物理必修ⅱ人教新课标79验证机械能守恒定律教案

7.9考证机械能守恒定律三维讲课目的1、知识与技术1）要弄清实验目的，本实验为考证性实验，目的是利用重物的自由着落考证机械能守恒定律；2）要明的确验原理，掌握实验的操作方法与技巧、学会实验数据的收集与办理，可以进行实验偏差的分析，进而使我们对机械能守恒定律的认识，不单逗留在理论的推导上，并且还可以够经过亲身操作和实质察看，从感性上增添认识，深入对机械能守恒定律的理解；3）要明确织带采纳及丈量刹时速度简单而正确的方法。2、过程与方法1）经过学生自主学习，培育学生设计实验、收集数据，办理数据及实验偏差分析的能力；2）经过同学们的亲身操作和实质察看掌握实验的方法与技巧；3）经过对纸带的办理过程培育学生获守信息、办理信息的能力，意会办理问题的方法，意会如何间接测一些不可以直接丈量的物理量的方法；（4）经过实验过程使学生体验实验中理性思想的重要，既要着手，更要动脑。3、感神情度与价值观1）经过实验及偏差分析，培育学生脚扎实地的科学态度，激发学生对物理规律的探知欲；2）使学生经过实验意会成功的乐趣与成就感，激发对物理世界的求知欲；3）培育学生的团联合作精神和协作意识，敢于提出与他人不一样样的看法；4）经过经历实验过程，体验科学实验过程的艰辛与欢喜，并乐于研究自然界的奇妙。讲课要点：实验原理及方法的选择及掌握。讲课难点：实验偏差分析的方法。讲课方法：预习设计――实验察看——数据办理——概括总结。教师启迪、指引，学生自主阅读、思虑，亲身着手实验，并讨论、沟通学习成就。讲课器具：铁架台（带铁夹）、打点计时器、重锤（带纸带夹子）、纸带、导线、刻度尺、低压电源。讲课过程：第九节考证机械能守恒定律（一）导入新课上节课我们从理论上学习了机械能守恒定律，我们从定律内容及守恒条件上初步理解了机械能守恒定律，今日我们经过自己亲身实验从感性上对定律再做进一步的理解。（二）进行新课1、实验目的联合教材整理预习教课方案纲领，对学生整理结果进行讨论。（展现幻灯片）本实验属考证性实验，实验目的是利用重物自由着落的现象考证机械能守恒定律。2、认识实验仪器：组装实验仪器、明确各个仪器的功能。（临时不做，但是组装）电磁式打点计时器电源应选择10V以下，火花式打点计时器应选择220V。打点计时器限位孔地点应为竖直。纸带的长度应在1m左右。（学生思虑，后边回答）3、理解实验原理经过对物体自由着落运动的研究来考证机械能守恒定律的实验原理是：忽视空气阻力，自由着落的物体在运动过程中机械能守恒，即重物动能的增添量等于其重力势能的减少许。详细地说：（1）若以重物着落的初步点O为基准，设重物的质量为m，测出物体自初步点O着落距离h时的速度v，则在偏差赞成范围内，由计算得出?2mV=mgh,机械能守恒定律即被考证。（2）若以重物着落过程中的某一点A为基准，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA，再测出物体由A点着落△h后经过B点的速度vB，则在偏差赞成范围内，由计算得：1212，机械能守恒定律即被考证。2mvBmvAmgh24、掌握实验的方法与技巧实验步骤（展现幻灯片）1）把打点计时器固定在桌边的铁架台上2）把打点计时器接到沟通低压电源上3）将纸带固定在重锤上4）将纸带穿过计时器,并将纸带提高到必然高度5）接通电源,此后开释纸带.断开电源,取下纸带6）改换纸带,从头进行同一要求的实验7）精选点迹清楚的纸带研究,用毫米刻度尺测出距离,记录数据8）依据记录的数据进行相关计算并得出结论9）拆掉导线,归整器械学生实验实验前教师提示：打点计时器的使用（1）电磁打点计时器应接4~6V沟通电源，当交变电流的频次为50Hz时，打点周期为0.02s。（2）为使打点的频次比较坚固，要求打点计时器振动片的固有频次也是50Hz，使之发生共振现象。振动片的长度可在必然范围内调理，经过改变振动片的长度可调理它的固有频次。