人教高中物理必修二第七章第九节实验：验证机械能守恒定律教学设计

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高中物理必修二教案-7.9实验：验证机械能守恒定律7-人教版

《实验：验证机械能守恒定律》说课稿各位评委老师大家好，我说课的题目是人教版必修2第七章第九节《实验：验证机械能守恒定律》,我将从以下几个方面进行说课：一．说课思路二．实验方法运用DIS 实验，多媒体教学，学生分组实验三．说课过程（一）教材分析机械能守恒定律学生前面已学习过，对守恒条件及其内容有所了解，因此学生有一定的理论基础后，再通过实验测量验证，进一步使学生对机械能守恒定律及其守恒条件有更深刻充分的认识和理解，更教材分析学情分析教学目标和重难点教学过程（两大亮点）教学反思增强学生理论联系实践的能力。

另外，机械能守恒定律是力学中很重要的一条具有守恒思想的定律，对于此定律的学习和验证会为以后的动量守恒定律提供思路和方法。

（二）学情分析学情方面，学生已熟悉小球在竖直面内的变速圆周运动，知道其在运动过程中只有重力做功，绳子拉力不做功，机械能是守恒的。

同时利用光电门（数字计时器）测瞬时速度前面也接触过，所以，学生有基础和能力设计此次实验。

基于以上的教材分析和学情分析特制定如下的教学目标和重点难点：（三）教学目标知识与技能：（1）理解验证机械能守恒定律的实验原理，实验方案及设计思路（2）明白光电门测物体速度的原理，学会用计算机采集和处理实验数据。

过程与方法(1)经历实验设计过程，体会所采用的实验方法，体会守恒思想。

(2)通过分组实验，经历实验过程，培养学生的动手操作和协同合作能力，培养学生实事求是的科学实验态度和孜孜以求的科学精神。

情感态度与价值观(1)学生通过自己设计方案，自己操作，经历失误再到正确的过程，体会科学的严谨及成功后的喜悦。

(2)通过理论与实践结合，提升学生解决问题的能力和决心。

重点：(1)理解实验原理，方案和设计思路(2)用计算机采集和处理实验数据难点：(1) 设计实验方案（2）处理数据时变量和公式的输入难点突破：实验方案的设计通过老师层层提问，不断引导学生来达到.输入公式时，先引导学生思考各物理量的关系，写出它们的表达式，然后用计算机的语言输入公式。

高中物理必修二 7.9《实验：验证机械能守恒定律》教案(新人教版)

7.9 实验：验证机械能守恒定律【【实实验验目目的的】】1．学会利用自由落体运动验证机械能守恒定律。

2．进一步熟练掌握应用计时器打纸带研究物体运动的方法。

【【实实验验原原理理】】物体在自由下落过程中，重力势能减少，动能增加。

如果忽略空气阻力，只有重力做功，物体的机械能守恒，重力势能的减少等于动能的增加。

设物体的质量为m ，借助打点计时器打下纸带，由纸带测算出至某时刻下落的高度h 及该时刻的瞬时速度v ；进而求得重力势能的减少量│△E p │=mgh 和动能的增加量△E K =1/2mv 2；比较│△E p │和△E K ，若在误差允许的范围内相等，即可验证机械能守恒。

【【实实验验器器材材】】电火花计时器(或电磁打点计时器)，交流电源，纸带(复写纸片)，重物(带纸带夹子)，导线，刻度尺，铁架台(带夹子)。

【【实实验验步步骤骤】】1、按图装置固定好计时器，并用导线将计时器接到电压合适的交流电源上(电火花计时器要接到220 V 交流电源上，电磁打点计时器要接到4 V ～6 V 的交流低压电源上)。

2、将纸带的一端用小夹子固定在重物上，使另一端穿过计时器的限位孔，用手竖直提着纸带，使重物静止在靠近计时器的地方。

3、接通电源，松开纸带，让重物自由下落，计时器就在纸带上打下一系列小点。

4、换几条纸带，重做上面的实验。

5、从几条打上了点的纸带上挑选第一、二两点间的距离接近2 mm 且点迹清晰的纸带进行测量。

6、在挑选出的纸带上，先记下打第一个点的位置0(或A)，再任意选取几个点1、2、3(或B 、C 、D)等，用刻度尺量出各点到0的距离h 1、h 2、h 3等，如图所示。

7、用公式v n =（h n+1-h n-1）/2T 计算出各点对应的瞬时速度v 1、v 2、v 3等。

8、计算出各点对应的势能减少量mgh n 和动能的增加量1/2mv n 2的值，进行比较，得出结论。

【【注注意意事事项项】】1、计时器要竖直地架稳、放正。

高中物理人教版必修2教案：第七章第9节实验验证机械能守恒定律

9．实验：验证机械能守恒定律三维目标知识与技能1．要弄清实验目的，本实验为验证性实验，目的是利用重物的自由下落验证机械能守恒定律；2．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，从而使我们对机械能守恒定律的认识，不止停留在理论的推导上，而且还能够通过亲自操作和实际观测，从感性上增加认识，深化对机械能守恒定律的理解；3．要明确纸带选取及测量瞬时速度简单而准确的方法。

过程与方法1．通过学生自主学习，培养学生设计实验、采集数据，处理数据及实验误差分析的能力；2．通过同学们的亲自操作和实际观测掌握实验的方法与技巧；3．通过对纸带的处理过程培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法；4．通过实验过程使学生体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑。

情感态度与价值观1．通过实验及误差分析，培养学生实事求是的科学态度，激发学生对物理规律的探知欲；2．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；3．培养学生的团结合作精神和协作意识，敢于提出与别人不同的见解。

教学重点实验原理及方法的选择及掌握。

教学难点实验误差分析的方法。

教学方法预习设计──实验观察──数据处理──归纳总结。

教师启发、引导，学生自主阅读、思考，亲自动手实验，并讨论、交流学习成果。

教学用具电火花计时器（或电磁打点计时器）；重物（质量300g±3g）及纸带；天平（秤量大于300g）及砝码；铁架台、复夹、烧瓶夹；电源。

教学过程［新课导入］上节课我们从理论上学习了机械能守恒定律，我们从定律内容及守恒条件上初步理解了机械能守恒定律，这一节将通过实验来研究物体自由下落过程中动能与势能的变化，从而验证机械能守恒定律。

［新课教学］【实验目的】利用重物自由下落的现象验证机械能守恒定律。

【实验方法】重物的质量用天平测出（本实验也可以不测重物的质量），纸带上某两点的距离等于重物下落的高度，这样就能得到重物下落过程中势能的变化。

人教高中物理必修二第七章第九节实验：验证机械能守恒定律教学设计

人教高中物理必修二第七章第九节实验：验证机械能守恒定律教学设计实验：《机械能守恒定律》教学设计物理组：梅周全一、内容及其解析1．内容本单元教学内容如下：本课时主要内容是验证机械能守恒定律，其中核心内容是数据处理。

