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1、《空气的存在》教案
一、教学目标
（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， 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、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
2、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
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、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。
二、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。
三、教学难点
实验误差分析的方法。
四、课时安排
1 课时
五、教学准备
多媒体课件、打点计时器、纸带。
六、教学过程
3、
新课导入：
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？
新课讲解：
一、实验思路
这节课我们通过设计实验，通过探究自由落体过程中能量的变化来验证机械能守恒定 律。
指导学生阅读课本内容，找出利用自由落体运动验证机械能守恒定律的方法 ，培养学生
的阅读、总结表达能力。
方法总结：在只有重力做功的自由落体运动中， 物体的重力势能和动能相互转化， 总的机械
能守恒，验证机械能守恒定律只需验证减少的重力势能等于增加的动能即可。
问题探究：让学生分组讨论、交流， 要完成本实
4、验，应该测量的量有哪些，如何测量，并提出
解决方案。
明确：测量物体自由下落过程中减少的势能。
方法：测量物体的质量 m下降的高度 Ah,利用重力势能的公式计算 Ab=mgA h;
测量自由落体下降 A h时的速度v,利用动能的公式计算 A Ek=mv/2,利用打点计时器处 理纸带的方法来求解速度。
方法补充：如何利用纸带求解瞬时速度 ？
指导学生根据匀变速直线运动的运动学规律，推导瞬时速度的求解方法。
学生通过阅读教材，总结推导过程，教师通过大屏幕投影学生的推导过程：
如图所示，由于纸带做匀加速运动，故有 A C之间的平均速度：vAC = vA VC 。
2
根据速度公式
5、有： VB=VA+a A t , Vc=VB+a A t,
故有： VB-V A=VC-V B,
\/. +
即Vb=
2
从而：VB= VAC。
总结：匀变速直线运动中，某点的瞬时速度等于以该点为时间中点的两点间的平均速度。
解决方案：利用电火花计时器打出纸带，通过处理纸带，既可以求出物体下降的高度，
还可以求出某一瞬时的速度，因此电火花计时器是重要的实验仪器。
原理探究：通过实验，求自由落体的重力势能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。而且，因为不需要知道物体在某点动能
1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 2
6、
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1V2=ghn就行了，如果要具体
计算出重力势能或动能的数值就需要天平。
总结：指导学生根据实验原理，写出本实验用到的实验器材 ：
电火花计时器（或电磁打点计时器）；
重物（质量300 g3 g）及纸带；
铁架台、夹子、烧瓶夹；
电源。
问题预测：在本实验操作的具体过程中会遇到哪些问题？通过该问题的设置，学生对实
验中可能遇到的问题进行预测，并提出相应的解决方法。
1、重物下落的过程中除受重力外， 还受到哪些阻力？怎样减小这些阻力对实验的影响 ’
2、重物下落时最好选择哪两个位置作为过程的开始和终结的位置 ？
3、
7、本实验中用的重锤，质量大一些好还是小一些好？为什么？
4、质量是否为本实验必须测量的量 ？
参考答案：
1、重物下落的过程中，除受重力外，还要受空气阻力和打点计时器给纸带的摩擦力。
安装打点计时器时注意保持竖直，重物要选择质量大一些的。
2、为减小测量高度 h值的相对误差，选取的各计数点要离起始点远一些。要从起始点
开始测量出 hi、h2,再求出 Ah=h2-hi。
3、锤应该选择质量大一些，体积小一些的，可以有效地减小空气阻力的影响。
4、质量并非必须测量的量，在需要计算具体的能量数值时，需要天平。
二、进行实验
步骤整理：教师指导学生根据实验原理、各种器材的注意事项，总
8、结归纳实验步骤：
如图所示，将纸带固定在重物上， 让纸带穿过打点计时器； 打点计时器的两根导线接在
6伏交流电源上。
豁莓-纸带
“市物
T
II
用手提着纸带，让重物靠近打点计时器静止， 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。
重复几次，从几条打下点的纸带中挑选第一、 二点间距离接近2mm且点迹清楚的纸带进
行测量，测出一系列计数点,各点到第一个点的距离 di、d2, d3,……，d n-1,d n,d n+1,……据公式 Vn=dn书—dnJL ,计算物体在打下点1、2……时的即时速度 VI、V2……计算相应的动能的增 2T
加值，填入事先设计
9、好的表格。
教师点拨：选第1、2点间距约2 mm勺纸带意味着纸带是在打第一个点的瞬时开始运动
的，根据 h=gT2/2=9。8X0。022/2 m=1。961 0-3 2 mm
在起始点标上0,用刻度尺测量纸带从点 。到点1、2……之间的距离h1、h2……计算出 相应减少的重力势能，填入事先设计好的表格。
处理数据，得出结论。
参考数据：
各计数点
4
5
6
7
8
9
10
t(s)
0.08
0.10
0.12
0.14
0.16
0.18
0.20
hx(10 -2 m)
2.92
4.62
6.70
9.18
12.03
15.
10、28
18.92
v= A h/ A t(m/s)
0.945
1.14
1.33
1.53
1.72
— 2 —
A E<=mv/2
0.134
0.195
0.265
0.351
0.444
A Ep=mgh
0.136
0.197
0.270
0.354
0.450
实验结论：在误差允许的范围内，物体减少的重力势能等于增加的动能，机械能守恒。
学生分组实验，并处理数据，教师利用实物投影仪展示几组数据，并进行点评。
师生根据实际实验中的体会，总结实验注意事项：
1、打点计时器安装时，必须使两限位孔在同一竖直线上，以
11、减小摩擦阻力。
2、实验时，需保持提纸带的手不动，待接通电源，让打点计时器工作正常后再松开纸
带让重锤下落，以保证第一个点是一个清晰的点。
3、选用纸带时应尽量挑选第一、二点间接运 2 mm的纸带。
4、打点计时器必须接 50 Hz交流低压电源。
5、测量下落高度时，必须从起始点算起，不能搞错，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远一些，纸带也不易过长，有效长度可在 60 cm— 80 cm之内。
6、实验中，只要验证 gh是否等于lv2即可，也可不用测重锤的质量。
2
误差分析：教师指导学生观察表格中的数据， 减少的重力势能并不是严格地等于增加的
动能，而是稍大于增加的动能，让学生思考其中的原因，并总结归纳。
原因：重物和纸带下落过程中要克服阻力， 包括空气阻力、纸带与限孔位及纸带与计时
器之间的摩擦力。由于摩擦力的存在， 减少的重力势能并没有全部转化为动能， 有一部分转
化为内能。计时器平面不在竖直方向， 纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原因。 电
磁打点计时器的阻力大于电火花计时器。 交流电的频率f不是50 Hz也带来误差。f<50 Hz,
使动能EkvEp的误差进一步加大，f>50 Hz则可能出现 R>&的结果。因此为了实验的精 确性，应该严格按照实验步骤进行。
《实验：验证机械能守恒定律》教案1