3）实验前要检查打点的清楚状况，必需时应调整振针的高度，且不可以让它松动，不然将会出现漏点、双点等现象，还会对纸带产生过大的阻力。4）电火花计时器可直接接在220V沟通电源上，注意采纳双纸打点即可。分组实验（但是实验，不进行数据办理）问题讨论问题1：本实验要不要丈量物体的质量？分组讨论，得出结论。点拨思路，明确结论。（展示幻灯片）考证机械能守恒定律的表达式：1mv2和1mvB21mvA2中，式mghmgh222子两边均有重物的质量m，因此也可不详细测出m的大小，而将m保存在式子中。问题2：对实验中获取的数条纸带应如何采纳？分组讨论，得出结论，采纳适合的纸带以备办理数据之用。5、分两种状况加以说明：（1）用12mgh考证这是以纸带上第一点（初步点）为基准点来考证机械能守恒定mv2律的方法。因为第一点应是重物做自由落体运动开始着落的点，因此应采纳点迹清楚且第1、2两点间的距离凑近2mm的纸带。（2）用1212考证这是回避初步点，在纸带上选择后边的某两点考证2mvB2mvAmgh机械能守恒定律的方法。因为重力势能的相对性，办理纸带时选择适合的点为基准点，势能的大小不用从初步点开始计算。这样，纸带上打出初步点O后的第一个0.02s内的位移能否凑近2mm，以及第一个点能否清楚也就没关紧急了。实验打出的任何一条纸带，只需后边的点迹清楚，都可以用于计算机械能能否守恒。实验开始时假如不是用手提着纸带的上端，而是用夹子夹住纸带的上端，待开始打点后再松开夹子开释纸带，打点计时器打出的第一个点的点迹清楚，计算时从第一个计时点开始至某一点的机械能守恒，其偏差也不会太大。回避第一个计时点的原由也包含实验时手提纸带的不坚固，使第一个计时点打出的点迹过大，进而使丈量偏差加大。问题3：重物的速度如何丈量？联合教材介绍独立推导丈量刹时速度并得出结论。结论：做匀变速直线运动的纸带上某点的刹时速度，等于与之相邻两点间的均匀速度。对教材推导方法讨论。（有否更简短、直观的推导方法？）分组讨论能否变换一种思路进行推导，以使推导更简短、直观）如教材图所示，因为纸带做匀加快运动，故有A、C之间的均匀速度：vAvCvAC2vvCvBvAv0OtAtBtCt又依据速度公式有：vB=vA+a△t，vC=vB+a△t，故有：vB－vA=vC－vB，即：，进而：。vAvCvBvACvB2问题4：经过办理实验数据，可得出什么结论？自主对所选择的纸带进行丈量、计算，得出结论。对学生得出的结论进行讨论，提出问题5。问题5：实验偏差分析，提出问题，在获取的实验数据中，大多数同学获取的结论是，重物动能的增添量稍小于重力势能的减少许，即E＜E。是怎么造成的呢？分组讨论，获取结论。kp对学生讨论进行点拨。展现幻灯片。1）重物和纸带着落过程中要战胜阻力，主假如纸带与计时器之间的摩擦力。2）计时器平面不在竖直方向，纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原由。3）电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器。因为阻力的存在，重物动能的增添量稍小于势能的减少许，即Ek＜Ep在实验中会不会出现，重物动能的增添量稍大于重力势能的减少许，即Ek>Ep的结论呢？分组讨论，获取结论。对学生讨论进行点拨。展现幻灯片。沟通电的频次f不是50Hz也会带来偏差。若f＞50Hz，因为速度值仍按频次为50Hz计算，频次的计算值比实质值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，使Ek＜Ep的偏差进一步加大。依据相同的道理，若f＜50Hz，则可能出现Ek＞Ep的结果。问题6：实验注意事项：1）安装打点计时器时，必然使两纸带限位孔在同一竖直线上，以减小摩擦阻力。2）应采纳质量和密度较大的重物，可使摩擦阻力，空气阻力相对减小。