根据核心内容的知识类型，教学应该按新授实验课课型设计并实施。

2．解析（1）对核心内容的解析本课时是在机械能守恒定律基础上，进一步研究验证机械能守恒定律。

学生在掌握机械能守恒定律需要满足的条件的基础上，通过对实验处理，验证机械能守恒定律。

从本课时内容来看，数据处理和分析是本单元的主要内容。

在实验分析中，对实验步骤和原理的分析上得出实验数据处理，所以实验分析是本课时的核心内容。

（2）在实验分析的基础上，对实验数据的处理和分析判断机械能是否守恒。

所以，验证机械能守恒定律的教学的重点是数据处理，而关键是减小的重力势能和增加的动能的计算。

二、目标及其解析1．课堂教学目标：1.机械能守恒的条件判断机械能守恒。

2.理解实验步骤的注意事项。

3.会计算减小的重力势能和增加的动能。

4.会使用打点计时器独立完成实验（已做）。

5.会分析处理实验所得的数据。

三、教学过程设计第一课时（一）课前回顾：1.机械能守恒条件？2.如果物体做自由落体运动，怎样判断机械能是否守恒？实验实验误差分实验目的和实验原实验步骤实验：验证机械能守恒定律数据处理2、用如图所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验所用的电源为学生电源，输出电压有交流电和直流电两种．重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点的痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.下面列举了该实验的几个操作步骤：A．按照图示的装置安装器件；B．将打点计时器接到电源的直流输出端上；C．用天平测量出重锤的质量；D．释放悬挂纸带的夹子，同时接通电源开关打出一条纸带；E．测量打出的纸带上某些点之间的距离；F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能是否等于增加的动能．指出其中没有必要进行的或者操作不恰当的步骤，并说明其原因．3、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____________第二课时（五）实验数据处理1．选取纸带的原则是什么？(1)点迹清晰．(2)所打点呈一条直线．(3)第一、二点间距接近2 mm.2、怎样求减小的重力势能？3、瞬时速度的求解？根据已学过知识，可有四种方法：(1)v n＝2gh n；(2)v n＝gt n；(3)v n＝h n＋1－h n－12T.（4）v n＝s n＋s n＋12T应该怎样选择计算公式？练习1、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.查得当地的重力加速度g＝9.8m/s2，测得所用的重物的质量为1.00kg.实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作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各点到O的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm.(1)根据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能的减少量等于________J，动能的增加量等于________J(取3位有效数字)．实验结论：___________________________ (2)实验中产生系统误差的原因主要是__________．为了减小误差，悬挂在纸带下的重物的质量应选择______________．(3)如果以v2/2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的v2/2－h图线是______________．（六）误差分析1．本实验的误差主要来自于空气阻力及纸带和打点计时器限位孔之间的摩擦，故动能的增加量略小于重力势能的减少量．解决办法：（1）安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减少摩擦阻力；（2）应选用质量和密度较大的重锤，增大重力可使阻力的影响相对减小．增大密度可以减少体积，可使空气阻力减小；2．偶然误差测量长度时会带来误差．测量时都应从第一个打点O点量起，且多次测量取平均值.练习2、在当地重力加速度为9.8m/s2的实验室内进行验证机械能守恒定律的实验中，所用电源的频率为50Hz.一同学选择了一条理想纸带，用刻度尺测量时各计时点位置对应刻度尺上的读数如图所示．图中O是自由落体的初始第一点，A、B、C、D是纸带上连续的几个点，图中数值的单位为厘米．根据实验并结合纸带回答下列问题：(1)实验时要从几条纸带中挑选第一、二两点间的距离接近________并且点迹清晰的纸带进行测量；若重锤质量为m，则重锤从开始下落到B点时，减少的重力势能为________J；重锤动能的增加量为________J．(数字部分保留三位有效数字)；试验结论______________________ (2)实验中产生系统误差的原因主要是__________．为了减小误差，应该怎样做_______________________．拓展利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示：(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1m，将导轨调至水平；②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l＝9.30mm.③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝________cm.④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已能过光电门2；⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式；①滑块通过光电门1和光电门2的瞬时速度分别为v1＝________和v2＝________.②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E k1＝________和E k2＝________.③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔE p＝________(重力加速度为g)．(3)如果ΔE p＝________，则可认为验证了机械能守恒定律．。

