優(yōu)品課件之5.9實驗：驗證機械能守恒定律

1、優(yōu)品課件 5.9實驗：驗證機械能守恒定律（新課標） 高中物理課堂教學教案 年 月 日課題 5.9實驗：驗證機械能守 恒定律課型新授課（2課時）教學目標知識與技能1 .會用 打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度.2.掌握驗證機械能守 恒定律的實驗原理.過程與方法 通過用紙帶與打點計時器來驗證機 械能守恒定律，體驗驗證過程和物理學的研究方法.情感、態(tài)度與 價值觀 通過實驗驗證，體會學習的快樂，激發(fā)學習的興趣；通過親 身實踐，樹立“實踐是檢驗真理的唯一標準”的科學觀. 培養(yǎng)學生的 觀察和實踐能力，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度. 教學重點、難點 教 學重點掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理.教學難點驗證

2、機械 能守恒定律的誤差分析及如何減小實驗誤差的方法.教學方法 探究、講授、討論、練習 教 學手段 教具準備 重物、電磁打點計 時器以及紙帶、復寫紙片、低壓電源及兩根導線、鐵架臺和鐵夾、刻 度尺、小夾子.教學活動新課導入師：上一節(jié)課我們學習了 機械能守恒定律，我們首先采復習一下什么叫做機械能守恒定律 ？ 生: 在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內，動能與勢能可以相互轉化，而 總的機械能保持不變.這叫做機械能守恒定律.師：機械能守恒的 條件是什么？生：只有重力和彈力做功.師：自由落體運動中機械 能是不是守恒？生：自由落體運動中物體只受到重力的作用， 這個過 程只有重力做功，所以機械能是守恒的.師：我們

3、要想推導出機械 能守恒定律在自由落體中的具體表達式，可以根據什么來進行推導呢？ 生1:可以通過牛頓運動定律進行推導.生2:可以根據動能定理進 行推導.（投影展示與一個自由落體運動相關的題目， 從題目中知道 有關的物理量，讓學生分別根據牛頓運動定律和動能定理推導機械能 守恒定律，再一次熟悉這個定律，并為本節(jié)課的教學打下基礎 ）新 課教學1、推導出機械能守恒定律在本實驗中的具體表達式。在圖 1中，質量為m的物體從0點自由下落，以地作零重力勢能面，下落 過程中任意兩點A和B的機械能分別為： EA= , EB=如果忽略空氣阻力，物體下落過程中的機械能守恒，于 是有EA=EB即二上式亦可寫成 該式左邊表

4、示物體由A到B過程中 動能的增加，右邊表示物體由A到B過程中重力勢能的減少。等式說 明，物體重力勢能的減少等于動能的增加。為了方便，可以直接從開 始下落的0點至任意一點（如圖1中A點）來進行研究，這時應有： -本實驗要驗證的表達式，式中h是物體從0點下落至A點的高度， vA是物體在A點的瞬時速度。 師：在做實驗之前，我們首先要明確 這樣幾個問題，首先這個實驗需要什么器材？生：最容易想到的器材 是重物、電磁打點計時器以及紙帶.復寫紙片.低壓電源及兩根導線， 鐵架臺和鐵夾，刻度尺，小夾子.師：打點計時器的作用是什么？生： 記錄在紙帶上打的點，用這些點來求出物體在經過某一點的速度.師: 低壓交流電源

5、是不是必需的？生：低壓交流電源并不是必需的，如果 采用的是電火花計時器時，它所需要的電壓是交流 220V,所以不需 要低壓電源.師：重物選取的原則是什么？為什么？生：密度比較大， 質量相對比較大，可以減小因為空氣阻力帶來的誤差.師：實驗中 還有哪些應該注意的地方？生：計時器要穩(wěn)定在鐵架臺上，計時器平 面與紙帶限位孔調整在豎直方向，鐵架臺放在桌邊，計時器距地面的 距離大約是1 m.師：這樣做的目的是什么？生：計時器平面與紙 帶限位孔在豎直方向上的目的是減小摩擦以減小實驗誤差的產生，鐵 架臺放在桌邊有利于重物下落到地面上，計時器距地面的距離較大的 目的是能夠有充足的時間使重物下落，以便在紙帶上能夠

