验证机械能守恒定律教学设计

第一篇：验证机械能守恒定律教学设计

篇一：9.实验：验证机械能守恒定律 教学设计 教案

教学准备 1.教学目标

1、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）要明确织带选取及测量瞬时速度简单而准确的方法。

2、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。

3、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；

（4）通过经历实验过程，体验科学实验过程的艰辛与喜悦，并乐于探索自然界的奥妙。2.教学重点/难点

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。3.教学用具 多媒体、板书 4.标签

教学过程

一、实验目的

1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度．

2．掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法．

二、实验原理

让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒： 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

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v1、v2，若

成立，则物体的机械能守恒．

三、实验器材

铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源．

四、实验步骤

1．如图甲所示，把打点计时器固定在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好． 关系式

2．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，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近．

3．接通电源，释放纸带，让重物自由下落． 4．重复步骤2、3，得到3～5条打好点的纸带． 5．在打好点的纸带中挑选一条点迹清晰的纸带，在起始点标上0，以后各点依次标上1、2、3、„，如图乙所示，用刻度尺测出对应的下落高度h1、h2、h3、„.五、数据处理 1．利用公式 2．要验证的是

计算出点

1、点

2、点3„„的瞬时速度v1、v2、v3、„.只需验证

因此不需要测量重物的质量m.3．验证：通过计算，在误差允许的范围之内

六、误差分析

1．本实验的误差主要是由于纸带测量产生的偶然误差和重物和纸带运动中空气阻力和打点计时器摩擦阻力引起的系统误差，使动能的增加量稍小于势能的减少量．

2．测量时采取多次测量求平均值来减小偶然误差，安装打点计时器使两限位孔中线竖直，并且选择质量适当大些，体积尽量小些的重物来减小系统误差． 3．打点计时器周期变化带来误差．

七、注意事项 是否相等或

八、实验探究

探究实验

一、实验原理与操作

例：在验证机械能守恒定律的实验中，有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点较近处选择连续几个计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值．

e．测出各点到o点的距离，即得到重锤下落的高度． f．计算出

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)；更正情况是①________，②________，③________，④________.【答案】 因本实验是通过比较重力势能的减少量δep是否等于动能的增加量δek来验证机械能守恒的，不需要知道动能的具体数值，因而不需要测出重物(含重锤和夹子)的质量，故步骤a是多余的．

有错误或不妥的步骤是b、c、d、f.原因和更正办法分别是： b中“让手尽量靠近”应改为“让重锤尽量靠近打点计时器”，c中应先接通电源，后松开纸带.d中应将“距离o点较近处”改为“距离o点较远处”，f中应改为

增加量1因本实验中是通过比较重锤的重力势能减少量mghn和动能的大小来达到验证的目的，对于同一个研究对象(重锤)来说，质量是一定的，就能达到目的． 故只需比较ghn和

探究实验

二、实验数据的处理及误差分析

例：某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．已知打点计时器所用电源的频率为50 hz，当地重力加速度大小为g＝9.80 m/s2.实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示，纸带上的第一个点记为o，另选连续的三个点a、b、c进行测量，图中给出了这三个点到o点的距离ha、hb和hc的值．回答下列问题(计算结果保留3位有效数字)： 篇二：《实验：验证机械能守恒定律》教学设计_张长泉

《实验：验证机械能守恒定律》

——教学设计

姓 名： 张长泉 教研组： 物理组 教 材： 物理必修２（沪科版）时 间：2012年5月16日 地 点： 铜川矿务局第一中学

《实验：验证机械能守恒定律》教学设计

高中物理新课程将科学探究列为课程目标和课程内容，并作为学生自主学习物理的一种有效学习方式。科学探究是学生在物理课程或现实生活的

情境中，通过自己去发现问题、调查研究、动手操作、表达与交流等探究活动，获得知识、技能、方法的学习方式和学习过程。科学探究的目的是让学生经历探究的过程，获得理智与情感的体验，积累科学知识与方法。科学探究的目的是把学生置于动态、开放、生动、多元的学习环境中，在自主学习、探索中，获得学习体验。我在高中物理教学中，试用沪科版高中物理课程标准教科书，就“机械能守恒定律”，一课的教学，进行了实验探究课的尝试。这节课的教学设计过程如下：

【设计思想】

“只有重力做功时，物体的动能和重力势能可以相互转化，总的机械能如何变化？”是高一学生经常遇到的一个问题。这节课按照科学探究的要求，组织高一学生根据力学知识，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。