高中物理第7章 9 实验：验证机械能守恒定律教案新人教版必修2

9．实验：验证机械能守恒定律[学习目标] 1.验证机械能守恒定律． 2.熟悉瞬时速度的测量方法． 3.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因．一、实验原理让物体自由下落，在忽略阻力的情况下，探究物体的机械能守恒，有两种方案探究物体的机械能守恒：1．以物体下落的起始点O 为基准，测出物体下落高度h 时的速度大小v ，若12mv 2＝mgh 成立，则可验证物体的机械能守恒．2．测出物体下落高度h 过程的初、末时刻的速度v 1、v 2，若关系式12mv 22－12mv 21＝mgh 成立，则物体的机械能守恒．二、实验器材铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、低压交流电源(4～6 V)、重物、毫米刻度尺、纸带(带夹子)、复写纸片、导线．三、实验步骤1．安装置：按图将检查、调整好的打点计时器竖直固定在铁架台上，接好电路．2．打纸带：将纸带的一端用夹子固定在重物上，另一端穿过打点计时器的限位孔，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，让重物带着纸带自由下落．更换纸带重复做3～5次实验．3．选纸带：选取点迹较为清晰且1、2两点间的距离约为2 mm 的纸带，把纸带上打出的两点间的距离为2 mm 的第一个点作为起始点，记作O ，在距离O 点较远处再依次选出计数点1、2、3…4．测距离：用刻度尺测出O 点到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h 1、h 2、h 3… 四、数据处理1．计算各点对应的瞬时速度：记下第1个点的位置O ，在纸带上从离O 点适当距离开始选取几个计数点1、2、3…n 并测量出各计数点到O 点的距离h 1、h 2、h 3…h n 再根据公式v n ＝h n ＋1－h n －12T，计算出1、2、3、4、…n 点的瞬时速度v 1、v 2、v 3、v 4…v n . 2．机械能守恒定律的验证：方法一：利用起始点和第n 点．从起始点到第n 个计数点，重力势能减少量为mgh n ，动能增加量为12mv 2n ，计算gh n 和12v 2n ，如果在实验误差允许的范围内gh n ＝12v 2n ，则机械能守恒定律得到验证．方法二：任取两点A 、B .从A 点到B 点，重力势能减少量为mgh A －mgh B ，动能增加量为12mv 2B －12mv 2A ，计算gh AB 和12v 2B －12v 2A ，如果在实验误差允许的范围内gh AB ＝12v 2B －12v 2A ，则机械能守恒定律得到验证．方法三：图象法．计算各计数点12v 2，以12v 2为纵轴，以各计数点到第一个点的距离h 为横轴，根据实验数据绘出12v 2h 图线．若在误差许可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．五、误差分析1．在进行长度测量时，测量及读数不准确造成误差．2．重物下落要克服阻力做功，部分机械能转化成内能，下落高度越大，机械能损失越多，所以实验数据出现了各计数点对应的机械能依次略有减小的现象．3．由于交流电的周期不稳定，造成打点时间间隔变化而产生误差．六、注意事项1．应尽可能控制实验满足机械能守恒的条件，这就要求尽量减小各种阻力的影响，采取的措施有：(1)安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格竖直，以减小摩擦阻力． (2)应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，使空气阻力减小．2．纸带选取(1)以第一个点为起点时，要验证的是12mv 2n ＝mgh m ，必须保证纸带上的第一个点为重物静止释放时打的点，所以前两个点的间距为h ＝12gt 2＝12×10×(0.02)2m ＝2 mm.(2)以下落中某点为起点时，要验证的是12mv 2n －12mv 2m ＝mgh mn ，这时选择纸带不需要满足两点间距为2 mm.3．计算速度时不能用v ＝gt 或v ＝2gh ，否则就犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误．【例1】在“验证机械能守恒定律”的实验中，下面列出一些实验步骤： A ．用天平称出重物和夹子的重量 B ．把重物系在夹子上C ．将纸带穿过计时器，上端用手提着，下端夹上系住重物的夹子，再把纸带向上拉，让夹子靠近打点计时器静止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6 V(电源不接通)E ．把打点计时器固定在桌边的铁架台上，使两个限位孔在同一竖直线上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 K ．在三条纸带中选出较好的一条 L ．进行计算，得出结论，完成报告 M ．拆下导线，整理器材以上步骤中，不必要的有________，正确步骤的合理顺序是________．(填写字母) [解析] 只为了验证机械能守恒，没必要称量重物的质量．打点计时器本身就是计时仪器，不再需要秒表．[答案] AG EDBCHIJMKFL【例2】某实验小组“用落体法验证机械能守恒定律”，实验装置如图甲所示．实验中测出重物自由下落的高度h 及对应的瞬时速度v ，计算出重物减小的重力势能mgh 和增加的动能12mv 2，然后进行比较，如果两者相等或近似相等，即可验证重物自由下落过程中机械能守恒．请根据实验原理和步骤完成下列问题：甲乙丙(1)(多选)关于上述实验，下列说法中正确的是________． A ．重物最好选择密度较小的木块 B ．重物的质量可以不测量C ．实验中应先接通电源，后释放纸带D ．可以利用公式v ＝2gh 来求解瞬时速度(2)如图乙是该实验小组打出的一条点迹清晰的纸带，纸带上的O 点是起始点，选取纸带上连续的点A 、B 、C 、D 、E 、F 作为计数点，并测出各计数点到O 点的距离依次为27.94 cm 、32.78 cm 、38.02 cm 、43.65 cm 、49.66 cm 、56.07 cm.已知打点计时器所用的电源是50 Hz 的交流电，重锤的质量为0.5 kg ，则从计时器打下点O 到打下点D 的过程中，重物减小的重力势能ΔE p ＝________J ；重物增加的动能ΔE k ＝________J ，两者不完全相等的原因可能是_____________________________________.(重力加速度g 取9.8 m/s 2，计算结果保留三位有效数字)(3)实验小组的同学又正确计算出图乙中打下计数点A 、B 、C 、D 、E 、F 各点的瞬时速度v ，以各计数点到A 点的距离h ′为横轴，v 2为纵轴作出图象，如图丙所示，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的物体机械能守恒的依据是_____________________________________________________.[解析] (1)重物最好选择密度较大的铁块，受到的阻力较小，故A 错误．本题是以自由落体运动为例来验证机械能守恒定律，需要验证的方程是mgh ＝12mv 2，因为我们是比较mgh 、12mv 2的大小关系，故m 可约去比较，不需要用天平测量重物的质量，故B 正确．实验中应先接通电源，后释放纸带，故C 正确．不能利用公式v ＝2gh 来求解瞬时速度，否则体现不了实验验证，却变成了理论推导，故D 错误．(2)重力势能减小量ΔE p ＝mgh ＝0.5×9.8×0.436 5 J≈2.14 J．利用匀变速直线运动的推论：v D ＝Δx Δt ＝0.496 6－0.380 20.04 m/s ＝2.91 m/s ，E k D ＝12mv 2D ＝12×0.5×(2.91)2J≈2.12 J，动能增加量ΔE k ＝E k D －0＝2.12 J ．由于存在阻力作用，所以减小的重力势能大于动能的增加．(3)根据表达式mgh ＝12mv 2，则有v 2＝2gh ；当图象的斜率为重力加速度的2倍时，即可验证机械能守恒，而图象的斜率k ＝10.36－5.480.25＝19.52；因此能粗略验证自由下落的物体机械能守恒．[答案] (1)BC (2)2.14 2.12 重物下落过程中受到阻力作用 (3)图象的斜率等于19.52，约为重力加速度g 的两倍，故能验证【例3】利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置示意图如图所示．(1)实验步骤：①将气垫导轨放在水平面上，桌面高度不低于1 m ，将导轨调至水平； ②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l ＝9.30 mm ；③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s ＝_________cm ；④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt 1和Δt 2；⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M ，再称出托盘和砝码的总质量m . (2)用表示直接测量的字母写出下列所示物理量的表达式：①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v 1＝________和v 2＝________. ②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为E k1＝________和E k2＝________.③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔE p 减＝________(重力加速度为g )．(3)如果ΔE p 减＝________，则可认为验证了机械能守恒定律．[解析] 由于挡光条宽度很小，因此将挡光条通过光电门时的平均速度当作瞬时速度，挡光条的宽度l 可用游标卡尺测量，挡光时间Δt 可从数字计时器读出，因此，滑块通过光电门的瞬时速度为lΔt，由于质量已用天平测出，所以，滑块的动能就是已知数了．测出动能的增加值，测出重力势能的减少值，如果两者在误差允许范围内相等，就验证了机械能守恒定律．[答案](1)③60.00(59.96～60.04)(2)①lΔt1l Δt2②12(M＋m)⎝⎛⎭⎪⎫lΔt1212(M＋m)⎝⎛⎭⎪⎫lΔt22③mgs(3)E k2－E k11．做“验证机械能守恒定律”的实验，已有铁架台、铁夹、电源、纸带、打点计时器，还必须选取的器材是图中的( )a b c dA．a和c B．a和dC．b和c D．b和dD[实验中验证重锤重力势能的减小量和动能的增加量是否相等，所以需要重锤，为了减小阻力的影响，重锤选择质量大一些，体积小一些的，故需要b，a是不需要的；打点计时器可以直接记录时间，不需要秒表．实验中需要刻度尺测量点迹间的距离，从而求解瞬时速度和下降的高度，故选项D正确，A、B、C错误．]2．在“验证机械能守恒定律”实验中，纸带将被释放瞬间的四种情况如照片所示，其中最合适的是( )A B C DD[开始释放时，重锤要靠近打点计时器，纸带应保持竖直方向，故D正确．]3．在验证机械能守恒定律的实验中，与纸带相连的质量为 1 kg的重锤自由下落，打出的纸带如图所示，相邻计数点的时间间隔为0.02 s，g取9.8 m/s2.求：(1)打点计时器打下计数点B时，物体的速度v B＝______m/s(保留两位有效数字)；(2)某同学根据纸带上的O 点到B 点的数据，计算出物体的动能增加量ΔE k ＝0.47 J ，重力势能减小量ΔE p ＝0.48 J ，经过多次实验均发现ΔE k 略小于ΔE p ，试分析或解释形成这个现象的原因：__________________________________________________________________________________________.[解析] (1)v B ＝v AC ＝h AC 2T ＝(7.02－3.13)×10－22×0.02m/s≈0.97 m/s.(2)由于重锤下落过程中要克服空气阻力及纸带所受阻力做功，所以下落过程中，重锤的机械能有少量损失，增加的动能总是略小于减少的重力势能．[答案] (1)0.97 (2)由于要克服空气阻力和纸带所受阻力做功，重锤的机械能略减少 4．在验证机械能守恒定律的实验中，已知打点计时器打点时间间隔为T ，某一组同学得到了一条如图所示的纸带，在填写实验报告时，甲、乙两个同学选择了不同的数据处理方法：甲同学测出了C 点到第一点O 的距离h OC ，利用v 2C ＝2gh OC 计算得到了C 点的速度，然后验证mgh OC 与12mv 2C 是否相等．乙同学测出了A 、B 、C 、D 各点到第一点O 的距离h OA 、h OB 、h OC 、h CD ，利用v B ＝h OC －h OA2T，v C＝h OD －h OB 2T 计算B 、C 点的速度，然后验证了mg (h OC －h OB )与12mv 2C －12mv 2B 是否相等．请你对甲乙两位同学的做法逐一分析，并对其不合理之处提出完善的解决方法． [解析] 本题主要考查学生对验证机械能守恒定律实验原理的理解．甲同学选择从O 到C段验证机械能守恒，计算C 点的速度用v 2C ＝2gh OC ，犯了用机械能守恒定律去验证机械能守恒的错误．计算v C 可以选择v C ＝h OD －h OB2T.乙同学选择了从B 到C 段验证机械能守恒，由于B 、C 较近可造成误差偏大，可选择BD 段相对较为合适．[答案] 见解析5．某同学用如图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律，通过实验数据分析，发现本实验存在较大的误差．为此改用如图乙所示的实验装置：通过电磁铁控制的小铁球从A 点自由下落，下落过程中经过光电门B 时，通过与之相连的毫秒计时器(图中未画出)记录挡光时间t ，用毫米刻度尺测出AB 之间的距离h ，用游标卡尺测得小铁球的直径d (d ＜h )，重力加速度为g .则小铁球经过光电门时的瞬时速度v ＝________.如果d 、t 、h 、g 满足关系式t 2＝________，就可验证机械能守恒定律．比较两个方案，改进后的方案相比原方案最主要的优点是________________________________________________________________________________________________________________________.甲乙[解析] 匀变速直线运动中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，由此可以求小铁球经过光电门时的瞬时速度v ＝d t ，由运动学公式v 2＝2gh 得t 2＝d 22gh；比较两个方案，改进后的方案相比原方案最主要的优点是消除了纸带与打点计时器之间的阻力的影响．[答案] d t d 22gh消除了纸带与打点计时器之间的阻力的影响6．如图所示装置可用来验证机械能守恒定律．摆锤A 栓在长为L 的轻绳一端，另一端固定在O 点，在A 的上放一个小铁片，现将摆锤拉起，使绳偏离竖直方向成θ角时由静止开始释放摆锤，(A 摆动过程中小铁片不会落下)当其到达最低位置时，受到竖直挡板P 阻挡而停止运动，之后铁片将飞离摆锤而做平抛运动．(1)为了验证摆锤在运动中机械能守恒，必须求出摆锤在最低点的速度，为了求出这一速度，实验中还应该测量哪些物理量：___________________________________________________(写出物理名称和符号)． (2)根据测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v ＝________.(3)根据已知的和测得的物理量，写出摆锤在运动中机械能守恒的关系式为________________________．[解析] (1)铁片飞出的速度大小即为重锤摆到最低点的速度大小，铁片做平抛运动，根据平抛运动的规律求解，故需测量平抛的水平位移x 和竖直下落的高度h .(2)由平抛位移公式：x ＝vt ，h ＝12gt 2.联立可得：v ＝xg 2h. (3)摆球摆动过程中，机械能守恒：mgL (1－cos θ)＝12mv 2，联立(2)中平抛位移公式，得gx 24h＝gL (1－cos θ)．[答案] (1)遇到挡板之后铁片平抛的水平位移x 和竖直下落高度h (2)xg 2h (3)gx 24h＝gL (1－cos θ) 7．某同学做验证机械能守恒定律实验时，不慎将一条挑选出的纸带的一部分损坏，损坏的是前端部分．剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图中，单位是cm.打点计时器工作频率为50 Hz ，重力加速度g 取9.8 m/s 2.(1)重物在2点的速度v 2＝________，在5点的速度v 5＝________，此过程中动能增加量ΔE k ＝________，重力势能减少量ΔE p ＝________.由以上可得出实验结论是__________________________________________________________________________________________________________.(2)重物获得的动能往往________(A.大于 B ．小于 C ．等于)减少的重力势能，实验中产生系统误差的原因是_____________________________________________________.(3)根据实验判断下列图象正确的是(其中ΔE k 表示重物动能的变化量，Δh 表示物体下落的高度)________．[解析] (1)根据匀变速直线运动的规律，可以求出重物在2点的速度v 2＝(2.8＋3.2)×10－22×0.02m/s ＝1.50 m/s ，重物在5点的速度v 5＝(4.0＋4.3)×10－22×0.02m/s ＝2.075 m/s ，所以动能增加量为ΔE k ＝12mv 25－12mv 22≈1.03m J ，重物从2点到5点，重力势能减少量为ΔE p＝mgh 25＝m ×9.8×(3.2＋3.6＋4.0)×10－2J≈1.06m J ，由以上可得出实验结论为：在误差允许的范围内，机械能守恒．(2)由于纸带受到摩擦力作用，需克服摩擦力做功，所以获得的动能小于减少的重力势能． (3)重物机械能守恒，重物减少的重力势能转化为增加的动能，即ΔE k ＝mg Δh ，可见重物增加的动能与下落的距离成正比，选项C 正确．[答案] (1)1.50 m/s 2.075 m/s 1.03m J 1.06m J 在误差允许的范围内，机械能守恒(2)B 纸带受到摩擦力作用 (3)C。

