0709《实验：验证机械能守恒定律》导学案
【学习目标】
1.理解实验的思路，明确测量的物理量.
2.能正确地进行实验操作.
3.会根据纸带测定下落的距离，掌握瞬时速度测量的方法.
4.能根据实验数据得出实验结论.
【重点难点】
1.会推导匀变速直线运动中“中间时刻的瞬时速度等于这段时间内的平均速度”.
2.知道测量点的选取条件.
3.能对实验的误差原因进行定性分析，并采取措施减小误差.
【知识链接】
1.本实验的实验目的是通过研究物体______下落过程中，______能和________能的变化来验证______.
2.实验原理：做自由落体运动的物体，设质量为m，下落高度为h时的速度为v，则减少的重力势能为________，增加的动能为___________.若两个量在误差允许的范围内相等，就验证了机械能守恒定律.
3.速度的测量：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度等于__________.
4.本实验中，用到的实验器材主要有打点计时器及电源、________、________、重物、_______、带铁夹的铁架台、导线.
【问题探究】
在空中静止下落的物体，除受重力外还受什么力？我们怎样去减弱它们对实验的影响？实验时要计算减少的重力势能和增加的动能，我们是否还需要用天平测重物的质量？ 在实验过程中，我们是先打开电源还是先释放重物，为什么？
1.实验目的
验证机械能守恒定律.
2.实验原理
通过实验，求做自由落体运动物体的重力势能的减少量和相应过程动能的增加量.若二者相等，说明机械能守恒，从而验证机械能守恒定律.
3.实验器材
打点计时器及电源、纸带、复写纸片、重物、刻度尺、带有铁夹的铁架台、导线. 4.实验步骤
（1） 如图7-9-1所示，将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器.
图7-9-1
（2）用手握着纸带，让重物静止地靠近打点计时器，然后接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列点.换上新纸带，重复实验几次.
（3）从几条纸带中挑选点迹清晰的纸带.
（4）在选出的纸带上，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个点1、2、3、4…，并量出各点到O点的距离h1、h2、h3…，计算相应的重力势能减少量mghn.
（5）测出一系列计数点到第一个点的距离d1、d2…，根据公式vn=
，计算物体在打下点1、2、…时的瞬时速度v1、v2、….计算相应的动能
mvn2.
（6）比较mvn2与mgh n是否相等.
5.实验结论
在重力作用下，物体的重力势能和动能可以互相转化，但总的机械能保持不变.
6.注意事项
（1）选用质量和密度较大的重物，减小空气对它的阻力.
（2）竖直安装铁架台，特别是打点计时器上的限位孔更应该竖直，从而减小纸带下落时受到的阻力.
（3）测量下落高度时，必须从打出的第1个点计算.
（4）实验时，应先接通电源使打点计时器开始工作，然后再放开纸带使重物下落.
【典型例题】
应用点一：仪器的选取和误差分析
例1：在验证机械能守恒定律的实验中
（1）从下列器材中选出实验所必须的，其编号为______________________________.
A.打点计时器（包括纸带）；
B.重物；
C.天平；
D.毫米刻度尺；
E.秒表；
F.运动小车.
（2）打点计时器的安装放置要求为_________；开始打点计时的时候，应先________，然后_______________.
（3）实验中产生系统误差的原因主要是___________，使重物获得的动能往往_________.为减小误差，悬挂在纸带下的重物应选择________.
（4）如果以
为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的-h图线是___________，该线的斜率等于_______________.
解析： （1）选出的器材有：打点计时器（包括纸带），重物，毫米刻度尺，编号分别为A、B、D.注意因mgh=mv2，故m可约去，不需要用天平.
（2）打点计时器安装时，两纸带限位孔必须在同一竖直线上，这样才能使重物在自由下落时，受到的阻力较小.开始记录时，应先给打点计时器通电打点，然后再释放重物，让它带着纸带一同落下.
（3）产生系统误差的主要原因是纸带通过打点计时器时的摩擦阻力，使得重物获得的动能小于它所减少的重力势能.为减小误差，重物的质量应选大一些的.
（4）描绘出来的-h图线是一条通过坐标原点的倾斜直线，它的斜率即为重力加速度.