【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。

【教学方法】

探究、讲授、讨论、学生分组实验、练习。【教学手段】 多媒体教学。【学法指导】

实验探究

【教学设想】

预习导学→学生初步了解本节内容→实验探究→突出重点，突破难点→典型例题分析→巩固知识→达标提升。

【教学用具】

多媒体课件（配套设备）、电火花计时器、重物（质量300g±3g）、纸带、铁架台、烧瓶夹、电源。

【教学过程】 复习与引入

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。这节课我们通过实验来验证一下机械能守恒定律。

一、实验介绍

1．实验目的：验证机械能守恒定律。

2．实验原理：本实验验证极其简单情形下的机械能守恒──自由落体运动。而且，针对的是及其特殊的过程──从释放点到某位置。

思考1：选择重物时，选轻一点的好还是重一点的好？为什么？

答案：我们要求重物作自由落体运动，而阻力是不可避免地存在的，为了减少阻力对实验的影响，应采用密度较大的重物。

思考2：本实验要不要测量物体的质量？

答案：因为mgh=1/2mv2→gh=v2，所以无需测量物体的质量

如果实验要求计算势能和动能的具体数据，那就必须要知道物体的质量。

二、实验器材：

铁架台、打点计时器、学生电源、纸带、复写纸、重物（带铁夹）、毫米刻度尺等。

三、实验步骤：

1．按图安装实验器材，电源接学生电源，并将输出电压调至4~6v交流。接通电源前，用手提升纸带至重锤靠近打点计时器处。2．先接通电源，再松开纸带，让重物自由下落。关闭电源，取下纸带备用。

3．重复步骤2两次，打出3条纸带。

4．取点迹清晰，且第一、二点距离接近2mm的纸带进行测量。先将第一点记为o点，然后在纸带上任取5个连续的点（或间隔点数相同的点）1． 2． 3． 4． 5，如下图所示。5．验证o点到2点过程机械能守恒的方程为：mgh2 =m，其中t为1点到2 点（或2点到3点）之间的时间间隔，如果在误差允许的范围内等式成立，试验就是成功的。同理，可以验证o点到3点过程、o点到4点过程的机械能是否守恒。

6．拆下器材，放回原处。思考3：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？

答案：x =1/2gt =1/2×9.8×0.022m ≈2×10-3m=2 mm，所以，纸带上的头两个点间的距离应接近2mm。

四、数据处理与分析

依据刚才的实验，我们采集整理以下信息：

思考4:可以回避起始点吗（即处理纸带时可以不用到起始点吗）? 2 我们可以选取a、b两点，比较它们的机械能ea和eb。若以点b为0 势能点，则有：eka＋mgδh＝ekb 数据处理：

思考5：如何测量物体的瞬时速度? 答案：vb = vac做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。

探究讨论：速度能不能用 v 或 v = gt 计算？

分析：（1）用

这种方法是根据机械能守恒定律得到的，而我们的目的就是验证机械能守恒定律，所以不能用。

（2）v = gt这种方法认为加速度为g，由于各种摩擦阻力不可避免，所以实际加速度必将小于g，这样将得到机械能增加的结论，有阻力作用机械能应该是减少的，故这种方法也不能用。

图象法处理数据;

五、误差分析

1、偶然误差：测量长度时会带来误差.2、系统误差：实验中重物和纸带下落过程中要克服阻力（主要是打点计时器的阻力）做功，故动能的增加量δek 必定稍小于势能的减少量δep。

六、例题分析

例1：在“验证机械能守恒定律”的一次实验中，质量m=1kg的重物自由下落，在纸带上打出一系列的点，如上图所示(相邻记数点时间间隔为0.02s)，那么：(1)纸带的________(用字母表示)端与重物相连；

(2)打点计时器打下计数点b时，物体的速度vb=___；(3)从起点p到打下计数

点b的过程中物体的重力势能

减少量△ep=________，此过程中物体动能的增加量△ek=________；(g取9.8m／s2)(4)通过计算，数值上△ep________△ek(填“<”“、>”或“=”)，这是因为____________；(5)实验的结论是____________。

例2：在用打点计时器验证物体自由下落过程中机械能守恒的实验里，以下哪些步骤必要？请把它们选出，并将它们的字母代号按操作顺序填在后面横线空白处_______________ a．断开电源，取下纸带进行测量、记录。

b．将纸带固定在重锤上，并把它穿过打点计时器，提升到一定高度

篇三：《实验：验证机械能守恒定律》教案设计

物理实验教学设计（三维五环教学模式）

验证机械能守恒定律

黑龙江双鸭山市田家炳中学

张娇月

实验:验证机械能守恒定律

【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。

3、通过学生的独立思考解决实验中遇到的问题，以及对实验数据的处理。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。培养学生合作探究的精神。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，合作能力，独立思考的能力，发现问题、解决问题的能力。

