《实验：验证机械能守恒定律》教案1-1

空气的存在空气的存在 教案教案 一 教学目标一 教学目标 一 知识与技能 一 知识与技能 1 要弄清实验目的 本实验为验证性实验 目的是利用重物的自由下落验证机械能守 恒定律 2 要明确实验原理 掌握实验的操作方法与技巧 学会实验数据的采集与处理 能够 进行实验误差的分析 从而使我们对机械能守恒定律的认识 不止停留在理论的推导上 而且还能够通过亲自操作和实际观测 从感性上增加认识 深化对机械能守恒定律的理解 3 通过学生自主学习 培养学生设计实验 采集数据 处理数据及实验误差分析的能 力 二 过程与方法 二 过程与方法 1 要明确纸带选取及测量瞬时速度简单而准确的方法 2 通过同学们的亲自操作和实际观测掌握实验的方法与技巧 3 通过对纸带的处理过程 体会处理问题的方法 领悟如何间接测一些不能直接测量 的物理量的方法 4 通过实验过程使学生体验实验中理性思维的重要 既要动手 更要动脑 三 情感态度与价值观 三 情感态度与价值观 1 通过实验及误差分析 培养学生实事求是的科学态度 激发学生对物理规律的探知 欲 2 培养学生的团结合作精神和协作意识 敢于提出与别人不同的见解 二 教学重点二 教学重点 1 验证机械能守恒定律的实验原理 2 实验原理及方法的选择及掌握 三 教学难点三 教学难点 实验误差分析的方法 四 课时安排四 课时安排 1 课时 五 教学准备五 教学准备 多媒体课件 打点计时器 纸带 六 教学过程六 教学过程 新课导入 新课导入 十米跳台跳水是种技术性较强的运动 运动员在跳离平台后笔直飞出 如果不计空气 阻力 思考 他在下落的过程中运动特点是怎样的 机械能是否守恒 怎样验证 新课讲解 新课讲解 一 实验思路一 实验思路 这节课我们通过设计实验 通过探究自由落体过程中能量的变化来验证机械能守恒定 律 指导学生阅读课本内容 找出利用自由落体运动验证机械能守恒定律的方法 培养学生 的阅读 总结表达能力 方法总结 在只有重力做功的自由落体运动中 物体的重力势能和动能相互转化 总的机 械能守恒 验证机械能守恒定律只需验证减少的重力势能等于增加的动能即可 问题探究 让学生分组讨论 交流 要完成本实验 应该测量的量有哪些 如何测量 并提 出解决方案 明确 测量物体自由下落过程中减少的势能 方法 测量物体的质量 m 下降的高度 h 利用重力势能的公式计算 Ep mg h 测量自由落体下降 h 时的速度 v 利用动能的公式计算 Ek mv2 2 利用打点计时器 处理纸带的方法来求解速度 方法补充 如何利用纸带求解瞬时速度 指导学生根据匀变速直线运动的运动学规律 推导瞬时速度的求解方法 学生通过阅读教材 总结推导过程 教师通过大屏幕投影学生的推导过程 如图所示 由于纸带做匀加速运动 故有 A C 之间的平均速度 2 CA AC vv v 根据速度公式有 vB vA a t vC vB a t 故有 vB vA vC vB 即 vB 2 CA vv 从而 vB AC v 总结 匀变速直线运动中 某点的瞬时速度等于以该点为时间中点的两点间的平均速 度 解决方案 利用电火花计时器打出纸带 通过处理纸带 既可以求出物体下降的高度 还可以求出某一瞬时的速度 因此电火花计时器是重要的实验仪器 原理探究 通过实验 求自由落体的重力势能减少量和相应过程动能的增加量 若二 者相等 说明机械能守恒 从而验证机械能守恒定律 而且 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 ghn就行了 如果 2 2 1 n v 要具体计算出重力势能或动能的数值就需要天平 总结 指导学生根据实验原理 写出本实验用到的实验器材 电火花计时器 或电磁打点计时器 重物 质量 300 g 3 