答案： （1）ABD
（2）两纸带限位孔必须在同一竖直线上 给打点计时器通电
释放重物
（3）纸带通过打点计时器时有摩擦阻力 小于所减小的重力势能 质量大一些的
（4）一条通过坐标原点的倾斜直线 重力加速度
应用点二：实验数据的处理
例2:在“验证机械能守恒定律”的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g=9.80 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点到O点的距离如图7-9-2所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取出的计数点.根据以上数据，可知重物由O点运动到B点时，
（1）重力势能的减少量为多少？
（2）动能的增加量是多少？
（3）根据计算的数据可得出什么结论？产生误差的主要原因是什么？
图7-9-2
解析： 本题主要考查实验数据处理及误差分析.
（1）重力势能的减少量为
ΔEp减=mghOB=m×9.8×0.195=1.911m
（2）重物下落到B点时的速度
vB=
=
m/s=1.931 m/s
所以重物从开始下落到B点增加的动能为
ΔEk增=mvB2=m×1.9312=1.864m.
（3）根据计算可算出在实验误差允许的范围内重物减少的重力势能等于其动能的增加，机械能守恒.产生误差的原因：重物在下落时受到阻力作用（打点计时器对纸带的摩擦力、空气阻力），克服阻力做功.
【课堂练习】
1、下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差的说法，正确的是（ ）
A.重物质量的称量不准会造成较大误差
B.重物质量选用得大些，有利于减小误差
C.重物质量选用得较小些，有利于减小误差
D.先释放纸带后接通电源会造成较大误差
2、在验证机械能守恒定律的实验中，若以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出v2/2—h图线___________,才能验证机械能守恒定律；v2/2—h图线的斜率等于_________的数值。
【学后反思】
。
【课后练习】
1.本实验中，除铁架台、夹子、低压交流电源、纸带和重物外，还需选用的仪器是（ ）
A.秒表 B.刻度尺
C.天平 D.打点计时器
2.在验证机械能守恒定律的实验中，由于打点计时器两限位孔不在同一竖直线上，使纸带通过时受到较大阻力，这样的结果会有（ ）
A.mgh>mv2 B.mgh<mv2
C.mgh=mv2 D.以上都有可能
3.在验证机械能守恒定律的实验中，下列物理量中需要直接测量的有（ ）
A.重物的质量
B.重力加速度
C.重物下落的高度
D.与重物下落高度对应的重物的瞬时速度
4.“验证机械能守恒定律”的实验采用重物自由下落的方法.
（1）若实验中所用的重锤质量m=1 kg，打点纸带如图7-9-3所示，打点时间间隔为0.02 s，则记录B点时，重锤的速度vB=_______，重锤动能EkB=_______.从开始下落起至B点，重锤的重力势能减少量是________，因此可得出的结论是___________________________.
（g取9.8 m/s2）
图7-9-3
（2）根据纸带算出相关各点速度v，量出下落距离h，则以
为纵轴，以h为横轴画出的图线应是7-9-4中的.
图7-9-4
5.某同学做“验证机械能守恒定律”实验，不慎将一条选择好的纸带的前面一部分损坏了，剩下的一段纸带上的各个点间的距离如图7-9-5所示（单位：cm），已知打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g=9.8 m/s2.
图7-9-5
（1）利用这段纸带说明重物机械能守恒；
（2）试说明重力势能的减少量ΔEp稍大于动能的增加量ΔEk的原因，并提出改进意见.
0709《实验：验证机械能守恒定律》答案
【知识链接】
1.自由 重力势 动 机械能守恒定律
2.mgh 
mv2
3.这个点前后相邻两点间的平均速度
4.纸带 复写纸 刻度尺
【典型例题】
【课堂练习】
1、BD 2、过原点的一条直线；重力加速度
【课后练习】
1.BD 2.A 3.C
4.解析：（1）由vB=
ΔEkB=mvB2，ΔEpB=mg
得：vB=0.59 m/s，ΔEkB≈0.17 J，ΔEpB≈0.17 J
在实验误差允许的范围内，重锤动能的增加等于重锤重力势能的减少.
