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1、驗證機械能守恒定律 禮泉二中 賈蘭蘭,知識與技能： 會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的瞬時速度； 進一步理解機械能守恒的條件、原理。 過程與方法： 學會探究及驗證的方法，經(jīng)歷實驗設(shè)計過程，學會從能量轉(zhuǎn)化的 角度分析問題。 通過分組實驗，提高學生的動手能力、協(xié)作意識。 情感態(tài)度與價值觀：通過實驗探究激發(fā)學生的求知欲和創(chuàng)新精 神；學會與他人合作、交流，具有團隊意識和團隊精神；體會守 恒思想的重要意義。,教學目標,重點：理解實驗原理、實驗方案以及設(shè)計思路 難點：實驗數(shù)據(jù)的處理和誤差分析,教學目標,能否通過實驗進行驗證？ 需要測量哪些物理量？ 怎樣根據(jù)探究內(nèi)容來設(shè)計適當可行的方案？
2、 （用什么方法、器材、實驗裝置等）,教學流程情境引入，提出問題,用自由下落的重物和打點計時器來驗證,六、教學流程制定計劃與實驗設(shè)計,如何求出瞬時速度？如何驗證？,？, 實驗原理 實驗器材 實驗步驟 注意事項 打紙帶 選紙帶,六、教學流程學生分組討論,引導 討論,原理在只有重力做功的自由落體運動中，物體的重力勢能和動 能互相轉(zhuǎn)化，但總的機械能保持不變。若物體某時刻瞬時速度為v， 下落高度為h，則重力勢能的減少量為 ，動能的增加量為 ， 看它們在實驗誤差允許的范圍內(nèi)是否相等，若相等則驗證了機械能 守恒定律。,,,想一想：需要 哪些器材？,器材：鐵架臺（含鐵夾），打點計時器、學生電源、紙帶、復寫
3、紙、導線、毫米刻度尺、重物（帶紙帶夾）,實驗步驟 1、安裝置：按原理圖將檢查、調(diào)整好的打點計時器豎直 固定在鐵架臺上，接好電路。,2、打紙帶：將紙帶的一端用夾子固定在重物上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手提著紙帶使重物靜止在靠近打點計時器的地方。先接通電源，后松開紙帶，讓重物帶著紙帶自由下落。更換紙帶重復做35次實驗。,實驗步驟： 3、選紙帶 用 驗證時，應(yīng)選點跡清晰，且第1、2兩點間距離小于或接近2mm的紙帶。 思考：為什么要選第1、2兩點間距離小于或接近2mm的紙帶？產(chǎn)生 這樣的原因是什么？,用 驗證時，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。 思考：用這種方
4、法紙帶上打出的第1、2兩點間的距離一定也要小于或接近2 mm？,教學流程數(shù)據(jù)處理,測量計算： 在起始點標上0，在以后各點依次標上1、2、 3，用 刻度尺測出對應(yīng)下落高度h1、h2、h3。 利用公式 計算出點1、點2、點3、的瞬 時速度v1、v2、v3。,教學流程數(shù)據(jù)處理,驗證守恒： 法一：利用起始點和第n點計算。,怎樣 驗證？,代入 和 ，如果在實驗誤差允許的條件下， ，則機械能守恒定律是正確的。,教學流程數(shù)據(jù)處理,驗證守恒： 法二：任取兩點計算。,怎樣 驗證？,任取兩點A、B 測出 ，算出 。 算出 的值。 在實驗誤差允許的條件下，如果 ，則機械能守恒定律是正確的。,教學流
5、程數(shù)據(jù)處理,驗證守恒： 法三：圖像法。,從紙帶上選取多個點，測量從第一點到其余各點的下落高度h，并計算各點速度的平方 ，然后以 為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出 圖線，若圖線是線性的，則驗證機械能守恒。,化曲為直，創(chuàng)建線性關(guān)系,為什么繪出 圖像？,？,思考： 需要測量重物的質(zhì)量嗎？ 速度能用 或 計算嗎？重物下落的高度h，能用 或 計算嗎？為什么？ 若在圖像法里繪制的是 ，斜率表示什么意義？,偶然誤差：測量長度引起的。 （思考：如何減少長度測量誤差？）,教學流程誤差分析,系統(tǒng)誤差：由于重物和紙帶下落過程中要克服阻力做 功，故動能的增加量略小于
6、重力勢能的減少量。 （思考：有什么辦法盡可能的減少阻力？）,方案一：利用光電門（或頻閃照片）測小球下落速度的方 法來驗證，可以減少打點計時器限位孔及振針的阻力。,教學流程實驗改進與創(chuàng)新,方案二：利用貼有黑色磁帶貼的透明尺子和光電門 來驗證。,教學流程實驗改進與創(chuàng)新,方案三：可以用傾斜氣墊導軌、光電門相結(jié)合來完成。將 氣墊導軌傾斜放置在桌面上，測量出A、B兩點的距離x， 遮光片的寬度d，A、C兩點的間距L，A點到桌面的高度h， 讓滑塊由A點靜止釋放，記下遮光片經(jīng)過光電門的時間 t，則驗證機械能是否守恒可用下式進行：,教學流程實驗改進與創(chuàng)新,,,,,教學流程實驗改進與創(chuàng)新,方案四：可以用一根不可伸長的輕繩、小圓柱組成單擺及 光電門來完成驗證。方法是用輕繩拴住小圓柱。讓其繞懸 點由水平位置向下做圓周運動，在懸點的正下方固定好光 電門。測出小圓柱經(jīng)過光電門的速度，可由 驗 證機械能守恒。,,,,
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