广东东莞虎门中学高中物理 4.5《验证机械能守恒定律》教案 粤教版必修2

用心 爱心 专心1 4 54 5验证机械能守恒定律验证机械能守恒定律 一 教学目的 一 教学目的 1 知识与技能 1 知道机械能守恒定律的内容和意义 应向学生说明定律有两层意思 一是动能和势 能可以相互转化 二是总机械能守恒 2 知道机械能守恒的条件 只有重力和弹力做功 只发生动能和势能的相互转化 3 通过验证机械能守恒定律进一步加深对机械能守恒条件的理解 2 过程与方法 1 通过这个开放型实验 了解学生对所学知识的掌握和灵活应用程度 了解学生对实 验仪器的作用和使用的掌握情况 2 根据学生设计的实验方案 了解学生对机械能守恒条件的理解程度 学会怎样减小 实验误差 3 通过实验 使学生学会处理和解决实际问题的一般思路和方法 3 情感 态度与价值观 1 通过这个开放型实验 培养学生的创新意识和探索能力 2 通过汇报与交流 使学生了解实验方案的不足 实际操作的不便 促使学生对实验 方案和实验步骤进行改进 提高实验的准确性 二 教学重难点 二 教学重难点 1 验证机械能守恒定律的实验原理 2 验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法 三 教学过程 三 教学过程 一 复习知识 引入新课 一 复习知识 引入新课 1 机械能守恒定律在本实验中具体表达式 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 h hA hB 图 1 用心 爱心 专心2 上式亦可写成 BAAB mghmghmVmV 22 2 1 2 1 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 mghmVA 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 S V t 2 0 02S 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 各点相对应的即时速度 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 t S V 1 1 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 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 二 进行新课 二 进行新课 做实验之前 强调如下几个问题 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 因为打点计时器每隔 0 02S 打点 一次 在最初的 0 02S 内物体下落距离应为 0 002m 所以应从几条纸带中选择第一 二两 图 2 0 1 2 3 4 S1 S2 S3 h1 h2 h3 h4 用心 爱心 专心3 图 3 点间距离接近两年 2mm 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 02S 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 实验时 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 测量下落高度时 都必须从起始点算起 不能弄错 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适当远些 然后学生进行分组实验 三 小结 三 小结 四 课外作业 四 课外作业 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 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 3 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 4 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 用心 爱心 专心4 无漏点的纸带 如图所示 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 根据纸带提供的数据 在误差允许的范围内 重锤从静止开始到打出 B 点的过程中 得到的结论是 参考答