【教学重点】

1、掌握验证机械能守恒定律的实验原理。

2、引导学生主动思考，培养学生合作探究的能力。

【教学难点】

1、如何设计验证机械能守恒定律的实验

2、实验数据误差分析及如何减小实验误差的方法

【自主学习】

1、机械能守恒定律的内容是。

2、能否设计一个验证机械能守恒定律的实验过程？

3、推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。

4、如何求出a点的瞬时速度va？

5、如何确定重物下落的高度？

6、怎样分析得到的实验数据？

【合作研学】

1、实验的设计思想？实验中需要哪些器材？

2、本实验实验步骤有哪些？

3、实验中有哪些注意事项？

4、哪些环节会对实验数据产生影响？

教学过程：

教师活动：

1、推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。

在图1中，质量为m的物体从o点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点a和b的机械能分别为： ea= 12mv 2a ?mgh a，eb= 12 mv 2b ?mgh b 如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有 ea=eb，即 12mv12 2a ?mgh 2b a= 12 2a mv 2b ?mgh b 上式亦可写成mv? 12 mv?mgh a ?mgh b 该式左边表示物体由a到b过程中动能的增加，右边表示物体由a到b过程中重力势能的减少。等式

说明，物体重力势能的减少等于动能的增加。为了方便，可以直接从开始下落的o点至任意一点（如图1中a点）来进行研究，这时应有： 12mv 2 a ?mgh----本实验要验证的表

达式，式中h是物体从o点下落至a点的高度，va是物体在a点的瞬时速度。

2、如何求出a点的瞬时速度va？ 根据做匀加速运动的物体在某一段时间t内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出a点的瞬时速度va。图2是竖直纸带由下而上实际打点后的情况。从o点开始依次取点1，2，3，„„

图中s1，s2，s3，„„分别为0～ 2点，1～3点，2～4点„„ 各段间的

距离。根据公式? st，t=2×0.02 s（纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都

是0.02s），可求出各段的平均速度。这些平均速度就等于是1，2，3，„„各点相对应的瞬时速度v1，v2，v3，„„.3、如何确定重物下落的高度？

图2中h1，h2，h3，??分别为纸带从o点下落的高度。

根据以上数值可以计算出任意点的重力势能和动能，从而验证机械能守恒定律。

教师引导学生思考下列问题：

1、该实验中选取被打点纸带应注意两点：一是第一点o为计时起点，o点的速度应为零。怎样判别呢？

2、是否需要测量重物的质量？

3、在架设打点计时器时应注意什么？为什么？

4、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？为什么？

5、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？

学生活动：思考老师的问题，讨论、交流。选出代表发表见解。

1、因为打点计时器每隔0.02 s打点一次，在最初的0.02 s内物体下落距离应为0.002 m，所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近两年2 mm 的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点就是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔 t =0.02 s.2、因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量 m，而只需验证vn?ghn就行了。21 2

3、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。

4、必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落。

5、这个同学的看法是正确的。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。

教师活动：听取学生汇报，点评，帮助学生解决困难。进行实验：

教师选择实验构思较好的小组在台上演示实验，由小组成员讲出实验的原理，实验的步骤，以及数据的处理方法。再由其它组的成员共同探讨实验的合理性。

梯练固学

1、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。

2、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。

3、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。

4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。

5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。

6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。

第二篇：7.9实验验证机械能守恒定律教学设计

《实验：验证机械能守恒定律》教学设计

山东省邹平县长山中学 李敏 石涛

【目标要求】

一、知识与技能

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。

二、过程与方法

通过验证机械能守恒定律，体验验证过程与物理学的研究方法。

三、情感、态度与价值观

通过亲自实践，培养学生观察和实践能力，培养学生实事求是的态度和正确的科学观。

【教学重难点】

1．验证机械能守恒定律的实验原理。

2．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。

【教学方法】

学生分组实验。

【教学过程】

一、导入新课

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。这节课我们通过实验来验证一下机械能守恒定律。

二、进行新课

实验目的：通过研究物体自由下落过程中动能与势能的变化，验证机械能守恒定律。

实验原理：用天平测出重物的质量，纸带上某两点的距离等于重物下落的高度，这样就可以得到重物下落过程中势能的变化。重物的速度可以用大家熟悉的方法从纸带测出（即每计数点的瞬时速度），这样就得到它在各点的动能。比较重物在某一过程的初末状态动能变化与势能变化的多少，就能验证机械能是否守恒。