人教版必修2物理：7.9 实验：验证机械能守恒定律教案设计

验证机械能守恒定律【教学目标】知道用不同的方法探究动能定理和验证机械能守恒定律，了解实验原理和步骤。

【教学重难点】重点：机械能守恒定律的实验原理、步骤和注意事项。

难点：验证机械能守恒定律实验的注意事项。

【教学内容】一、探究动能定理1．实验目的（1）了解实验要探究的内容、实验方法与实验技巧。

探究实验数据的处理方法；（2）认真体会教材“探究的思路”所体现的科学探究的方法，以及“数据的处理”中提出的分析实验数据、找出功和速度变化关系的方法2．探究思路（1）改变功的大小，采用教材实验装置，用 1 条、 2 条、 3 条……同样的橡皮筋将小车拉到同一位置释放，橡皮筋拉力对小车所做的功依次为 w 、 2w 、 3w ……（2）确定速度的大小：小车获得的速度v可以由纸带和打点计时器测出，也可以用其他方法测出。

（3）寻找功与速度变化的关系：以橡皮筋拉力所做的功W为纵坐标，小车获得的速度v 为横坐标，作出W—v曲线，即功—速度关系曲线，分析该曲线，提出橡皮筋拉力对小车所做的功W与小车速度v的定量关系。

3．操作中注意的事项：（1）平衡摩擦力：将木板放有打点计时器的一端垫高，小车不连橡皮筋，尾部固定一纸带，轻推小车使小车沿木板向下运动，如果纸带上打出的点间距是均匀的，说明纸带的运动是匀速直线运动，小车重力沿斜面方向的分力刚好平衡了小车所受的摩擦力。

（2）如何选择纸带上的点距来确定速度：对纸带上的点进行分析，比较点间距，看若干个相邻两点间的距离是否基本相同，选择相邻距离基本相同的若干个点作为小车匀速运动阶段的点，用这些点计算小车的速度。

（3）用图象法处理实验数据：①根据实验测得的数据，分别作出W—v曲线，W—v2曲线、W—v3曲线……，如果哪一幅图象更接近于过原点的倾斜直线，功与速度之间就是哪一种正比关系。

