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8.5实验：验证机械能守恒定律的教案
【教学目标】
1．理解实验的设计思路，明确实验中需要测量的物理量。
2．知道实验中选取测量点的有关要求，会根据实验中打出的纸带测定物体下落的距离，掌握测量物体运动的瞬时速度的方法。
3．能正确进行实验操作，能够根据实验数据的分析中得出实验结论。
4．能定性地分析产生实验误差的原因，并会采取相应的措施减小实验误差。
【教学重难点】
教学重点：1. 理解用落体法验证机械能守恒定律；
2. 理解用光滑斜面法验证机械能守恒定律。
教学难点：1. 学会用平均速度法求解瞬时速度；
2. 学会用图像法处理实验数据并运用所学知识处理实验误差。
【新课导入】
上节课我们学习了机械能守恒定律，掌握了机械能守恒定律的条件和公式。
思考：机械能守恒的条件是什么？它有哪些表达形式？
1.条件：仅有重力或弹力做功。
2.表达式：
（1）守恒的角度：E1=E2
（2）转化的角度：△Ek增= △Ep减
（3）转移的角度：△EA增：=△EB减
思考：我们熟知的运动中，哪些运动满足仅有重力做功？
这节课我们通过自由落体运动和物体沿光滑斜面下滑运动来验证一下机械能守恒定律。
【新课讲解】
实验思路
实验原理
物体做自由落体运动，只有重力做功，物体的重力势能与动能相互转化，但总的机械能不变。若物体的某一时刻的瞬时速度是v，下落高度是h,则有mgh = mv2/2
本实验需要的器材
（1） 电火花计时器（2） 学生电源 （3） 纸带（4）铁架台（带铁夹）（5）重物（6）刻度尺
简述实验步骤
（1）、将打点计时器固定在铁架台上，把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。
（2）、用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近。然后先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。
（3）、更换纸带，重复几次。
（4）、选择合适的纸带，处理数据。
（5）设计表格记录实验数据，实验操作完成后，进行数据处理，计算gh 和 v2/2，判断是否在实验的误差允许范围内是否近似相等，
给出实验结论。
实验创新与改进
课本上这个实验，步骤简单、方便，但纸带与打点计时器的限位孔之间、纸带与振针之间存在摩擦，有没有改进方法？
气垫导轨和光电门验证机械能守恒定律
物理量的测量
实验步骤
（1）仪器安装:按图示装置竖直架稳打点计时器，并用导线将打点计时器接在电源上。
（2）打纸带:将长约1m的纸带用小夹子固定在重物上后穿过打点计时器，用手提着纸带，使重锤静止在靠近打点计时器的地方。接通电源，松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器就在纸带上打下一系列的点。
（3）换几条纸带，重复上面的实验。
2、数据处理
（1）求瞬时速度
在取下的纸带中挑选第1、2两点间距离接近2mm且点迹清晰的纸带进行测量。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0、1、2、3、…、n+1并测量出各计数点到O点的距离h0、h1、h2、h3、…、hn+1，再根据公式，计算出1、2、3、…、n点的瞬时速度v1、v2、v3、…、vn。
（2）机械能守恒验证
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mghn，动能增加量为mv，如果在实验误差允许的范围内mv＝mghn，即v＝ghn成立，则机械能守恒定律得到验证。
方法二:任取两点
①任取两点A,B，测出hAB，求出ghAB。
②分别求出A、B两点的瞬时速度vA、vB，求出mv－mv的值。
③如果在实验误差允许的范围内v－v＝ghAB，就证明机械能是守恒的。
方法三：图像法
计算各计数点的v2，以v2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v2 h图线。若在实验误差允许的范围内，图像是一条过原点且斜率为g的直线，如图所示，则验证了机械能守恒定律。
（3）误差分析
①本实验中因重物和纸带在下落过程中要克服空气阻力及打点计时器的摩擦阻力做功，故动能的增加量ΔEk稍小于重力势能的减少量ΔEp，即ΔEk＜ΔEp，这属于系统误差。改进的办法是调整器材的安装和选用质量和密度较大的重物，尽可能地减小阻力的影响。
②本实验的偶然误差主要来源于长度的测量。减小误差的办法是测下落距离时都从O点量起，一次将各计数点对应的下落高度测量完，或者多次测量取平均值。
用气垫导轨验证沿斜面下滑物体的机械能守恒
1、实验步骤
（1）器材安装: 按图示安装器材，调节气垫导轨至倾斜状态，测出两光电门所在位置的高度差Δh。
（2）实验测速：连通进气装置，使气垫导轨开始工作，从静止释放滑块，分别侧出滑块经过两个光电门的遮光时间Δt1、Δt2。
（3）重复实验：从不同的位置释放滑块，分别测出遮光时间。
2、数据处理
（1）速度的测量：用游标卡尺测出滑块上遮光片的宽度d，读出遮光条通过光电门的遮光时间，则滑片通过光电门的速度。
（2）验证关系式
方式1（两个光电门）：分别测出滑块经过两个光电门的速度和，用刻度尺测出两光电门的高度差Δh，验证在误差范围内是否满足。
方式2（一个光电门）：让滑块从光电门上方某一位置由静止释放，测出该点到光电门的高度差△h和滑块经过光电门的速度，验证在误差范围内成立。
（一）数据分析
数据分析
【教师引导】根据选定的实验方案设计相应的表格记录实验数据。计算物体在选定位置上动能与势能的和是否满足mv＋mgh2＝mv＋mgh1
也可以计算重物在某两点间的动能变化和势能变化是否满足mv-mv＝mgh1-mgh2
本实验我们提供物体做自由落体运动及沿光滑斜面下滑这两种方案。
【教师补充】用落体法验证机械能守恒定律
【板书】
8.5 实验：验证机械能守恒定律
一、实验思路
二、物理量的测量
三、数据分析

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