需用的实验仪器：（请在所需仪器右面打√对号）1秒表 5打点计时器 9带铁夹的实心重锤

2纸带 6复写纸片 10带铁夹的空心重锤

3刻度尺 7导线、电键 11交流220v,50Hz电源

4天枰

8带有铁夹的铁架台

12高压交流电源

主要实验步骤及注意事项：次序

1主要步骤

用天平称出重锤的质量。

按课本图所示，把打点计时器安装在注意事项

备注

改进措施

把铁架台降低并固定到桌面上

打点计时器安装时，这一步你有必须使纸带两限位以减小摩擦阻力。

为什么？ 好的改良意

孔在同一竖直线上，见吗？铁架台上，用导线把打点记时器与交流电源连好。

用手握着纸带上端并让纸带保持竖直，让重物静止地靠近打点计时器。接通电源，松开纸带，让重物自由落下，纸带上打下一系列小点，断开电源。

换个同学，重复以上2-4步几次，得3—5条纸带。

在打好点的纸带中挑选点迹清晰的一条纸带，在起始点标上0，以后各

先接通电源，后松纸带

挑选打点清晰，且纸带上最前端两点间距接近2mm左右的纸带

请填写下面数据表格。如果起点不清晰该怎么办？

请填写下面数据表格依次标上1、2、3„„用刻度尺测出对应高度h1、h2、h3„„

7应用公式计算各点

对应的速度v11、v2、v3„„

计算各点相对于起点O的势能减少8

填写表格。两数据相等吗？如不相等分析原因。

量mghn和动能的增加量

行比较。

进

9处理数据得出结论

数据表格：（T=s，m=kg，同一纸带以O点为起点）计数点 1 2 3

4Δh m

初态Vo末态Vn势能减少量 m/s

m/s

ΔEP（J）

动能增加量 ΔEK（J）

对比 ΔEP与ΔEK

产生误差原因分析：（思考出几条，请写出几条）1 2

3误差原因

为减小误差操作时应注意方面

结论：

结论的评估：

经典分析：

例：（山东省2008年夏季学业水平考试第16题）在“验证机械能守恒定律”的实验中，造成实验误差的原因主要有：

（1）

（2）

【巩固提高】

1．在用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中：

①若用公式计算即时速度进行验证，打点记时器所接交流电的频率为50HZ，甲、乙两条实验纸带（如图所示），应选_____纸带好，②验证机械能守恒定律的实验所用的打点记时器的线圈应接的电源是（）

A．交流220VB．直流220VC．交流6VD．直流6V

2．某同学为验证机械能守恒定律编排了如下实验步骤：

A．用天平称出重物的质量；

B．把纸带固定到重物上，并把纸带穿过打点计时器，提升到一定高度；

C．拆掉导线，整理仪器；

D．断开电源，调整纸带，重做两次；

E．用秒表测出重物下落的时间；

F．用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离，记录数据，并计算出结果，得出结论；

G．把打点计时器接到低压交流电源上；

H．接通电源，释放纸带；

I．把打点计时器接到低压直流电源上；

J．把打点计时器固定到桌边的铁架台上。

上述实验步骤中错误的是，可有可无的是，其余正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是。（均只需填步骤的代号）

3．在验证机械能守恒定律时，如果以为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图象应是什么形状才能验证机械能守恒定律，图线的斜率表示什么？

参考答案：

1．①甲②A

2．上述实验步骤中错误的是E和I，因为实验中不需要测定时间，打点计时器应使用低压交流电源。可有可无的实验步骤是A。正确且必要的步骤按实验操作顺序排列是：J、G、B、H、D、C、F。

3．实验数据绘出图象应是通过原点的一条倾斜直线。由图线的斜率表示重力加速度g。

第三篇：9. 实验：验证机械能守恒定律 教学设计 教案

教学准备

1.教学目标

1、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）要明确织带选取及测量瞬时速度简单而准确的方法。

2、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。

3、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；

（4）通过经历实验过程，体验科学实验过程的艰辛与喜悦，并乐于探索自然界的奥妙。

2.教学重点/难点

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。

3.教学用具 多媒体、板书

4.标签

教学过程

一、实验目的

1．会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度． 2．掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法．

