿光滑斜面下滑的运动两种方案来验证机械能守恒定律。
二、新课讲授
案例一:研究自由下落物体的机械能
(一)实验目的
验证机械能守恒定律。
(二)实验原理
1.做自由落体运动的物体,其重力势能与动能相互转化。若重力势能的减少量和相应过程动能的增加量相等,机械能守恒。
[提出问题]做自由落体运动的物体,其能量是如何转化的?请写出表达式。
[学生回答]重力势能转化为动能。
mghn=12mv
2.测量速度:做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于相邻两点之间的平均速度vt
计算第n个点速度的方法:测出第n个点与相邻前后点之间的距离xn和xn+1,由公式vn=xn
[教师总结]由原理式可知,要验证机械能守恒定律,需测某时刻重物瞬时速度以及下落高度,因此需要测速类仪器和记录长度的仪器。
(三)实验器材
铁架台(含铁夹)、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、重物(带夹子)。
[提出问题]是否需要天平和停表?
[学生回答]原理式中物体质量已被约掉,因此不需要测物体质量,不需要天平;打点计时器本身就是计时工具,与停表功能重复,因此不需要秒表。
[学生活动]设计实验方案,并分组实验。
(四)实验步骤
1.安装置:按原理图所示将打点计时器竖直固定在铁架台上,接好电路。
2.打纸带:用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器的地方,先接通电源,后松开纸带,让重物下落。更换纸带重复做3~5次实验。
3.选纸带:分两种情况说明
(1)用12mv
(2)用12mv2
[提出问题]用12mv
[学生推导]打点计时器打点周期T=0.02s,物体做自由落体运动,前0.02s下落的高度h=12gt2≈2mm(g≈10m/s2
(五)数据处理
方法一:利用起始点和第n点计算。代入ghn和12vn2,如果在实验误差允许范围内,gh
方法二:任取两点计算。任取两点A、B测出hAB,算出ghAB和12vB2?1
方法三:图像法。从纸带上选取多个点,测量从第一个点到其余各点的下落高度h,并计算各点速度的平方v2,然后以12v2为纵轴,以h为横轴,根据实验数据绘出12v2-h图线。在误差允许范围内图像是一条过原点且斜率为
(六)注意事项
1.安装打点计时器时要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直平面内以减少摩擦阻力。
2.重物应选用质量大、体积小、密度大的材料。本实验不需要知道重物动能具体值,故不需要测质量。
3.先接通电源,让打点计时器正常工作,后松开纸带让重物下落。
4.不能用vn=gtn或vn=2g
(七)误差分析
[提出问题]实验误差有哪些?如何减小实验误差?
[学生回答]
1.系统误差
本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服各种阻力(空气阻力、打点计时器阻力)做功,故ΔEkΔEp,改进的方法是调整器材的安装,尽可能减小阻力。
2.偶然误差
误差来源于长度的测量,减小误差的方法是测下落距离时都从O点测量,一次将各打点对应的下落高度测量完,或者多次测量取平均值。
【例题1】某位同