高一年级物理学科“实验验证机械能守恒定律”问题导学案 【课题】：实验验证机械能守恒定律 【课型】问题生成解决课 编写人：刘海蛟授课人:审核人：高一年级全体物理老师【学习目标】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3通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证的过程和物理学的研究方 法。4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。培养观察和实践能力，培养实事求是的科学态度。 【重点】掌握验证机械能守恒定律的实验原理。【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。 【知识回顾】机械能守恒定律的条件及其表达式【自主导学】1、必须选择一个符合机械能守恒的运动模型来验证机械能守恒定律，本实验选择自由落体 运动模型来验证机械能守恒定律，是因为物体在自由落体运动过程中只有做功，满足2、按照书本要求，本实验是验证自由落体轨迹上开始点和其后任意点之间的机械能守恒，为 此必须选择物体初速度为,判断开始点是否满足要求的依据是,为了计算物体减少的重力势能，必须测量出物体，对应的测量器材是。为了计算出某时刻物体的动能，必须测量出物体在该时刻的瞬时速度，其计算 公式为，这是利用了什么原理？。为了计算物体的动能和重力势能，按理还需要知道物体的质量，但本实验中可以不测物体的质量，其原因是3、实验操作过程中，是先接通电源开始打点还是先放开纸带？为什么？。4、为了减小实验误差，应尽量减小重物下落时纸带所受的阻力。因此重锤应选（填重轻），纸带应放置。尽管采取了上述措施，但由于阻力还是存在的，所以实验中重力势能的减小量应动能的增加量，这样才是符合实际的。5、在架设打点计时器时应注意什么？为什么？6、测量下落高度时，某同学认为都必须从起始点算起，不能弄错。他的看法正确吗？为了减小测量 h 值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些好，还是近些好？7、推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。【例题解析】例题：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50Hz，测 得当地的重力加速度g=9.8m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg，实验中得到一点迹清晰的纸 带（如图），把第一点记作O另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量知道A、B、C、D到0点的距离分别为62.99cm,70.18cm,77.76cm,85.73cm,根据以上的数据，可知重 物由0运动到C点，重力势能的减小量等于J,动能的增加量等于Jo （取三位有效数字）【夯实基础】1、在本实验中，对自由下落的重物，下述选择的条件哪种更为有利？（ ）A、只要有足够重就可以B、只要体积足够小就可以C、既要足够重，又要体积非常小D、应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同运动时不致扭曲2、在本实验中，有如下器材：A.打点计时器；B.低压交流电源（附导线）；C.天平（附砝码）;D.铁架台（附夹子）；E.重锤（附夹子）；F.纸带；G.秒表；H.复写纸。其中不必要的有；还缺少的是o3、下列列出一些实验步骤：A、用天平称出重物和夹子的质量B、将重物系在夹子上C、将纸带穿过计时器限位孔，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉, 让夹子静止在靠近打点计时器处。D、把打点计时器接在学生电源的交流输出端，把输出电压调至6V （电源不接通）E、把打点计时器用铁夹子固定到放在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一直线上。F、在纸带上选取几个点，进行测量和记录数据。G、用秒表测出重物下落的时间H、接通电源，待计时器响声稳定后释放纸带I、切断电源J、更换纸带重新进行两次实验K、在三条纸带中选出较好的一条L、进行计算，得出结论，完成实验报告M、拆下导线，整理器材对于本实验以上步骤中，不必要的有；正确步骤的合理顺序是：（填写代表字母）【知能提升】1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S、 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23456 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。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 v2/2h图线，才能验证机械能守恒定律；v2/2h图线的斜率等于的数值。3、在本实验中，由于在运动的初始阶段计时器打出的一些点子模糊不清，故必须选择比较清 楚的点作为测量起点。今所选的测量范围的第1点在米尺上的位置为x1,第4点在米尺上的位 置为x2,第7点在米尺上的位置为x3,第10点在米尺上的位置为x，。若下落的物体质量为m，打点计时器每隔Ts打一点，则可利用上述数据求出物体从第4点到第7点一段过程中，势能 的减少量是，动能增加量是。参考答案：5、打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量减少重物带着纸带下落 时所受到的阻力作用。例题解析 重物从0点到C点下落高度h=0.7776m, Wp=mgh=1.009.80.7776J=7.62J计算相应过程的动能增加量应先计算出C点的瞬时速度v ,由图可知：Cvc=xBD/2t=(0.8537-0.7018)/(2x0.02)=3.898(m/s)故 AE =mv 2/2=1.00x3.8982/2J=7.56Jkc拓展有些认为动能增加量可以根据机械能守恒得到E=0.762J,这样做犯了逻辑错误，因k为实验目的就是要验证机械能是否守恒，验证过程中当然不能利用机械能守恒的结论。且实 验中不可避免存在阻力，动能增加量不等于重力势能的减小量。【夯实基础】1. D 2. C，G；刻度尺，电键 3. A，G； EDBCHIJMKFL【知能提升】1-(s6+ s5+ 叮 s3- s2-s1)/9T2,(s5+ s6)/2T，】、52. 过原点的一条直线；重力加速度3.作业设计：书面：课本上的练习题课外活动： 课外思考：