②图象法是解决物理问题的常见方法，因为它具有简便直观的特点。

③图象中的曲线形状是根据实验数据，在坐标系中描出各组数据所对应的点，然后用平滑的曲线将各点连起来。

【精选】高中物理第七章机械能守恒定律第9节实验验证机械能守恒定律教案新人教版必修2

教学重点实验原理及方法的选择及掌握。

教学难点实验误差分析的方法。

教学方法预习设计──实验观察──数据处理──归纳总结。

教师启发、引导，学生自主阅读、思考，亲自动手实验，并讨论、交流学习成果。

教学用具电火花计时器（或电磁打点计时器）；重物（质量300g±3g）及纸带；天平（秤量大于300g）及砝码；铁架台、复夹、烧瓶夹；电源。

［新课教学］【实验目的】利用重物自由下落的现象验证机械能守恒定律。

【优】高中物理人教版必修2 第七章第9节实验：验证机械能守恒定律教案1

例：在“验证机械能守恒定律”的实验中，所用电源的频率为50 Hz，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量各计数点对应刻度尺上的读数如图所示.(图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D、E分别是每打两个点取出的计数点)
根据纸带要求计算：
(1)若重锤的质量为m，则重锤从开始下落到打B点时，减少的重力势能是多少?
4、实验数据处理：
提问：（1）怎样测重锤下降高度h？
（2）怎样测重物下降到此处的瞬时速度？
听取完学生讨论及回答后老师讲述：
为使实验原理更简单,让振针打第一个计数点的初速度为零，须挑选纸带上第一、二两点间的距离接近2 mm的纸带，在纸带上记下该点的位置O，并在纸带上从离位置O较远处开始依次选取几个连续的点1、2、3……并用刻度尺依次测出各点到位置O的距离.如图所示，这些距离就是重锤从静止开始运动到点1、2、3……时下落的高度h1、h2、h3……利用匀变速直线运动的物体中间时刻的瞬时速度等于该段时间内的平均速度求出各点对应的重锤速度 = ，比较重锤下落各不同高度时增加的动能和减少的重力势能是否相等，从而验证机械能是否守恒.
让学生体会数据如何处理？
学生讨论
学生回答：既然实验都是有误差的，所以
有的同学说 > ，有的说 < 。
让学生思考，这个实验的结论如何下？
学生练习
促进学生开动脑筋
渗透物理学实验研究过程
引导学生分析实验误差
养成良好习惯，实验以后得到什么结果。
掌握重点、突破难点
板书设计
第九节实验：验证机械能守恒定律
一、实验原理：当物体做自由落体运动时,只有重力做功,增加的动能应等于减少的重力势能,即验证|ΔEk|=|ΔEp|.
老师反问或点评：重物质量m不需要测量。

《实验：验证机械能守恒定律》教学设计【高中物理必修2(人教版)教案】

《7.9实验：验证机械能守恒定律》教学设计教学模式介绍“传递-接受”教学模式源于赫尔巴特的四段教学法，后来由前苏联凯洛夫等人进行改造传入我国。

在我国广为流行，很多教师在教学中自觉不自觉地都用这种方法教学。

该模式以传授系统知识、培养基本技能为目标。

其着眼点在于充分挖掘人的记忆力、推理能力与间接经验在掌握知识方面的作用，使学生比较快速有效地掌握更多的信息量。

该模式强调教师的指导作用，认为知识是教师到学生的一种单向传递的作用，非常注重教师的权威性。

“传递-接受”教学模式的课程环节：复习旧课——激发学习动机——讲授新知识——巩固运用——检查评价——间隔性复习设计思路说明1.复习旧课1）机械能守恒定律的内容？2.）机械能守恒的条件是什么？2.激发学习动机请同学们设计实验方案验证机械能守恒3.讲授新知识1）【实验目的】2）【实验原理】4）【实验内容】4.巩固运用1）.本实验要不要测量物体的质量？2）.对于实际获得的纸带，如何判定纸带上的第一个点就是纸带刚开始下落时打下的呢？3）.如何测量物体的瞬时速度?5.检查评价本实验有哪些需要注意的地方？6.间隔性复习在还有的学习中体现●教材分析本实验属于高中物理实验中非常重视的一个实验，机械能守恒定律的验证方法很多，其中以自由落体运动的实验验证为代表。

学生应该通过多种实验方案的设计充分动手，动脑体会机械能守恒定律。

●教学目标一、知识与技能1．知道什么是机械能，知道物体的动能和势能可以相互转化．2．正确推导重物自由下落过程中的机械能守恒，理解机械能守恒定律的内容，知道它的含义和适用条件．3．在具体问题中，能判定机械能是否守恒，并能列出机械能守恒的方程式．二、过程与方法1．学会在具体的问题中判定物体的机械能是否守恒．2．初步学会从能量转化和守恒的观点来解释物理现象，分析问题．三、情感、态度与价值观通过机械能守恒的教学，使学生树立科学观念，正确理解和运用自然规律，并用来解决实际问题．●教学重难点【重点】1．掌握机械能守恒定律的理论推证和实验验证过程．2．掌握机械能守恒的条件．3．在具体的问题中能判定机械能是否守恒，并能列出机械能定律的数学表达式．【难点】1．如何让学生从事例中感受和猜想物体的机械能转化遵循什么规律．2．在实验验证中如何处理纸带，数据如何处理．●课前准备1、多媒体课件；2、学生完成相应预习内容；3、学生课前查阅相关背景资料，搜集有关资料。

最新人教版高中物理必修2第七章《实验：验证机械能守恒定律》教案

验证机械能守恒定律【三维目标】（一）知识与技能1．要弄清实验目的，本实验为验证性实验，目的是利用重物的自由下落验证机械能守恒定律。

2．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。

3．通过学生自主学习，培养学生设计实验、采集数据，处理数据及实验误差分析的能力。

（二）过程与方法1．要明确纸带选取及测量瞬时速度简单而准确的方法。

2．通过同学们的亲自操作和实际观测掌握实验的方法与技巧。

3．通过对纸带的处理过程，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法。

4．通过实验过程使学生体验实验中理性思维的重要，既要动手，更要动脑。

（三）情感态度与价值观通过实验及误差分析，培养学生实事求是的科学态度，激发学生对物理规律的探知欲。

【教学重点】1．验证机械能守恒定律的实验原理。

2．实验原理及方法的选择及掌握。

【教学难点】实验误差分析的方法。

【课时安排】1课时【教学过程】一、新课引入1．问题导入十米跳台跳水是种技术性较强的运动。

运动员在跳离平台后笔直飞出，如果不计空气阻力，思考：他在下落的过程中运动特点是怎样的？机械能是否守恒？怎样验证？2．实验导入请同学们思考，细绳的下端拴一个重球，上端固定在天花板上。

把重球从平衡位置B 拉到A，放开手，重球就在A、B间往复运动，如果空气阻力可以忽略不计，把铅笔放在B1的位置上，重球将沿怎样的弧线运动？它上升的最高点C1在什么地方？由此同学们得到什么启示？二、新课讲解通过上一节课的学习，我们知道机械能守恒定律及其表达式以及其在物理学中的重要地位。

今天我们就设计实验，来验证机械能守恒定律。

问题：1．机械能守恒定律的条件是什么？2．要验证机械能守恒应该创设什么样的问题情景？3．回顾以前学过的运动，哪种运动形式符合验证机械能守恒定律的条件？学生通过讨论，总结：1．机械能守恒定律的条件是：物体系统只有重力或弹力做功。

【答案】7.9实验：机械能守恒定律教案

学校：临清二中学科：物理编写人：王雪莲审稿人：马洪学必修二第七章第九节《实验：验证机械能守恒定律》一、教材分析《验证机械能守恒定律》是人教版高中物理必修二第七章《机械能》第九节的教学内容，本节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．是一节重要的实验课，它使上节课的内容更深入人心。

二、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．三、教学重点难点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．四、学情分析我们的学生属于平行分班，没有实验班，学生已有的知识和实验水平有差距。

需要教师指导并进行适当的演示即便实验能顺利进行。

五、教学方法探究、讲授、讨论、实验六、课前准备1．学生的学习准备：预习《实验：验证机械能守恒定律》，并填写学案。

2．教师的教学准备：实验器材，课前预习学案，课内探究学案，课后延伸拓展学案。

七、课时安排：1课时八、教学过程(一)预习检查、总结疑惑检查落实了学生的预习情况并了解了学生的疑惑，使教学具有了针对性。

（二）复习导入、展示目标。

教师首先提问：思考1：机械能守恒定律的内容是什么，需要什么条件？思考2：机械能守恒的表达式是什么，我们能否设计一个情景验证一下机械能守恒定律？设计意图：通过复习上节的知识为本节的学习打下一个基础，并明确学习目标。