二、实验原理

让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒，有两种方案验证物体的机械能守恒：

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v1、v2，若成立，则物体的机械能守恒．

三、实验器材

铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源．

四、实验步骤

1．如图甲所示，把打点计时器固定在铁架台上，用导线把打点计时器与学生电源连接好．

关系式

2．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，用手竖直提起纸带使重物停靠在打点计时器附近．

3．接通电源，释放纸带，让重物自由下落． 4．重复步骤2、3，得到3～5条打好点的纸带．

5．在打好点的纸带中挑选一条点迹清晰的纸带，在起始点标上0，以后各点依次标上1、2、3、…，如图乙所示，用刻度尺测出对应的下落高度h1、h2、h3、….五、数据处理 1．利用公式2．要验证的是

计算出点

1、点

2、点3……的瞬时速度v1、v2、v3、….只需验证因此不需要测量重物的质量m.3．验证：通过计算，在误差允许的范围之内

六、误差分析

1．本实验的误差主要是由于纸带测量产生的偶然误差和重物和纸带运动中空气阻力和打点计时器摩擦阻力引起的系统误差，使动能的增加量稍小于势能的减少量．

2．测量时采取多次测量求平均值来减小偶然误差，安装打点计时器使两限位孔中线竖直，并且选择质量适当大些，体积尽量小些的重物来减小系统误差．

3．打点计时器周期变化带来误差．

七、注意事项

是否相等或

八、实验探究

探究实验

一、实验原理与操作

例：在验证机械能守恒定律的实验中，有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点较近处选择连续几个计数点(或计时点)，并计算出各点的速度值．

E．测出各点到O点的距离，即得到重锤下落的高度． F．计算出

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)；更正情况是①________，②________，③________，④________.【答案】 因本实验是通过比较重力势能的减少量ΔEp是否等于动能的增加量ΔEk来验证机械能守恒的，不需要知道动能的具体数值，因而不需要测出重物(含重锤和夹子)的质量，故步骤A是多余的．

有错误或不妥的步骤是B、C、D、F.原因和更正办法分别是： B中“让手尽量靠近”应改为“让重锤尽量靠近打点计时器”，C中应先接通电源，后松开纸带.D中应将“距离O点较近处”改为“距离O点较远处”，F中应改为增加量

1因本实验中是通过比较重锤的重力势能减少量mghn和动能的大小来达到验证的目的，对于同一个研究对象(重锤)来说，质量是一定的，就能达到目的． 故只需比较ghn和探究实验

二、实验数据的处理及误差分析

例：某同学用图甲所示的实验装置验证机械能守恒定律．已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，当地重力加速度大小为g＝9.80 m/s2.实验中该同学得到的一条点迹清晰的完整纸带如图乙所示，纸带上的第一个点记为O，另选连续的三个点A、B、C进行测量，图中给出了这三个点到O点的距离hA、hB和hC的值．回答下列问题(计算结果保留3位有效数字)：

(1)打点计时器打B点时，重物速度的大小vB＝______m/s；

(2)通过分析该同学测量的实验数据，他的实验结果是否验证了机械能守恒定律？简要说明分析的依据．

【答案】(1)3.90(2)见标准解答 探究实验

三、创新设计实验

例：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Ek1＝________和Ek2＝______.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ΔEp减＝________(重力加速度为g)．

（3）如果ΔEp减＝______，则可认为验证了机械能守恒定律． 【答案】(1)③60.00(59.96～60.04)

课堂小结

1、实验原理：让物体自由下落，忽略阻力情况下物体的机械能守恒

2.实验器材：铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器、重锤(带纸带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源．

