高中物理人教版必修二第七章 实验：验证机械能守恒定律1教案

优选 - 1 - / 6 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？ 优选 - 2 - / 6 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= AA mghmv 2 2 1 ， EB= BB mghmv 2 2 1 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 AA mghmv 2 2 1 = BB mghmv 2 2 1 上式亦可写成 BAAB mghmghmvmv  22 2 1 2 1 优选 - 3 - / 6 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： mghmv A 2 2 1 ----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 t sv  ，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。 图 2 0 1 2 3 4 s1 s2 s3 h1 h2 h3 h4 优选 - 4 - / 6 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 nn ghv 2 2 1 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： 优选 - 5 - / 6 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。 优选 - 6 - / 6 7 某次“验证机械能守恒定律”的实验中，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从开始下落算起，打点计时器打 B 点时，重锤的重力势能减小量为 J。 ③根据纸带提供的数据，在误差允许的 X 围内，重锤从静止开始到打出 B 点的过程中， 得到的结论是 。 【课堂小结】 思维方法是解决问题的关键，是物理教学的根本；亲自实践参与知识的发现过程，自主 思考问题是培养学生能力的关键，离开了思维方法和实践活动，物理教学就成了死记硬背的 书本知识。学生素质的培养就成了一句空话。在本堂课的教学中教师不应讲解过多，应引导 学生独立完成实验。培养学生自己解决问题的能力。