（三）合作探究、精讲点拨。

初步实验设计和学生讨论下面几个问题，帮助学生设计实验。

1、实验目的：。

2实验的研究对象是，他做的是运动。

3、重物下落过程中，除了重力外会受到哪些阻力？怎样减少这些阻力对实验的影响？重物受两种阻力：一、空气阻力选用密度大、质量大的重物可减少空气阻力的影响。

高中物理第七章机械能守恒定律9实验：验证机械能守恒定律教学案新人教版必修2

9 实验：验证机械能守恒定律[学习目标] 1.验证机械能守恒定律.2.熟悉瞬时速度的测量方法.3.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因.一、实验原理做自由落体运动的物体，在下落过程中，重力势能减少，动能增加，如果重力势能的减少量等于动能的增加量，就验证了机械能守恒定律.二、实验器材铁架台(带铁夹)、打点计时器、重物(带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源(4～6 V).三、实验步骤1.安装装置：按图1甲所示把打点计时器安装在铁架台上，用导线把打点计时器与电源连接好.图12.打纸带：在纸带的一端把重物用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近.先接通电源后释放纸带，让重物拉着纸带自由下落.重复几次，得到3～5条打好点的纸带.3.选纸带：从打好点的纸带中挑选点迹清晰且开始的两点间距接近2 mm 的一条纸带，在起始点标上0，以后任取间隔相同时间的点依次标上1、2、3….4.测距离：用刻度尺测出0到1、2、3…的距离，即为对应下落的高度h 1、h 2、h 3….四、数据处理1.计算各点对应的瞬时速度：根据公式v n ＝h n ＋1－h n －12T，计算出1、2、3…n 点的瞬时速度v 1、v 2、v 3…v n .2.机械能守恒定律验证方法一：利用起始点和第n 点.如果在实验误差允许范围内gh n ＝12v n 2，则机械能守恒定律得到验证. 方法二：任取两点A 、B .如果在实验误差允许范围内gh AB ＝12v B 2－12v A 2，则机械能守恒定律得到验证. 方法三：图象法(如图2所示).图2若在实验误差允许范围内图线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.五、误差分析本实验的误差主要是由纸带测量产生的偶然误差以及重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差.六、实验注意事项1.打点计时器安装要稳固，并使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力.2.应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力的影响相对减小.3.实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落.4.本实验中的两种验证方法均不需要测重物的质量m .5.速度不能用v ＝gt 或v ＝2gh 计算，应根据纸带上测得的数据，利用v n ＝h n ＋1－h n －12T计算瞬时速度.一、实验原理及基本操作例1 在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz ，依次打出的点为0、1、2、3、4、…、n ，则：(1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为________、________、________，必须计算出的物理量为________、________，验证的表达式为________________.(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是________(填写步骤前面的字母).A.将打点计时器竖直安装在铁架台上.B.先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落.C.取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验.D.将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带.E.选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度h 1、h 2、h 3、…、h n ，计算出对应的瞬时速度v 1、v 2、v 3、…、v n .F.分别算出12mv n 2和mgh n ，在实验误差范围内看是否相等. 答案 (1)第2点到第6点之间的距离h 26 第1点到第3点之间的距离h 13 第5点到第7点之间的距离h 57 第2点的瞬时速度v 2 第6点的瞬时速度v 6mgh 26＝12mv 6 2－12mv 2 2 (2)ADBCEF解析 (1)要验证从第2点到第6点之间的纸带对应重物的运动过程中机械能守恒，应测出第2点到第6点的距离h 26，要计算第2点和第6点的速度v 2和v 6，必须测出第1点到第3点之间的距离h 13和第5点到第7点之间的距离h 57，机械能守恒的表达式为mgh 26＝12mv 6 2－12mv 2 2.处理实验问题，要明确实验原理，根据原理设计实验步骤，有针对性的分析问题.针对训练 (多选)用自由落体法验证机械能守恒定律，就是看12mv n 2是否等于mgh n (n 为计数点的编号0、1、2…n ).下列说法中正确的是( )A.打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零B.h n 是计数点n 到起始点0的距离C.必须测量重物的质量D.用v n ＝gt n 计算v n 时，t n ＝(n －1)T (T 为打点周期)答案 AB解析本实验的原理是利用重物的自由落体运动来验证机械能守恒定律.因此打点计时器打第一个点时，重物运动的速度应为零，A 正确；h n 与v n 分别表示打第n 个点时重物下落的高度和对应的瞬时速度，B 正确；本实验中，不需要测量重物的质量，因为公式mgh ＝12mv 2的两边都有m ，故只要gh ＝12v 2成立，mgh ＝12mv 2就成立，机械能守恒定律也就被验证了，C 错误；实验中应用公式v n ＝h n ＋1－h n －12T来计算v n ，D 错误. 二、数据处理及误差分析例2 某实验小组“用落体法验证机械能守恒定律”，实验装置如图3甲所示.实验中测出重物自由下落的高度h 及对应的瞬时速度v ，计算出重物减少的重力势能mgh 和增加的动能12mv 2，然后进行比较，如果两者相等或近似相等，即可验证重物自由下落过程中机械能守恒.请根据实验原理和步骤完成下列问题：图3(1)关于上述实验，下列说法中正确的是________.A.重物最好选择密度较小的木块B.重物的质量可以不测量C.实验中应先接通电源，后释放纸带D.可以利用公式v ＝2gh 来求解瞬时速度(2)如图乙是该实验小组打出的一条点迹清晰的纸带，纸带上的O 点是起始点，选取纸带上连续的点A 、B 、C 、D 、E 、F 作为计数点，并测出各计数点到O 点的距离依次为27.94 cm 、32.78 cm 、38.02 cm 、43.65 cm 、49.66 cm 、56.07 cm.已知打点计时器所用的电源是50 Hz 的交流电，重物的质量为0.5 kg ，则从计时器打下点O 到打下点D 的过程中，重物减小的重力势能ΔE p ＝________ J ；重物增加的动能ΔE k ＝________ J ，两者不完全相等的原因可能是________________.(重力加速度g 取9.8 m/s 2，计算结果保留三位有效数字)(3)实验小组的同学又正确计算出图乙中打下计数点A 、B 、C 、D 、E 、F 各点的瞬时速度v ，以各计数点到A 点的距离h ′为横轴，v 2为纵轴作出图象，如图丙所示，根据作出的图线，能粗略验证自由下落的物体机械能守恒的依据是______________________________________ __________________________________.答案 (1)BC(2)2.14 2.12 重物下落过程中受到阻力作用(3)图象的斜率等于19.52，约为重力加速度g 的两倍，故能验证解析 (1)重物最好选择密度较大的铁块，受到的阻力较小，故A 错误.本题是以自由落体运动为例来验证机械能守恒定律，需要验证的方程是mgh ＝12mv 2，因为我们是比较mgh 、12mv 2的大小关系，故m 可约去，不需要用天平测量重物的质量，操作时应先接通电源，再释放纸带，故B 、C 正确.不能利用公式v ＝2gh 来求解瞬时速度，否则体现不了实验验证，却变成了理论推导，故D 错误.(2)重力势能减小量ΔE p ＝mgh ＝0.5×9.8×0.436 5 J≈2.14 J.利用匀变速直线运动的推论： v D ＝Δx Δt ＝0.496 6－0.380 20.04m/s ＝2.91 m/s ， E k D ＝12mv D 2＝12×0.5×2.912 J≈2.12 J，动能增加量ΔE k ＝E k D －0＝2.12 J.由于存在阻力作用，所以减小的重力势能大于动能的增加.(3)根据表达式mgh ＝12mv 2，则有v 2＝2gh ；当图象的斜率为重力加速度的2倍时，即可验证机械能守恒，而图象的斜率k ＝10.36－5.480.25＝19.52；因此能粗略验证自由下落的物体机械能守恒.1.(实验器材及误差分析) 如图4为验证机械能守恒定律的实验装置示意图.现有的器材为：带铁夹的铁架台、电磁打点计时器、纸带、带铁夹的重锤.回答下列问题：图4(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有________.(填入正确选项前的字母)A.米尺B.秒表C.低压直流电源D.低压交流电源(2)实验中产生误差的原因有：__________________________________________________(写出两个原因即可).(3)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，这样将造成________.A.不清楚B.mgh >12mv 2C.mgh <12mv 2D.mgh ＝12mv 2 答案 (1)AD (2)①纸带和打点计时器之间有摩擦.②用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差.③计算势能变化时，选取始末位置过近.④交流电频率不稳定.(任选其二) (3)B 解析 (1)在处理数据时需要测量长度，故需要米尺；电磁打点计时器工作时需要使用低压交流电源；所以选项A 、D 正确.(2)造成误差的原因有：①纸带和打点计时器之间有摩擦.②用米尺测量纸带上点的位置时读数有误差.③计算势能变化时，选取始末位置过近.④交流电频率不稳定.(3)由于阻力作用，物体重力势能的减少量大于动能的增加量，即mgh >12mv 2，选项B 正确. 2.(数据处理)用落体法验证机械能守恒定律的实验中：(1)运用公式mv 22＝mgh 对实验条件的要求是________，打点计时器打点的时间间隔为0.02 s ，则所选择的纸带第1、2两点间的距离应接近______.(2)若实验中所用重物的质量m ＝1 kg ，打点纸带如图5所示，打点时间间隔为0.02 s ，则记录B 点时，重物的速度v B ＝________，重物的动能E k B ＝________，从开始下落起至B 点时重物的重力势能减少量是________，由此可得出的结论是________(g ＝9.8 m/s 2，结果保留三位有效数字).图5答案 (1)重物从静止开始自由下落 2 mm(2)0.585 m/s 0.171 J 0.172 J 在误差允许范围内机械能守恒解析 (1)重物自由下落时，在最初0.02 s 内的位移应为h ＝12gT 2＝12×9.8×(0.02)2 m≈2 mm. (2)v B ＝A C 2T ＝(31.2－7.8)×10－32×0.02 m/s ＝0.585 m/s ，此时重物的动能为E k B ＝12mv B 2＝12×1×(0.585)2 J≈0.171 J，重物的重力势能减少量为ΔE p B ＝mgh ＝1×9.8×17.6×10－3 J≈0.172 J.