（2）由mv2=mgh，得v2=gh
所以 -h的图象应是一条过原点的倾斜的直线，直线斜率等于g，故C图正确.
答案：（1）0.59 m/s 0.17 J 0.17 J 在实验误差允许的范围内，重锤动能的增加等于重锤重力势能的减少 （2）C
5.解析：（1）利用平均速度等于这段时间中点时刻的瞬时速度的公式，可求出
v2=
m/s=1.50 m/s
v5=
m/s≈2.08 m/s
又2、5两点间距Δh=1.08×10上标-1 m
所以重力势能的减少量ΔEp=mgΔh≈1.06m
动能的增加量ΔEk=mv52-mv22≈1.04m
比较两值近似相等，可认为机械能守恒定律成立.
（2）因为存在摩擦阻力和空气阻力，改进方法：可使重物质量大些，体积小些，纸带不宜过长，60 cm长为宜.
答案：见解析
第二篇：7.9《实验：验证机械能守恒定律》导学案
7.9实验:验证机械能守恒定律导学案
班级： 组名： 姓名： 时间：
【教学目标】
知识与技能
1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。
2、掌握验证机械能守恒定律的实验原理。
过程与方法
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。
情感、态度与价值观
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。
【教学难点】
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。
【自主学习】
⒈为进行验证机械能守恒定律的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有： ；缺少的器材是 。
⒉物体做自由落体运动时，只受 力作用，其机械能守恒，若物体自由下落H高度时速度为V，应有MgH= ，故只要gH=1/2V2成立，即可验证自由落体运动中物体的机械能守恒。
⒊在打出的各纸带中挑选出一条点迹 ，且第1、2两打点间距离接近 的纸带。
⒋测定第N个点的瞬时速度的方法是：测出与N点相邻的前、后两段相等时间T内下落的距离SN和SN+1，有公式VN= 算出。
⒌在验证机械能守恒定律时，如果以v2／2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。
【探究学习】
1、我们知道机械能守恒指的是重力势能、弹性势能、动能之和保持不变，所以我们在验证机械能守恒时，只要验证到物体动能的变化和势能变化相等或弹性势能变化和重力势能变化相等就行。请根据你所掌握的知识设计一种或几种验证方案，只需要描述实验原理和简单的过程。（测速的方法不同也算不同的方法。）
2、教材选用的实验方案中是怎样验证机械能守恒定律？验证到什么结果就可以说验证了机械能守恒？
3、教材选用的实验方案中，引起实验误差的原因有哪些？为了减小实验误差我们应该注意哪些方面呢？
4、实验中怎样测量物体重力势能的减少量？
5、教材选用的实验方案中求解物体的瞬时速度时可以采用哪些方法？我们用什么方法求瞬时速度较好？
【课堂训练】
1、在“验证机械能守恒定律”的实验中,下列物理量中要用工具测量的有_______,通过计算得到的有________.
A.重物的质量 B. 重力加速度
C. 重物下落的高度 D. 与重物下落高度对应的重物瞬时速度
2．用自由落体法验证机械能守恒定律,下面哪些测量工具是必需的( )
A. 天平 B. 弹簧测力计 C. 刻度尺 D. 秒表
3、下列关于“验证机械能守恒定律”实验的实验误差说法中,正确的是( )
A. 重物的质量称量不准会造成较大的误差B.重物的质量选用大些,有利于减小误差
C. 重物的质量选用小些,有利于减小误差
D. 重物所受重力要远大于它所受的空气阻力和打点计时器对纸带的阻力,有利于减小误差
4、在验证机械能守恒定律时，如果以v2／2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。
5、在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图3所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2……为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为____ _____。在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为___ _____。要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_________号和第__________号计数点之间的过程为研究对象。
6、某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图4所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为1kg。
①打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB= m/s，重锤的动能EkB= J。
②从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为 J。
③根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是 。
参考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺。（2）通过原点的直线、g. （3）（s6+ s5+ s4- s3- s2 –s1）/9T 2，
（s5+ s6）/2T，1、5. （4）①1.175，0.69，0.69 ②0.69， ③机械能守恒。
未解决问题：1：
2：
自我评价：
同伴评价：
学科长评价：