教學(xué)案例——驗證機(jī)械能守恒

1、新授課(2課時) §7.9 實驗:驗證機(jī)械能守恒定律【教學(xué)目標(biāo)】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(jī)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(jī)械能守恒定律,體驗驗證過程和物理學(xué)的研究方法.情感、態(tài)度與價值觀    通過實驗驗證,體會學(xué)習(xí)的快樂,激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣;通過親身實踐,樹立"實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)"的科學(xué)觀.培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實踐能力,培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度

2、.【教學(xué)重點、難點】 教學(xué)重點    掌握驗證機(jī)械能守恒定律的實驗原理. 教學(xué)難點    驗證機(jī)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(xué)方法】  探究、講授、討論、練習(xí)    【教具準(zhǔn)備】重物、電磁打點計時器以及紙帶、復(fù)寫紙片、電源、刻度尺【教學(xué)活動】    教師學(xué)生新課導(dǎo)入上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律,我們首先采復(fù)習(xí)一下什么叫做機(jī)械能守恒定律?在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi),動能與勢能可

3、以相互轉(zhuǎn)化,而總的機(jī)械能保持不變.這叫做機(jī)械能守恒定律.機(jī)械能守恒的條件是什么?只有重力和彈力做功你能夠想到的最簡單的機(jī)械能守恒的運動是什么？自由落體運動我們要想推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律在自由落體中的具體表達(dá)式,可以根據(jù)什么來進(jìn)行推導(dǎo)呢?1. 可以通過牛頓運動定律進(jìn)行推導(dǎo)2. 2:可以根據(jù)動能定理進(jìn)行推導(dǎo).新課教學(xué)1.推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律在本實驗中的具體表達(dá)式。在右圖中,質(zhì)量為m的物體從O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(jī)械能分別為: EpA= mgh1+mv12/2EkB=mgh2+mv22/ 2如果忽略空氣阻力,物體下落過程中的機(jī)械能守恒,于是有  

4、;  EA=EB,即mgh1+mv12/2= mgh2+mv22/ 2上式亦可寫成mv22/ 2mv12/2=mgh1 mgh2該式左邊表示物體由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O點至任意一點(如圖1中A點)來進(jìn)行研究,這時應(yīng)有: mgh= mv12/2本實驗要驗證的表達(dá)式,式中h是物體從O點下落至A點的高度,v1是物體在A點的瞬時速度。2根據(jù)原理猜測實驗器材在做實驗之前,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?最容易想到的器材是重物、電火花打點計時器以及紙帶.復(fù)

5、寫紙片.電源及刻度尺.打點計時器的作用是什么?記錄在紙帶上打的點,用這些點來求出物體在經(jīng)過某一點的速度.重物選取的原則是什么?為什么?密度比較大,質(zhì)量相對比較大,可以減小因為空氣阻力帶來的誤差.1、實驗中還有哪些應(yīng)該注意的地方?2、這樣做的目的是什么?1、計時器要穩(wěn)定在試驗臺上,計時器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向, ,計時器距地面的距離大約是1 m. 2、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(chǎn)生,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,以便在紙帶上能夠打出較多的點,有利于進(jìn)行計算.實驗中的誤差主要來源于哪里?重物和紙帶下落過程中要克服阻力,主要

6、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(shù)據(jù)時的誤差等等1.過程開始和終結(jié)位置是怎樣選擇的？2.這樣選取的目的是什么?1.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(shù)點,終結(jié)位置的點可以選擇倒數(shù)第一個點或者倒數(shù)第二個點,從這一個點向前數(shù)4-6個點當(dāng)開始的點.2. 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)測量的誤差在實驗中是不是要先進(jìn)行測量重物的質(zhì)量呢?不需要測量重物的質(zhì)量,因為這個物理量在式子兩邊可以約掉.3.如何計算重物經(jīng)過某一點的速度VB和下落高度h（本部分內(nèi)容上學(xué)期實驗課有過

