【人教版】高中物理实验教学资源-实验验证机械能守恒定律教案.docx

7.9 试验:验证机械能守恒定律一、教学目标（一）学问与技能1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。2、把握验证机械能守恒定律的试验原理。（二）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争辩方法。（三）情感、态度与价值观通过试验验证，体会学习的欢快，激发学习的爱好；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。培育同学的观看和实践力气，培育同学实事求是的科学态度。二、教学重点把握验证机械能守恒定律的试验原理。三、教学难点验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小试验误差的方法。四、教学过程1、【自主学习】为进行验证机械能守恒定律的试验，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 。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。在打出的各纸带中选择出一条点迹 ，且第1、2两打点间距离接近 的纸带。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。在验证机械能守恒定律时，假如以v22为纵轴，以h为横轴，依据试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。2、【探究学习】课前预备老师活动：课前布置同学预习本节试验。下发预习提纲，重点复习下面的三个问题：1、推导出机械能守恒定律在本试验中的具体表达式。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=， EB=假如忽视空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有EA=EB，即=上式亦可写成图201234s1s2s3h1h2h3h4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过程中重力势能的削减。等式说明，物体重力势能的削减等于动能的增加。为了便利，可以直接从开头下落的O点至任意一点（如图1中A点）来进行争辩，这时应有：-本试验要验证的表达式，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？依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状况。从O点开头依次取点1，2，3，图中s1，s2，s3，分别为02点，13点，24点 各段间的距离。依据公式，t=20.02 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，.例如：量出02点间距离s1，则在这段时间里的平均速度，这就是点1处的瞬时速度v1。依次类推可求出点2，3，处的瞬时速度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。依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。同学活动：同学看书明确试验的各项任务及试验仪器。复习用打点计时器测速度的试验，把握用打点计时器测量匀变速直线运动速度的方法。3、进行新课老师活动：在同学开头做试验之前，老师应强调如下几个问题：1、该试验中选取被打点纸带应留意两点：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留意什么？为什么？4、试验时，接通电源和释放纸带的挨次怎样？为什么？5、测量下落高度时，某同学认为都必需从起始点算起，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？同学活动：思考老师的问题，争辩、沟通。选出代表发表见解。1、由于打点计时器每隔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、由于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，而只需验证就行了。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，以尽量削减重物带着纸带下落时所受到的阻力作用。4、必需先接通电源，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。老师活动：听取同学汇报，点评，挂念同学解决困难。同学活动：同学进行分组试验。4、课堂训练（1）为进行“验证机械能守恒定律”的试验，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）在验证机械能守恒定律时，假如以v22为纵轴，以h为横轴，依据试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。（3）在做“验证机械能守恒定律”的试验时，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。依据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此试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，为减小试验误差，应选择打下第_号和第_号计数点之间的过程为争辩对象。（4）某次“验证机械能守恒定律”的试验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图4所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重锤质量为1kg。打点计时器打出B点时，重锤下落的速度vB= m/s，重锤的动能EkB= J。从开头下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为 J。依据纸带供应的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开头到打出B点的过程中，得到的结论是 。 参考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压沟通电源、重锤、刻度尺。（2）通过原点的直线、g. （3）（s6+ s5+ s4- s3- s2 s1）/9T 2，（s5+ s6）/2T，1、5. （4）1.175，0.69，0.69 0.69， 机械能守恒。5、课堂小结思维方法是解决问题的灵魂，是物理教学的根本；亲自实践参与学问的发觉过程是培育同学力气的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了无源之水、无本之木。同学素养的培育就成了镜中花，水中月。五、教学后记