3.实验步骤 4.数据处理 5.误差分析

6、注意事项 7.探究实验

板书

1、实验原理： 2.实验器材： 3.实验步骤 4.数据处理 5.误差分析

6、注意事项

第四篇：实验报告：验证机械能守恒定律

实验报告：验证机械能守恒定律

高一()班姓名实验时间

一、实验原理

1．机械能守恒定律

(1)当只有重力做功时，物体的但机械能的持不变．

(2)做自由落体运动的物体，只受重力作用，其机械能是守恒的．

2．实验原理

(1)如右图所示，借助打点计时器打出的纸带，测出物体自由下落的高度h和该时刻的速度

v，以纸带上的第n个点为例，如下图中的纸带，打第n个计数点时的瞬时速度等于以该时刻为中间时刻的某一段时间内的平均速度．即vn＝

(2)物体下落的高度为h时速度为v，则物体的重力势能

11减小量为mgh，动能增加量为mv2，如果mghv2，2

21即＝v2，就验证了机械能守恒定律． 2

二、实验器材

铁架台,，重物(带纸带夹子)，纸带，复写纸，导线，．

三、注意事项

1．安装打点计时器时，必须使两个限位孔的中线严格，以减小摩擦阻力．

2．应选用质量和密度较可使空气阻力减小．

3．实验时，应先接通，让打点计时器工作正常后再松开纸带让重物下落．

4．本实验中的两种验证方法中，均不需要测

5．速度不能用v＝或v＝计算，而应用vn＝进行测量并计算． ．．．

四、探究步骤,数据记录及处理

1．安装置：将打点计时器固定在铁架台上；用导线将打点计时器与

2．接电源，打纸带：把纸带的一端在重物上用夹子固定好，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手提着纸带使重物停靠在打点计时器附近，接通电源，待打点稳定后松开纸带，让重物自由下落．重复几次，打下3～5条纸带．

3．选纸带：选取0,1,2,3….hn＋1－hn－14．数据处理：测出0到点

1、点

2、点3„的距离，即为对应的下落高度h1、h2、h3„；利用公式vn＝，2T

六、实验作业

1．在做“验证机械能守恒定律”的实验时，发现重锤减少的重力势能总是大于重锤增加的动能，造成这种现象的原因是()

A．选用重锤的质量过大B．空气对重锤的阻力和打点计时器对纸带的阻力

C．选用重锤的质量过小D．实验时操作不仔细，实验数据测量不准确

2.(2011年广州高一检测)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7－9－4中，单位是cm.已知打点计时器工作频率为50 Hz，重力加速度g取9.8 m/s2.(1)重物在2点的速度v2＝________，在5点的速度v5＝________，此过程中动能增加量ΔEk＝________，重力势能减少量ΔEp＝________.(2)比较得ΔEk________ΔEp(填“大于”“等于”“小于”)，原因是__________________．由

以上可得出实验结论____________________．

3．某研究性学习小组在做“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＝9.80m/s2．测得所用重物的质量为1.00kg．实验中得到一条点迹清晰的纸带，把第一个点记作O，每两个计数点之间有四点未画出，另选连续的3个计数点A、B、C作为测量的点，如图所示．经测量知道A、B、C各点到O点的距离分别为50.50cm、86.00cm、130.50cm．根据以上数据，计算出打B点时重物的瞬时速度vB＝_____m/s；重物由O点运动到B点，重力势能减少了_______J，动能增加了_______J（保留3位有效数字）． 根据所测量的数据，还可以求出物体实际下落的加速度为_______ m/s2，则物体在下落的过程中所受到的阻力为_______N．

4.(2010年高考课标全国卷)如左图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、天平．回答

下列问题：

(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．0～12 V的直流电源D．0～12

V的交流电源

(2)实验中误差产生的原因有(写出两个原因)

第五篇：实验验证机械能守恒定律

实验验证机械能守恒定律

1．(9分)在“验证机械能守恒定律”的实验中，下列物理量中需要用工具测量的有()；通过计算得到的有()

A．重锤的质量 B．重力加速度

C．重锤下落的高度

D．与重锤下落高度对应的重锤瞬时速度

sn＋sn＋

1【解析】 重锤下落的高度从纸带上用毫米刻度尺测量．某点速度由公式vn＝或

2T

hn＋1－hn－1vn＝

2T

【答案】 C D

2．(9分)在验证机械能守恒定律的实验中有关重锤质量，下列说法中正确的是()A．应选用密度和质量较大的重锤，使重锤和纸带所受的重力远大于它们所受的阻力 B．应选用质量较小的重锤，使重锤的惯性小一些，下落时更接近于自由落体运动 C．不需要称量锤的质量

D．必须称量重锤的质量，而且要估读到0.01g 【解析】 本实验依据的原理是重锤自由下落验证机械能守恒定律，因此重锤的密度和质量应取得大一些，以便系统所受的阻力和重锤的重力相比可以忽略不计，以保证重锤做自

2由落体运动．本实验不需要测出重锤的质量，实验只需要验证gh＝就行了．

2【答案】 AC 3．(11分)(2009·深圳调研)某同学利用透明直尺和光电计时器来验证机械能守恒定律，实验的简易示意图如图所示，当有不透光物体从光电门间通过时，光电计时器就可以显示物体的挡光时间．所用的XDS—007光电门传感器可测的最短时间为0.01ms.将挡光效果好、宽度为d＝3.8×10－3m的黑色磁带贴在透明直尺上，从一定高度由静止释放，并使其竖直通过光电门．某同学测得各段黑色磁带通过光电门的时间Δti与图中所示的高度差Δhi并对部