3）实验时,必然先接通电源,让打点计时器工作正常后才能松开纸带让重锤着落（4）本实验因不需要知道重物动能的详细数值,故不需要测出重物的质量m.（5）实质上重物和纸带着落过程中要战胜阻力(主假如打点计时器的阻力)做功,因此动能的增添量△EK必然稍小于势能的减少许△EP（电源频次为50Hz）。学生达成实验报告坚固练习：（展现幻灯片）例1：某同学为考证机械能守恒定律编排了以下实验步骤：用天平称出重物的质量；把纸带固定到重物上，并把纸带穿过打点计时器，提高到必然高度；拆掉导线，整理仪器；断开电源，调整纸带，重做两次；用秒表测出重物着落的时间；用毫米刻度尺测出计数点与起点的距离，记录数据，并计算出结果，得出结论；把打点计时器接到低压沟通电源上；接通电源，开释纸带；把打点计时器接到低压直流电源上；把打点计时器固定到桌边的铁架台上。上述实验步骤中错误的选项是，没关紧急的是，其他正确且必需的步骤按实验操作次序摆列是。（均只需填步骤的代号）提示：仔细阅读本节教材的“实验方法”。分析：上述实验步骤中错误的选项是E和I，因为实验中不需要测准时间，打点计时器应使用低压沟通电源。没关紧急的实验步骤是A。其他正确且必需的步骤按实验操作次序摆列是：J、G、B、H、D、C、F。点悟：关于物理实验，掌握实验原理和操作方法是最基本的要求。只有掌握了实验原理，才能判断出实验步骤中哪些是错误的，哪些是必需的；只有亲身着手进行仔细的操作，才能正确地对实验步骤挨次摆列。例2：某同学做“考证机械能守恒定律”的实验时，不慎将选好纸带的前面一部分损坏了，剩下的一段纸带上各相邻点间的距离已测出标在图上。已知打点计时器的工作频次为50Hz，重力加快度g取9.80m/s2，利用这段纸带能否考证机械能守恒定律？如何考证？234567······2.112.492.893.263.65cm提示：仔细阅读本节教材的数据办理方法。分析：能利用这段纸带考证机械能守恒定律。方法是：以重物从3号点运动到6号点为研究过程，物体对应于3、6两点的速度分别为x24(2.112.49)102m/s=1.15m/s,v320.022Tx57(3.263.65)102m/s=1.73m/s。v62t20.02重物从3号点运动到6号点动能的增添量为Ek1mv621mv321m1.732J1m1.152J≈0.835J。2222重物从3号点运动到6号点重力势能的减少许为Epmgh36m9.80(2.492.893.26)102J≈0.837J。比较△Ek和－△Ep可知，重物动能的增添量近似等于重力势能的减少许，进而考证了机械能守恒定律。点悟：实验打出的任何一条纸带，只需后边的点迹清楚，都可以用于计算机械能能否守恒。用1212mgh来考证，这样就回避了初步点，在纸带上选择后边的某两点mvBmvA22来考证了机械能守恒定律。例3：在考证机械能守恒定律时，假如以v2为纵轴，以h为横轴，（h为从第一点到选定点2的距离）依据实验数据绘出的v2图象应是什么形状才能考证机械能守恒定律，图线的h2斜率表示什么？提示：由1进行分析。2分析：由1mv2，可得v2，即v2是h的正比率函数。因此，依据实2mghghh22验数据绘出的v2图象应是经过原点的一条倾斜直线。由v2可知，v2图线的2hgh2h2斜率表示重力加快度g。点悟：此题给出了考证机械能守恒定律时，进行数据办理的图象方法。其他，利用本实验中得出的v2图线的斜率还可以够测定重力加快度g。h2基础坚固（1）在“考证机械能守恒定律”的实验中，除天平、铁架台、夹子、纸带和重物外，还需要（）A.秒表B.刻度尺C.学生电源D.打点计时器2）在“考证机械能守恒定律”的实验中，关于自由着落的重物，以下选择条件中可取的是（）采纳重物时，重的比轻的好采纳重物时，体积小的比大的好重物所受重力应与它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力均衡重物所受重力应远大于它所受的空气阻力和纸带所受打点计时器的阻力（3）在“考证机械能守恒定律”的实验中，以下表达正确的选项是（）安装打点计时器时，两纸带限位孔应在同一竖直线上实验时，在松开纸带让重物着落的同时，应立刻接通电源若纸带上开头打出的几点模糊不清，也可想法用后边清楚的点进行考证丈量重物着落高度必然从初步点算起4）在“考证机械能守恒定律”的实验中：1）现有器械是：打点计时器、低压电源、纸带、带夹子的重物、秒表、刻度尺、天平、导线、铁架台。