7、學(xué)習(xí)和達(dá)標(biāo)要求，在此處進(jìn)行復(fù)習(xí)）   1.如何求出B點的瞬時速度vA? VB=AC/tAC 即：B點的瞬時速度等于之前一點和之后一點間（即AC兩點間）的平均速度；2、如何確定重物下落的高度?   圖上各長度分別為紙帶從O點下落的高度。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(shù)點,也就是說每0.1 s為一個時間間隔呢?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(xiàn)紙帶上點數(shù)不夠用的情況,所以時間間隔不能太長.4.參考實驗步驟下面我們準(zhǔn)備進(jìn)行實驗,在進(jìn)行實驗之前還應(yīng)該做幾件事情!首先是確定實驗的步

8、驟,大家分組討論一下,然后得出一個比較合理的實驗步驟.(學(xué)生討論實驗的步驟,教師巡回指導(dǎo),幫助能力較差的學(xué)生完成實驗步驟)1.把打點計時器固定在試驗臺上,接好電源。2.把紙帶的一端固定在重錘上,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?？吭诖螯c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(yīng)該在紙帶上打出一系列的點.4.重復(fù)上一步的過程,打三到五條紙帶.5.選擇一條點跡清晰且第l、2點間距離接近2 mm的紙帶,在起始點標(biāo)上0,以后各點依次為1、2、3用刻度尺測量對應(yīng)下落的高度h1h2h3,記人表格中.6.用公式vn=（hn+1+hn-1）/2t

9、,計算出各點的瞬時速度并記錄在表格中.7.計算各點的重力勢能的減少量mgh。和動能的增加量mvn2/2,并進(jìn)行比較.看是否相等,將數(shù)值填人表格內(nèi).在其中的幾步中,提到了要把數(shù)據(jù)填人表格,那么我們應(yīng)該設(shè)計一個什么樣的表格來適應(yīng)于實驗?zāi)?(學(xué)生思考表格的設(shè)計方法,獨立完成表格的設(shè)計)(參考表格)5.注意事項在學(xué)生開始做實驗之前,老師應(yīng)強(qiáng)調(diào)如下幾個問題:1、在架設(shè)打點計時器時應(yīng)注意什么?為什么?2、實驗時,接通電源和釋放紙帶的順序怎樣?為什么?   思考老師的問題,討論、交流。選出代表發(fā)表見解。1、 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(nèi),以盡量減少重物帶著

10、紙帶下落時所受到的阻力作用。2、 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。【作業(yè)】         1、完成實驗報告。2、完成如下思考題:    (1) 為進(jìn)行“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗，有下列器材可供選擇：鐵架臺、打點計時器以及復(fù)寫紙、紙帶、低壓直流電源、天平、秒表、導(dǎo)線、電鍵，其中不必要的器材是，缺少的器材是            

11、;    。    (2) 在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，需要直接測量的物理量是，間接測量的物理量是    (3) 在“驗證機(jī)械能守恒定律”的實驗中，打點計時器所用電源頻率為50 Hz，當(dāng)?shù)刂亓铀俣鹊闹禐?.80 m/s2，測得所用重物的質(zhì)量為1.00 kg甲、乙、丙三學(xué)生分別用同一裝置打出三條紙帶，量出各紙帶上第1、2兩點間的距離分別為0.18cm、0.19cm和0.25cm可見其中肯定有一位學(xué)生在操作上有錯誤，錯誤操作是： a若按實驗要求正確地選出紙帶進(jìn)行測量，量得連續(xù)三點A、B、C到第一個點的距離如圖所示（相鄰計數(shù)點時間間隔為0.02 s），那么：（1）紙帶的端與重物相；b.打點計時器打下計數(shù)點B時，物體的速度vB=；c.從起點O到打下計數(shù)點B的過程中重力勢能減少量是Ep= ，此過程中物體動能的增加量Ek=（取g=98 m/s2）；d.通過計算，數(shù)值上EpEk（填“”“=”或“”）這是因為；e.實驗的結(jié)論是 【板書設(shè)計】7.9 實驗:驗證機(jī)械能守恒定律一、實驗方法    驗證用自由落體運動中機(jī)械能守恒二、實驗原理三、實驗儀器        四、注意事項&