故在误差允许范围内机械能守恒.3.(实验原理及误差分析)如图6所示，两个质量各为m 1和m 2的小物块A 和B ，分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端，已知m 1＞m 2.现要利用此装置验证机械能守恒定律.图6(1)若选定物块A 从静止开始下落的过程中进行测量，则需要测量的物理量有________(填序号). ①物块的质量m 1、m 2；②物块A 下落的距离及下落这段距离所用的时间；③物块B 上升的距离及上升这段距离所用的时间；④绳子的长度.(2)为提高实验结果的准确程度，某小组同学对此实验提出以下建议：①软绳的质量要轻；②在“轻质绳”的前提下，绳子越长越好；③尽量保证物块只沿竖直方向运动，不要摇晃；④两个物块的质量之差要尽可能小.以上建议中确实对提高准确度有作用的是________.(填序号)(3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确度有益的建议：________________________ ________________________________________________.答案 (1)①②或①③ (2)①③ (3)例如：“对同一高度进行多次测量取平均值”“选取受力后相对伸长量尽量小的绳”“尽量减小滑轮的质量”“对滑轮转动轴进行润滑”等等.(任选一个即可)课时作业1.在“验证机械能守恒定律”的实验中，有位同学按以下步骤进行实验操作：A.用天平称出重锤和夹子的质量B.固定好打点计时器，将连着重锤的纸带穿过限位孔，用手提住，且让手尽量靠近打点计时器C.松开纸带，接通电源，开始打点，并如此重复多次，以得到几条打点的纸带D.取下纸带，挑选点迹清晰的纸带，记下起始点O ，在距离O 点较近处选择几个连续计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值E.测出各计数点到O 点的距离，即得到重锤下落的高度F.计算出mgh n 和12mv n 2，看两者是否相等在以上步骤中，不必要的步骤是____________________.有错误或不妥的步骤是____________.(填写代表字母)更正情况：①____________________________________________；②____________________________________________；③____________________________________________；④____________________________________________.答案 A BCDF ①B 中手应抓住纸带末端，让重锤尽量靠近打点计时器 ②C 中应先接通电源，再松开纸带③D 中应选取离O 点较远的点④F 中应计算gh n 和12v n 2 解析 A 步骤不必要，不称量重锤和夹子的质量也可验证机械能守恒定律；B 步骤中应让重锤尽量靠近打点计时器，而不是手靠近；C 步骤中应先接通电源，后释放纸带；D 步骤中应选取离O 点较远的点，这样测量时距离较远，测量的相对误差较小；F 步骤中应计算gh n 和12v n 2，若m 没有测量，则mgh 、12mv n 2，就不能计算出具体的值. 2.根据“验证机械能守恒定律”的实验回答下列问题.(1)关于本实验的叙述中，正确的有( )A.打点计时器安装时要使两限位孔位于同一竖直线上并安装稳定，以减小纸带下落过程中的阻力B.需用天平测出重物的质量C.打点计时器用四节干电池串联而成的电池组作为电源D.用手托着重物，先闭合打点计时器的电源开关，然后释放重物E.打出的纸带中，只要点迹清晰，就可以运用公式mg Δh ＝12mv 2来验证机械能是否守恒 F.验证机械能是否守恒必须先确定重力势能的参考平面(2)验证机械能是否守恒时，对于实验中计算某一点的速度，甲同学用v ＝gt 来计算，乙同学用v n ＝s n ＋s n ＋12T来计算.其中________同学的计算方法符合实验要求.计算重力势能时，对于重力加速度g 的数值，甲同学用9.8 m/s 2代入，乙同学用通过对纸带分析计算出重物下落的实际加速度代入，丙同学用当地的实际重力加速度代入，其中________同学的做法是正确的. 答案 (1)AD (2)乙丙解析 (1)本实验要验证“mgh ＝12mv 2”，其中重物的质量可以消去，即不需用天平测出重物的质量，只要验证“gh ＝12v 2”即可，选项B 错误.打点计时器的打点周期取决于交流电源的频率，或者说必须使用交流电，不可用干电池代替，所以选项C 错误.对于打出的纸带有两种处理方法：第一，选取第1、2两点间的距离接近2 mm 且点迹清晰的纸带进行测量，利用“gh ＝12v 2”来验证机械能是否守恒；第二，可以选择纸带点迹清晰的部分，测量任意两个计数点之间的距离Δh ，求出这两点间的动能之差ΔE k ，运用公式mg Δh ＝ΔE k 而不是mg Δh ＝12mv 2来验证机械能是否守恒，所以选项E 错误.因为本实验要验证的是重物重力势能的改变量等于其动能的增加量，而重力势能的改变量与重力势能的参考平面的位置无关，所以本实验不需要先确定重力势能的参考平面，选项F 错误.本题答案为A 、D.(2)计算瞬时速度须使用公式v n ＝s n ＋s n ＋12T ，v ＝gt 是12mv 2＝mgh 的简化形式，所以甲同学的方法不符合实验要求，乙同学的计算方法符合实验要求；重力加速度g 的数值应该取当地的实际重力加速度，所以丙同学的做法是正确的.3.利用如图1所示实验装置来验证机械能守恒定律.通过电磁铁控制的小铁球从A 点自由下落，下落过程中小铁球经过光电门B 时，毫秒计时器(图中未画出)记录下小铁球的挡光时间t .实验前调整光电门位置，使小铁球下落过程中，小铁球球心垂直细激光束通过光电门，当地重力加速度为g .图1(1)为了验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，还需要测量的物理量是________.A.A 点距地面的高度HB.A 、B 之间的距离hC.小铁球从A 到B 的下落时间t ABD.小铁球的直径d(2)小铁球通过光电门时的瞬时速度v ＝____________；要验证小铁球下落过程中机械能是否守恒，只需验证等式________是否成立即可(用实验中测得物理量的符号表示).答案 (1)BD (2)d t 1t 2＝2g d 2h (或d 2＝2ght 2) 解析 (1)根据实验原理可知，需要测量的是A 点到光电门B 的距离，故A 错误，B 正确.利用小铁球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，不需要测量下落时间，但需要知道挡光物体的尺寸，因此需要测量小铁球的直径，故C 错误，D 正确.(2)利用小铁球通过光电门的平均速度来代替瞬时速度，故v ＝d t；根据机械能守恒的表达式有mgh ＝12mv 2，可得1t 2＝2g d 2h (或d 2＝2ght 2)，故只要验证1t 2＝2g d 2h (或d 2＝2ght 2)即可. 4. 现利用如图2所示装置验证机械能守恒定律.图中AB 是固定的光滑斜面，斜面的倾角为30°，1和2是固定在斜面上适当位置的两个光电门，与它们连接的光电计时器都没有画出.让滑块从斜面的顶端滑下，光电门1、2各自连接的光电计时器显示的挡光时间分别为5.00×10－2 s 、2.00×10－2 s.已知滑块质量为2.00 kg ，滑块沿斜面方向的长度为5.00 cm ，光电门1和2之间的距离为0.54 m ，g 取9.80 m/s 2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度.图2(1)滑块经过光电门1时的速度v 1＝________ m/s ，通过光电门2时的速度v 2＝________ m/s.(2)滑块通过光电门1、2之间的动能增加量为______ J ，重力势能的减少量为________ J. 答案 (1)1.00 2.50 (2)5.25 5.29解析 (1)v 1＝L t 1＝5.00×10－25.00×10－2m/s ＝1.00 m/s v 2＝L t 2＝5.00×10－22.00×10－2m/s ＝2.50 m/s (2)动能增加量ΔE k ＝12×2.00×(2.502－1.002) J ＝5.25 J. 重力势能的减少量：ΔE p ＝2.00×9.80×0.54×sin 30° J≈5.29 J.5.用如图3所示实验装置验证m 1、m 2组成的系统机械能守恒.m 2从高处由静止开始下落，m 1上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律.图4给出的是实验中获得的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个点(图中未标出)，计数点间的距离如图4所示.已知m 1＝50 g ，m 2＝150 g ，则：(结果保留两位有效数字)图3图4(1)从纸带上打下计数点5时的速度v ＝________ m/s ；(2)从打下第“0”点到打下第“5”点的过程中系统动能的增量ΔE k ＝______ J ，系统势能的减少量ΔE p ＝______ J ；(当地的重力加速度g 取10 m/s 2)(3)若某同学作出12v 2－h 图象如图5所示，则当地的重力加速度g ＝________ m/s 2.图5答案 (1)2.4 (2)0.58 0.60 (3)9.7 解析 (1)在纸带上打下计数点5时的速度 v ＝(21.60＋26.40)×10－22×0.1m/s ＝2.4 m/s.(2)从打下第“0”点到打下第“5”点的过程中系统动能的增量ΔE k ＝12(m 1＋m 2)v 2＝12×(0.05＋0.15)×2.42 J≈0.58 J ，系统势能的减少量ΔE p ＝(m 2－m 1)gh ＝(0.15－0.05)×10×(38.40＋21.60)×10－2J ＝0.60 J. (3)根据12(m 1＋m 2)v 2＝(m 2－m 1)gh ，可得12v 2＝g2h ，由图线可知v 22h＝g 2＝5.82 m 2·s －21.20 m，则g ＝9.7 m/s 2.6. 如图6所示，某同学利用竖直上抛小球的频闪照片验证机械能守恒定律.频闪仪每隔0.05 s 闪光一次，用毫米刻度尺测得相邻两个时刻小球上升的高度分别为h 1＝26.3 cm ，h 2＝23.68 cm ，h 3＝21.16 cm ，h 4＝18.66 cm ，h 5＝16.04 cm ，该同学通过计算得到不同时刻的速度如下表所示(当地重力加速度g ＝9.80 m/s 2，小球质量m ＝0.10 kg)：图6(1)上面测量高度的五个数据中不符合有效数字读数要求的是_______段，应记作_______cm. (2)由频闪照片上的数据计算t 2时刻小球的速度v 2＝________ m/s.(计算结果保留三位有效数字)(3)从t 2到t 5时间内，重力势能增量ΔE p ＝________ J ，动能减少量ΔE k ＝________ J.(计算结果保留三位有效数字)(4)在误差允许的范围内，若ΔE p 与ΔE k 近似相等，从而验证了机械能守恒定律.由上述计算所得ΔE p ________ΔE k (选填“>”“<”或“＝”)，造成这种结果的主要原因是____________________________________________. 答案 (1)h 1 26.30 (2)5.00 (3)0.622 0.648 (4)< 上升过程中有空气阻力做负功 (或受到空气阻力)解析 (1)从题中可得测量工具是毫米刻度尺，所以h 1在有效数字读数要求上有错误，应记作26.30 cm.(2)匀变速直线运动过程中中间时刻的瞬时速度等于该过程中的平均速度，所以有： v 2＝h 1＋h 22T≈5.00 m/s. (3)根据重力做功和重力势能的关系有：ΔE p ＝mg (h 2＋h 3＋h 4)≈0.622 J ΔE k ＝12mv 2 2－12mv 5 2≈0.648 J.。