此中该实验不需要的器械是______。2）实验时，松开纸带与闭合电源开关的合理次序是______。（3）实验中，如以要从几条打上点的纸带中精选第1、2两点间的距离凑近_____mm并且点迹清楚的纸带进行丈量。（4）某学生在实验中器械安装正确，操作规范，所用沟通电的频次为50Hz，但考证结果是重物增添的动能稍小于它减少的重力势能，其主要原由是_______。（5）用打点计时器和重物在自由着落的状况下考证机械能守恒定律的实验中，电源频次为50Hz，挨次打出的点为0、1、2、3、4，则（1）在图中两条纸带中应采纳的纸带是________，因为______________。（2）如从起点0到第3点之间来考证，必然丈量和计算出的物理量为________，考证的表达式为______________。(a)(b)（6）在“考证机械能守恒定律”的实验中，打点计时器所用电源频次为50Hz，当地重力加速度的值为9.80m/s2，测得所用重物的质量为1.00kg。甲、乙、丙三学生疏别用同一装置打出三条纸带，量出各纸带上第1、2两点间的距离分别为0.18cm，0.19cm和0.25cm，可见此中必然有一个学生在操作上有错误，错误操作的同学是：________.原由是：_________________________.若按实验要求正确地选出纸带进行丈量，量得连续三点A，B，C到第一个点的距离以以下图(相邻计数点时间间隔为0.02s)，那么，纸带的____端与重物相连；打点计时器打下计数点B时，物体的速度VB=________从起点O到打下计数点B的过程中重力势能减少许是△EP=______，此过程中物体动能的增添量△EK=_____经过计算，数值上△EP____△EK(填“>”、“=”、“<”)，这是因为________________________创新研究（7）在用落体法考证机械能守恒定律时，某同学依据正确的操作选得纸带如图。此中O是初步点,A、B、C是打点计时器连续打下的3个点.该同学用毫米刻度尺丈量O到A、B、C各点的距离，并记录在图中(单位cm)(1)这三个数据中不符合有效数字读数要求的是_____,应记作______cm。该同学用重锤在OB段的运动来考证机械能守恒,已知当地的重力加快度g=9.80m/s2，他用AC段的均匀速度作为跟B点对应的物体的即时速度，则该段重锤重力势能的减少许为_______，而动能的增添量为________，(均保存3位有效数字,重锤质量用m表示)。这样考证的系统偏差老是使重力势能的减少许_____动能的增添量，(填“>”、“=”、“<”)，原由是_____________________。另一位同学依据同一条纸带,同一组数据,也用重锤在OB段的运动来考证机械能守恒,但是他数了一下:从打点计时器打下的第一个点O数起,图中的B是打点计时器打下的第9个点.因此他用vB=gt计算跟B点对应的物体的即时速度,获取动能的增添量为______,这样考证时的系统偏差老是使重力势能的减少许_______动能的增添量,原由是_____.（8）如图中（b）所示，将包有白纸的圆柱棒代替纸带和重物，蘸有颜料的毛笔固定在马达上并随之转动，使之代替打点计时器。当烧断挂圆柱棒的线后，圆柱棒竖直自由落下，毛笔就在圆柱棒白纸上划出记号，如图5—62（a）所示，测得记号之间的距离挨次为26、42、58、74、90、106mm，已知马达铭牌上有“1440r／min”字样，请说明如何由此考证机械能守恒。(a)(b)课后练习参照答案1.BCD2.ABD