6、打出較多的 點，有利于進行計算. 師：實驗中的誤差主要來源于哪里？生：重 物和紙帶下落過程中要克服阻力，主要是紙帶和計時器之間的摩擦力， 計時器平面不在豎直方向上；紙帶與計時器不平行：交流電的頻率不 等于50 Hz測量數據時的誤差等等.師：過程開始和終結位置是怎 樣選擇的？生：實驗用的紙帶一般小于1 m,從起始點開始大約能打 出20個左右的計數點，終結位置的點可以選擇倒數第一個點或者倒 數第二個點，從這一個點向前數46個點當開始的點. 師：這樣選 取的目的是什么？生：這樣選取的目的是可以減小這兩個點瞬時速度 和兩點之間的距離（高度h）測量的誤差. 師：在數據處理時，是不 是必須從打的第一個點開

7、始呢？生：課文中有這樣的句子“紙帶上某 兩點的距離等于重物下落的高度，這樣就能得到重物下落過程中勢能 的變化”.在第四節(jié)我們已經學習了重力勢能的相對性， 處理紙帶時 選擇適當的點為參考點，勢能的大小不必從起始點開始計算.師： 在實驗中是不是要先進行測量重物的質量呢 ？生：不需要測量重物的 質量，因為這個物理量在式子兩邊可以約掉.師：實驗中重物經過 某一點的速度是怎樣得到的呢？（投影展示學生的推導過程，這個結 論非常重要，一定要讓學生能夠自己推導）2、如何求出A點的瞬時 速度vA?根據做勻加速運動的物體在某一段時間t內的平均速度等 于該時間中間時刻的瞬時速度可求出 A點的瞬時速度vA。圖2是豎

8、直紙帶由下而上實際打點后的情況。從0點開始依次取點1,2,3, 圖中s1, s2, s3,分別為02點，13點，24點 各段 間的距離。 根據公式，t=2 X 0.02 s （紙帶上任意兩個相鄰的點間 所表示的時間都是0.02s ）,可求出各段的平均速度。這些平均速度 就等于是1, 2, 3,各點相對應的瞬時速度 v1, v2, v3,. 例如：量出02點間距離s1,則在這段時間里的平均速度 ，這就 是點1處的瞬時速度v1。依次類推可求出點2, 3,處的瞬時速 度v2, v3,。3、如何確定重物下落的高度？圖2中h1, h2, h3,分別為紙帶從O點下落的高度。根據以上數值可以計算出 任意點的

9、重力勢能和動能，從而驗證機械能守恒定律。學生活動： 學生看書明確實驗的各項任務及實驗儀器。復習用打點計時器測速 度的實驗，掌握用打點計時器測量勻變速直線運動速度的方法。4、 描繪圖像 師：可以結合v-t圖象了解瞬時速度和時間中點的平均速 度相等的物理意義. 師：在處理紙帶時，是不是要像我們以前做的 那樣，每隔五個點取一個計數點，也就是說每 0.1 s為一個時間間隔 呢？生：如果時間間隔是0.1s，由于自由落體加速度較大，很容易 出現紙帶上點數不夠用的情況，所以時間間隔不能太長.師：下面 我們準備進行實驗，在進行實驗之前還應該做幾件事情！首先是確定 實驗的步驟，大家分組討論一下，然后得出一個比較

10、合理的實驗步 驟.（學生討論實驗的步驟，教師巡回指導，幫助能力較差的學生完 成實驗步驟）（參考實驗步驟）1 .把打點計時器安裝在鐵架臺上，用 導線將學生電源和打點計時器接好.2 .把紙帶的一端用夾子固定在 重錘上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重 錘停靠在打點計時器附近.3 .接通電源，待計時器打點穩(wěn)定后再松 開紙帶，讓重錘自由下落，打點計時器應該在紙帶上打出一系列的 點.4 .重復上一步的過程，打三到五條紙帶. 5 .選擇一條點跡清 晰且第I、2點間距離接近2 mm的紙帶，在起始點標上0,以后各點 依次為1、2、3用刻度尺測量對應下落的高度 h1h2h3 ,記 人表格中.