2分数据进行处理，结果如下表所示．(取g＝9.8m/s，注：表格中M为直尺质量)

(1)从表格中数据可知，直尺上磁带通过光电门的瞬时速度是利用vi简要分析该同学这样做的理由是________．

(2)请将表格中数据填写完整．

(3)通过实验得出的结论是________________．

(4)根据该实验请你判断下列ΔEk—Δh图象中正确的是dti()

【解析】(1)因瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度．(4)因为ΔEp＝mg·Δh，ΔEp＝ΔEk，所以ΔEk＝mg·Δh，所以正确答案为C.【答案】(1)瞬时速度等于极短时间或极短位移内的平均速度(2)4.22 3.97M或4.00M 4.01M或4.02M(3)在误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量

(4)C

4．(11分)在利用电磁打点计时器(电磁打点计时器所用电源频

率为50Hz)“验证机械能守恒定律”的实验中：

(1)某同学用如图所示装置进行实验，得到如图所示的纸带，把第一个点(初速度为零)记作O点，测出点O、A间的距离为

68.97cm，点A、C间的距离为15.24cm，点C、E间的距离为

216.76cm，已知当地重力加速度为9.8m/s，重锤的质量为m＝

1.0kg，则打点计时器在打O点到C点的这段时间内，重锤动能的增加量为________J，重力势能的减少量为

________J.(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a＝________m/s2.(3)在实验中发现，重锤减少的重力势能总大于重锤增加的动能，其原因主要是因为在重锤带着纸带下落的过程中存在着阻力的作用，用题目中给出的已知量求重锤下落过程中受到的平均阻力大小为________N.【解析】 本题主要考查“验证机械能守恒定律”这个实验的基本原理和应用，并且综合了牛顿第二定律．

32.00×10－

2(1)C点速度vC＝m/s＝4.00m/s 4T4×0.02

该过程动能的增加量

112ΔEkmv2C＝1.0×(4.00)J＝8.00J 22

该过程重力势能的减少量为ΔEp＝mg·OC

＝1.0×9.8×(68.97＋15.24)×10－2J＝8.25J.(2)加速度a＝(2T)(16.76－15.24)×10－2

2＝＝9.50m/s2.(2×0.02)(3)由牛顿第二定律得mg－Ff＝ma

即Ff＝mg－ma＝0.30N.【答案】(1)8.00 8.25(2)9.50(3)0.30

5．(11分)利于如图所示的装置验证机械能守恒定律．图中AB是固定的光滑斜面，斜AECE－AC

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，当光电门中有物体通过时与它们连线的光电计时器(都没有画出)能够显示挡光时间．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5.00×10－2s、2.00×10－2s.已知滑块质量为2.00kg，滑块沿斜面方向的长度为5.00cm，光电门1和2之间的距离为0.54m，g取

9.80m/s2，取滑块经过光电门时的速度为其平均速度．

(1)滑块通过光电门1时的速度v1＝________m/s，通过光电门2时的速度v2＝

________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.(3)由以上数据，得出的结论是____________________．

L0.05【解析】(1)光电门记录的瞬时速度取经过光电门时的平均速度v1＝m/s＝t10.0

51.00m/s

L0.05v2＝＝m/s＝2.50m/s.t20.02122(2)ΔEkm(v2－v1)＝5.25J

2ΔEp＝mgs12sin30°＝2×9.8×0.54×0.5J＝5.29J.(3)在实验误差允许的范围内，ΔEk＝ΔEp，所以小车沿斜面下滑过程中机械能守恒．

【答案】(1)1.00 2.50(2)5.25 5.29(3)在实验误差允许的范围内，ΔEk＝ΔEp，所以小车沿斜面下滑过程中机械能守恒

6．(11分)如图甲所示，用包有白纸的质量为1.00kg的圆柱棒替代纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在电动机上并随之匀速转动，使之替代打点计时器．当烧断悬挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由下落，毛笔就在圆柱棒面的纸上画出记号，如图乙所示，设毛笔接触棒时不影响棒的运动．测得记号之间的距离依次为26.0mm、50.0mm、74.0mm、98.0mm、122.0mm、146.0mm，已知电动机铭牌上标有“1200r/min”字样，由此验证机械能守恒定律，根据以上内容，可得