人教版必修2物理：7.9 实验：验证机械能守恒定律教案设计

《验证机械能守恒定律》教学设计一、教材分析与设计思路《验证机械能守恒定律》是高中物理人教版必修2第七章第9节的知识。

这节课按照科学探究的要求，组织学生根据力学知识，制定实验计划，设计方案和进行操作，通过科学探究，使学生对机械能守恒定律的得出、含义、适用条件有一个明确的认识；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；运用计算机辅助，使学生亲身体验现代科技的影响，掌握将信息技术作为知识获取工具的方法。

二、学情分析高三学生对机械能守恒定律的知识在高一已经有了详细的学习，但是在复习中仍然有一部分学生对定律的理解和应用掌握不牢固。

通过探究性的学习，加深学生对机械能守恒定律的理解。

遇到类似题目可以融会贯通。

三、教学目标1、知识与技能：（1）学会用打点计时器打下的纸带计算物体运动速度（2）掌握验证机械能守恒定律的实验原理2、过程与方法：（1）通过用纸带子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（2）通过DIS验证机械能守恒定律的实验原理体会科学实验的优势3、情感态度与价值观：（1）通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习兴趣（2）通过亲身实践，树立时间是检验真理的唯一标准的科学观点（3）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四、教学重点、难点教学难点：掌握验证机械能守恒定律的实验原理。

教学重点：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。

五、教学过程任务三用DIS 实验验证机械能守恒定律3.实验过程与数据分析：1、将DISLab机械能守恒实验器按装配图安装好(参照《用户手册》)，把光电门传感器固定在实验器的A点，并接入数据采集器的第一通道；2、将小摆球用磁铁夹吸住，固定在A点上方5～10厘米处；3、移动光电门传感器固定臂，使用测平器观察并调整光电门的透光孔正好在A点；4、打开“计算表格”，点击“自动记录”中的“开始”，释放摆球，当摆球通过光电门传感器后，阻止摆球回摆；5、移动光电门传感器固定臂，使用测平器观察并调整光电门的透光孔分别位于B、C、D点，重复步骤4，获得四次实验数据；6、点击“变量”分别定义“h”“m”表示光电门距零势点的高度和摆球的质量，并输入相应的数据；7、点击“公式”，输入计算摆球速度和摆球在各点的机械能公式，得到实验结果；课后反思：新课程标准要求学生在物理课的学习中不仅需要学到物理基础知识和实验技能，而且需要体验科学探究过程，增强创新意识和实践能力。

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