2020年高中物理教学设计(新人教必修二)7.9《实验：验证机械能守恒定律》3.docx

第9节试验：验证机械能守恒定律新课教学 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。师：在做试验之前，我们首先要明确这样几个问题，首先这个试验需要什么器材?生：最简洁想到的器材是重物、电磁打点计时器以及纸带复写纸片低压电源及两根导线，铁架台和铁夹，刻度尺，小夹子 师：打点计时器的作用是什么? 生：记录在纸带上打的点，用这些点来求出物体在经过某一点的速度师：低压沟通电源是不是必需的?生：低压沟通电源并不是必需的，假如接受的是电火花计时器时，它所需要的电压是沟通220V，所以不需要低压电源师：重物选取的原则是什么?为什么?生：密度比较大，质量相对比较大，可以减小由于空气阻力带来的误差师：试验中还有哪些应当留意的地方?生：计时器要稳定在铁架台上，计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，铁架台放在桌边，计时器距地面的距离大约是1 m师：这样做的目的是什么?生：计时器平面与纸带限位孔在竖直方向上的目的是减小摩擦以减小试验误差的产生，铁架台放在桌边有利于重物下落到地面上，计时器距地面的距离较大的目的是能够有充分的时间使重物下落，以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算师：试验中的误差主要来源于哪里?生：重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸带和计时器之间的摩擦力，计时器平面不在竖直方向上；纸带与计时器不平行：沟通电的频率不等于50 Hz测量数据时的误差等等师：过程开头和终结位置是怎样选择的?生：试验用的纸带一般小于1 m，从起始点开头大约能打出20个左右的计数点，终结位置的点可以选择倒数第一个点或者倒数其次个点，从这一个点向前数46个点当开头的点师：这样选取的目的是什么?生：这样选取的目的是可以减小这两个点瞬时速度和两点之间的距离(高度h)测量的误差师：在数据处理时，是不是必需从打的第一个点开头呢?生：课文中有这样的句子“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”在第四节我们已经学习了重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为参考点，势能的大小不必从起始点开头计算师：在试验中是不是要先进行测量重物的质量呢?图201234s1s2s3h1h2h3h4生：不需要测量重物的质量，由于这个物理量在式子两边可以约掉师：试验中重物经过某一点的速度是怎样得到的呢?(投影呈现同学的推导过程，这个结论格外重要，肯定要让同学能够自己推导)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。4、描绘图像师：可以结合v-t图象了解瞬时速度和时间中点的平均速度相等的物理意义师：在处理纸带时，是不是要像我们以前做的那样，每隔五个点取一个计数点，也就是说每0.1 s为一个时间间隔呢?生：假如时间间隔是0.1s，由于自由落体加速度较大，很简洁消灭纸带上点数不够用的状况，所以时间间隔不能太长师：下面我们预备进行试验，在进行试验之前还应当做几件事情!首先是确定试验的步骤，大家分组争辩一下，然后得出一个比较合理的试验步骤 (同学争辩试验的步骤，老师巡回指导，挂念力量较差的同学完成试验步骤)(参考试验步骤) 1把打点计时器安装在铁架台上，用导线将同学电源和打点计时器接好 2把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器四周 3接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应当在纸带上打出一系列的点 4重复上一步的过程，打三到五条纸带 5选择一条点迹清楚且第l、2点间距离接近2 mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3用刻度尺测量对应下落的高度h1h2h3，记人表格中 6用公式vn=hn+1+hn-1/2t，计算出各点的瞬时速度v1v2v3并记录在表格中 各计数点 l 2 3 4 5 6 下落高度 速度 势能 动能 结论7计算各点的重力势能的削减量mgh。和动能的增加量1/2mvn2，并进行比较看是否相等，将数值填人表格内 师：在其中的几步中，提到了要把数据填人表格，那么我们应当设计一个什么样的表格来适应于试验呢?(同学思考表格的设计方法，独立完成表格的设计)(参考表格)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。课余作业1、完成试验报告。2、完成如下思考题：（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。学 生 活 动作 业（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。板 书 设 计7.9 试验：验证机械能守恒定律 一、试验方法 验证用自由落体运动中机械能守恒 二、要留意的问题 试验的误差来源 三、速度的测量 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教学后记教学体会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量的关键，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。