g 及纸带 铁架台 夹子 烧瓶夹 电源 问题预测 在本实验操作的具体过程中会遇到哪些问题 通过该问题的设置 学生对实 验中可能遇到的问题进行预测 并提出相应的解决方法 1 重物下落的过程中除受重力外 还受到哪些阻力 怎样减小这些阻力对实验的影响 2 重物下落时最好选择哪两个位置作为过程的开始和终结的位置 3 本实验中用的重锤 质量大一些好还是小一些好 为什么 4 质量是否为本实验必须测量的量 参考答案 1 重物下落的过程中 除受重力外 还要受空气阻力和打点计时器给纸带的摩擦力 安装打点计时器时注意保持竖直 重物要选择质量大一些的 2 为减小测量高度 h 值的相对误差 选取的各计数点要离起始点远一些 要从起始点 开始测量出 h1 h2 再求出 h h2 h1 3 锤应该选择质量大一些 体积小一些的 可以有效地减小空气阻力的影响 4 质量并非必须测量的量 在需要计算具体的能量数值时 需要天平 二 进行实验二 进行实验 步骤整理 教师指导学生根据实验原理 各种器材的注意事项 总结归纳实验步骤 如图所示 将纸带固定在重物上 让纸带穿过打点计时器 打点计时器的两根导线接 在 6 伏交流电源上 用手提着纸带 让重物靠近打点计时器静止 然后接通电源 松开纸带 让重物自由 落下 纸带上打下一系列点 重复几次 从几条打下点的纸带中挑选第一 二点间距离接近 2mm 且点迹清楚的纸带 进行测量 测出一系列计数点 各点到第一个点的距离 d1 d2 d3 dn 1 dn dn 1 据公式 vn 计算物体在打下点 1 2 时的即时速度 v1 v2 计算相应的 T dd nn 2 11 动能的增加值 填入事先设计好的表格 教师点拨 选第 1 2 点间距约 2 mm 的纸带意味着纸带是在打第一个点的瞬时开始运 动的 根据 h gT2 2 9 8 0 022 2 m 1 961 0 3 m 2 mm 在起始点标上 0 用刻度尺测量纸带从点 0 到点 1 2 之间的距离 h1 h2 计算 出相应减少的重力势能 填入事先设计好的表格 处理数据 得出结论 参考数据 各计数点 45678910 t s 0 080 100 120 140 160 180 20 h 10 2 m 2 924 626 709 1812 0315 2818 92 v h t m s 0 9451 141 331 531 72 Ek mv2 20 1340 1950 2650 3510 444 Ep mgh0 1360 1970 2700 3540 450 实验结论 在误差允许的范围内 物体减少的重力势能等于增加的动能 机械能守恒 学生分组实验 并处理数据 教师利用实物投影仪展示几组数据 并进行点评 师生根据实际实验中的体会 总结实验注意事项 1 打点计时器安装时 必须使两限位孔在同一竖直线上 以减小摩擦阻力 2 实验时 需保持提纸带的手不动 待接通电源 让打点计时器工作正常后再松开纸 带让重锤下落 以保证第一个点是一个清晰的点 3 选用纸带时应尽量挑选第一 二点间接运 2 mm 的纸带 4 打点计时器必须接 50 Hz 交流低压电源 5 测量下落高度时 必须从起始点算起 不能搞错 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远一些 纸带也不易过长 有效长度可在 60 cm 80 cm 之内 6 实验中 只要验证 gh 是否等于v2即可 也可不用测重锤的质量 2 1 误差分析 教师指导学生观察表格中的数据 减少的重力势能并不是严格地等于增加 的动能 而是稍大于增加的动能 让学生思考其中的原因 并总结归纳 原因 重物和纸带下落过程中要克服阻力 包括空气阻力 纸带与限孔位及纸带与计 时器之间的摩擦力 由于摩擦力的存在 减少的重力势能并没有全部转化为