(1)毛笔画相邻两条线的时间间隔T＝________s.(2)根据乙图所给的数据，可知毛笔画下记号3时，圆柱棒下落的速度v3＝________m/s；画下记号6时，圆柱棒下落的速度v6＝________m/s；记号3、6之间棒的动能的变化量为________J．重力势能的变化量为________J，由此可得出的结论是______________________．(g取9.80m/s2，结果保留三位有效数字)

60【解析】(1)T＝0.05s.1200

(50.0＋74.0)(2)v3×10－3m/s＝1.24m/s 2T

(122.0＋146.0)v6＝10－3m/s＝2.68m/s 2T

112ΔEkmv26－v3＝2.82J 2

2ΔEp＝mg(122.0＋98.0＋74.0)×10－3＝2.88J

在误差允许的范围内，机械能守恒．

【答案】(1)0.05s(2)1.24 2.68 2.82 2.88 在误差允许的范围内，机械能守恒

7．(11分)如图所示，是用自由落体法验证机械能守恒定律时得到的一条纸带，我们选中N点来验证机械能守恒定律，下面举出一些计算N点速度的方法，其中正确的是（）

sn＋sn＋1①N点是第n个点，则vn＝gnT ②N点是第n个点，则vn＝g(n－1)T ③vn＝2T

dn＋1－dn－1④vn＝2T

A．①③B．①②③C．③④D．①③④

【解析】 由于本实验需要的是物体在某一时刻的真实速度，故应使用纸带上的数据求解，利用做匀变速运动的物体在一段时间内的平均速率等于这段时间的中间时刻的瞬时速度这一规律求解．

【答案】 C

8．(13分)(2009·荆州调研)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，输出电压为6V的交流电和直流电两

种．重锤从高处由静止开始落下，重锤上拖着的纸带通过打点计时器打

出一系列的点，对纸带上的点痕迹进行测量，即可验证机械能守恒定律．

(1)下面列举了该实验的几个操作步骤：()

A．按照图示的的装置安装器件；

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，将其选项对应的字母填在下面的横线上，并说明理由．

________________________________________________________________________.(2)利用这个装置也可以测量重锤下落的加速度a的数值，如图所示．根据打出的纸带，选取纸带上打出的连续五个点A、B、C、D、E，测出A点距起始点O的距离为s0，点A、C间的距离为s1，点C、E间的距离为s2，使用交流的频率为f，则根据这些条件计算重锤下落的加速度a的表达式为：a＝

________.(3)在验证机械能守恒定律的实验中发现，重锤减小的重力势能总是大于重锤增加的动

能，其原因主要是因为在重锤下落过程中存在着阻力的作用，可以通过该实验装置测定该阻力的大小．若已知当地重力加速度公认的较准确的值为g，还需要测量的物理量是______．

(4)试用这些物理量和纸带上的测量数据表示出重锤在下落过程中受到的平均阻力大小为F＝________.【解析】(1)步骤B是错误的，应接到交流电源的输出端；步骤D是错误的，应先接通电源，待打点稳定后再释放纸带；步骤C不必要，因为根据测量原理，重锤的动能和势能中都包含m，可以约去．

(s2－s1)f2224a(2)因为s2－s1＝a)a＝ff

4(3)重锤质量m.由牛顿第二定律mg－F＝ma，所以阻力

(s2－s1)f2F＝m[g． 4

(s2－s1)f(s2－s1)f【答案】(1)见解析(2)(3)重锤质量m(4)m[g44

9．(14分)如图所示的装置可用来验证机械能守恒定律．摆锤

A拴在长L的轻绳一端，另一端固定在O点，在A上放 一个小

铁片，现将摆锤拉起，使绳偏离竖直方向成θ角时静止开始释放

摆锤，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，实验中还应该测得的物理量是

______________________．

(2)根据测得的物理量表示摆锤在最低点的速度v＝________.(3)根据已知的和测量的物理量，写出摆锤在运动中机械能守恒的关系式为________．

【解析】(1)铁片离开摆锤后做平抛运动，故要想求出摆锤在最低点的速度，需根据平抛运动的规律：

1s＝v0t ①，h＝gt2 ②，因此需测h、s.2g(2)由(1)中①、②联立求得：v＝.2h

(3)摆锤在下摆过程中只有重力做功，由机械能守恒得：

1mgL(1－cosθ)＝v2，2

2gs把v＝s代入上式得：L(1－cosθ)2h4h

【答案】(1)摆锤A最低点离地面的竖直高度h和铁片做平抛运动的水平位移s

2gs(2)s(3)L(1－cosθ)2h4h22