2020年高中物理教学设计人教版必修2--7.9-实验：验证机械能守恒定律.docx

§7.9试验:验证机械能守恒定律
【教学目标】
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。
【教学重点】
把握验证机械能守恒定律的试验原理。
【教学难点】
验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小试验误差的方法。
【教学课时】
1课时
【自主学习】
⒈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
⒉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。
⒊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。
⒋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。
⒌在验证机械能守恒定律时，假如以v2／2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。
【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
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。
图2
0
1
2
3
4
s1
s2
s3
h1
h2
h3
h4
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0～2点，1～3点，2～4点…… 各段间的距离。
依据公式，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，…….例如：
量出0～2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。
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。
【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v2／2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。
①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。

②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。
③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）①1.175，0.69，0.69 ②0.69， ③机械能守恒。
【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。