高中物理人教版 (2019)必修 第二册5 实验：验证机械能守恒定律教案

第八章 机械能守恒定律

8.5  实验：验证机械能守恒定律

本节课按照科学探究的要求组织学生制定实验方案，研讨实验方法，探究操作要领，小组合作完成实验，分析误差原因。通过小组合作探究，使学生正确的计算重物下落过程中动能的增加和重力势能的减少，比较动能的增加量和重力势能的减少量是否相等来判断机械能是否守恒——这就是实验原理。速度的测量是重点，让小组合作探究出测量瞬时速度的最好方法。重物下落过程中会受到很多的阻力，如何减少阻力对实验结果的影响？这个问题可以让学生来讨论、分析，老师点拨归纳。

【物理观念】体现科学论证观念，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

【科学思维】要明确实验原理，掌握实验的操作方法与技巧、学会实验数据的采集与处理，能够进行实验误差的分析，深化对机械能守恒定律的理解。

【科学探究】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。

【科学态度与责任】使学生通过实验体会成功的乐趣与成就感，激发对物理世界的求知欲；

【教学重点】

设计方案、实验原理 和方法、速度的测量、实验误差的分析。

【教学难点】

实验误差分析的方法。

PPT

【新课导入】

机械能守恒定律告诉我们，在只有重力或弹力做功的系统内，动能与势能相互转化时总的机械能保持不变。下面我们通过实验来研究物体运动过程中动能与重力势能的变化，从而验证机械能守恒定律。

上一节课我们只是从物理学知识推导出机械能守恒定律，物理学是一门实验科学，任何规律、公式都要经得起实验的验证，本节通过实验来验证机械能守恒的定律，进一步加深对该规律的理解。

【新课讲授】

【实验原理】

物体自由下落时，如果不计空气阻力，这时物体的机械能守恒，也就是重力势能的减少等于动能的增加。

具体地说：

方法一：若以重物下落的起始点O为基准，设重物的质量为m，测出物体自起始点O下落距离h时的速度v，则在误差允许范围内，由计算得出，机械能守恒定律即被验证。

方法二：若以重物下落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA 再测出物体由A点下落△h后经过B点的速度vB 则在误差允许范围内，由计算得出 ，机械能守恒定律即被验证。

方法三：作v2/2－h图象．

    从纸带上选取多个点，测量从第一点到其余各点的下落高度h，并计算各点速度的v2/2，然后以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2/2－h图线

结论：若在误差允许的范围内，图象是一条过原点且斜率为g的直线，则验证了机械能守恒定律

【实验器材】

打点计时器、纸带、复写纸、重物、刻度尺、铁架台（带铁夹）、学生电源等。

【实验步骤】

1.把打点计时器安装在铁架台上，用导线将学生电源和打点计时器接好。

2.把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器附近。

3.接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应该在纸带上打出一系列的点。

4.重复上一步的过程，打三到五条纸带。

5.选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高h1、h2、h3、……记入表格中。

6.用公式vn=hn+1+hn-1/2t，计算出各点的瞬时速度v1、v2、v3……并记录在表格中。

7.计算各点的重力势能的减少量mgh和动能的增加量1/2mvn2，并进行比较．看是否相等，将数值填人表格内。

【注意事项】

1.实验中安装打点计时器时，限位孔必须在同一竖直直线上，以减少摩擦阻力，计时器离地面的高度约1m，实验用的纸带60cm即可。

2.实验时，必须先接通电源，让打点计时器工作正常以后，才能松开纸带，让重物落下。

3.纸带上端要用手提着静止，这样保证下落的速度  为0。并且纸带上打出的第一个点是清晰的一 个小点。

4.测量下落高度时，都必须从起点算起，不能搞错，为了减小测量h值的误差，选取的各计数点要离起始点远些。

5.实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力（注意是打点计时器的阻力）做功，所以动能的增加量∆Ek一定小于重力势能的减少量∆Ep。

6.铁架台上固定打点计时器的夹子不可伸出太长，以防铁架台翻到。

7.因∆Ep=∆Ek，两边均有质量m，故不测量m也可以验证机械能守恒。

★纸带的选取

★速度的测量

思考：能否用v=gt或瞬时速度？

【误差分析】

学生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，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。

通过本节课的实验让学会应用科学探究的方法研究物理问题，探索物理规律，加深对科学的本质和价值的理解。同时让学习小组自己动手完成实验，测量数据，根据数据学会分析误差的可能原因。让学生真正的掌握实验探究的方法。