11、 v3 6 .用公式vn=hn+1+hn-1/2t，計算出各點的瞬時速度 并記錄在表格中.各計數點1 2 3 4 5 6 下落高度 速度 勢能 動能 結論 7.計算各點的重力勢能的減少量 mgh和動能的增加量1/2mvn2,并 進行比較.看是否相等，將數值填人表格內. 師：在其中的幾步中， 提到了要把數據填人表格，那么我們應該設計一個什么樣的表格來適 應于實驗呢？（學生思考表格的設計方法，獨立完成表格的設計 ）（參 考表格） 教師活動：在學生開始做實驗之前，老師應強調如下幾個問題：1、 該實驗中選取被打點紙帶應注意兩點：一是第一點 0為計時起點，0 點的速度應為零。怎樣判別呢？ 2、是否需要測

12、量重物的質量？ 3、 在架設打點計時器時應注意什么？為什么？4、實驗時，接通電源和 釋放紙帶的順序怎樣？為什么？ 5、測量下落高度時，某同學認為都 必須從起始點算起，不能弄錯。他的看法正確嗎？為了減小測量h 值的相對誤差，選取的各個計數點要離起始點適當遠些好， 還是近些 好？學生活動：思考老師的問題，討論、交流。選出代表發(fā)表見解。 1、因為打點計時器每隔0.02 s打點一次，在最初的0.02 s內物體 下落距離應為0.002 m，所以應從幾條紙帶中選擇第一、二兩點間距 離接近兩年2 mm的紙帶進行測量；二是在紙帶上所選的點就是連續(xù) 相鄰的點，每相鄰兩點時間間隔t =0.02 s. 2 、因為不

13、需要知道物 體在某點動能和勢能的具體數值，所以不必測量物體的質量m，而只 需驗證 就行了。3、打點計時器要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一 豎直平面內，以盡量減少重物帶著紙帶下落時所受到的阻力作用。4、 必須先接通電源，讓打點計時器正常工作后才能松開紙帶讓重物下落。 5、這個同學的看法是正確的。為了減小測量 h值的相對誤差，選取 的各個計數點要離起始點適當遠些好。課余作業(yè)1、完成實驗報告。 2、 完成如下思考題：（1）為進行“驗證機械能守恒定律”的實驗， 有下列器材可供選用：鐵架臺，打點計時器，復寫紙，紙帶，秒表， 低壓直流電源，導線，電鍵，天平。其中不必要的器材有：；缺少 的器材是。（2）在驗證

14、機械能守恒定律時，如果以v2/2為縱軸， 以h為橫軸，根據實驗數據繪出的圖線應是 ，才能驗證機械能守恒 定律，其斜率等于 的數值。（3）在做“驗證機械能守恒定律”的 實驗時，用打點計時器打出紙帶如圖3所示，其中A點為打下的第一 個點，0、1、2為連續(xù)的計數點。現測得兩相鄰計數點之間的距 離分別為s1、s2、S3、s4、s5、s6，已知相鄰計數點間的打點時間 間隔均為T。根據紙帶測量出的距離及打點的時間間隔，可以求出此 實驗過程中重錘下落運動的加速度大小表達式為。在打第 5號計數點時，紙帶運動的瞬時速度大小的表達式為。要 驗證機械能守恒定律，為減小實驗誤差，應選擇打下第 號 和第 計數點之間的過

15、程為研究對象。學生 活動作 業(yè)(4)某次“驗證機械能守恒定律”的實驗中，用6V、50Hz的打 點計時器打出的一條無漏點的紙帶，如圖 4所示，O點為重錘下落的 起點，選取的計數點為 A B、C D,各計數點到O點的長度已在圖 上標出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質量為1kg。 打點計時器打出B點時，重錘下落的速度vB二m/s，重錘的動能EkB= J。從開始下落算起，打點計時器打 B點時，重錘的重力勢能減小 量為J。根據紙帶提供的數據，在誤差允許的范圍內，重錘從靜 止開始到打出B點的過程中，得到的結論是。參考答案：(1)不 必要的器材有：秒表、低壓直流電源、天平。缺少的器材是低壓交流 電源、重錘、刻度尺。(2)通過原點的直線、g. (3) (s6+ s5+ s4- s3- s2 ? Cs1) /9T 2,(s5+ s6) /2T , 1、5. (4) 1.175 , 0.69 , 0.690.69