集體備課教案必修二第七章第9節(jié)《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》

1、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律【教學(xué)目標(biāo)】（一）知識(shí)與技能1 .會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度。2 .掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理。（二）過(guò)程與方法通過(guò)用紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，體驗(yàn)驗(yàn)證過(guò)程和物理學(xué)的研究方法。（三）情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，體會(huì)學(xué)習(xí)的快樂(lè)，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣。培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度?！窘虒W(xué)重點(diǎn)】掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的誤差分析及如何減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法。【教學(xué)方法】探究、講授、討論、練習(xí)?！窘虒W(xué)準(zhǔn)備】重物、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器以及紙帶、復(fù)寫紙片、低壓電源及兩根導(dǎo)線、鐵架臺(tái)和鐵夾、刻 度尺、小夾

2、子?！菊n時(shí)安排】1課時(shí)【教學(xué)過(guò)程】一、新課引入師：上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律，我們首先復(fù)習(xí)一下什么叫做機(jī)械能守恒定律？生：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變，這叫做機(jī)械能守恒定律。師：機(jī)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(yùn)動(dòng)中機(jī)械能是不是守恒？生：自由落體運(yùn)動(dòng)中物體只受到重力的作用，這個(gè)過(guò)程只有重力做功， 所以機(jī)械能是守恒的。師：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(lái)進(jìn)行推導(dǎo)呢？3 1 :可以通過(guò)牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行推導(dǎo)。4 2：可以根據(jù)動(dòng)能定理進(jìn)行推導(dǎo)。（投影展示與一個(gè)自由落體運(yùn)動(dòng)相關(guān)的題目，

3、從題目中知道有關(guān)的物理量，讓學(xué)生分別根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)能定理推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律）二、新課講解1.推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律在本實(shí)驗(yàn)中的具體表達(dá)式。在圖中，質(zhì)量為 m的物體從O點(diǎn)自由下落，以地做零重力勢(shì)能面，下落過(guò)程中任意兩 點(diǎn)A和B的機(jī)械能分別為：EA 4 mVA mghA' EB如果忽略空氣阻力，物體下落過(guò)程中的機(jī)械能守恒,12-mvB mghB于是有：ImvAmghAlmv2 mghEa=Eb上式亦可寫成:12mvB 212mvA2mghA mghB師 生 師 生 師 生桌邊，計(jì)時(shí)器距地面的距離大約是1m。低壓電源及兩根鐵架臺(tái)放在該式左邊表示物體由 A到B過(guò)程中動(dòng)能的增加，右邊表示物體

4、由A到B過(guò)程中重力勢(shì)能的減少。等式說(shuō)明，物體重力勢(shì)能的減少等于動(dòng)能的增加。為了方便，可以直接從開(kāi)始下落的O點(diǎn)至任意一點(diǎn)（如圖中 A點(diǎn)）來(lái)進(jìn)行研究，這時(shí)應(yīng)有：12-mvA mgh本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證白表達(dá)式，式中h是物體從。點(diǎn)下落至A點(diǎn)的高度，va是物體在A點(diǎn)的瞬時(shí)速度。師：在做實(shí)驗(yàn)之前，我們首先要明確這樣幾個(gè)問(wèn)題，首先這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要什么器材？生：最容易想到的器材是重物、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器以及紙帶、復(fù)寫紙片、導(dǎo)線、鐵架臺(tái)和鐵夾、刻度尺、小夾子。打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的作用是什么？記錄在紙帶上打的點(diǎn)，用這些點(diǎn)來(lái)求出物體在經(jīng)過(guò)某一點(diǎn)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(duì)比較大，可以減小因?yàn)榭諝庾枇?lái)的誤

5、差。實(shí)驗(yàn)中還有哪些應(yīng)該注意的地方？計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定在鐵架臺(tái)上，計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向,師：這樣做的目的是什么？生：計(jì)時(shí)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(shí)驗(yàn)誤差的產(chǎn)生，鐵架臺(tái)放在桌邊有利于重物下落到地面上，計(jì)時(shí)器距地面的距離較大的目的是能夠有充足的時(shí)間使重物下落，以便在紙帶上能夠打出較多的點(diǎn)，有利于進(jìn)行計(jì)算。師：實(shí)驗(yàn)中的誤差主要來(lái)源于哪里？50Hz;測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)的誤差生：重物和紙帶下落過(guò)程中要克服阻力，主要是紙帶和計(jì)時(shí)器之間的摩擦力；計(jì)時(shí)器平 面不在豎直方向上；紙帶與計(jì)時(shí)器不平行；交流電的頻率不等于師：過(guò)程開(kāi)始和終結(jié)位置是怎樣選擇的？46個(gè)點(diǎn)當(dāng)開(kāi)始的點(diǎn)。生：實(shí)驗(yàn)用的紙

6、帶一般小于 1m,從起始點(diǎn)開(kāi)始大約能打出 20個(gè)左右的計(jì)數(shù)點(diǎn)，終結(jié)位置的點(diǎn)可以選擇倒數(shù)第一個(gè)點(diǎn)或者倒數(shù)第二個(gè)點(diǎn)，從這一個(gè)點(diǎn)向前數(shù)師：這樣選取的目的是什么？h）測(cè)量的這樣就能得到重 處理紙帶時(shí)選擇適生：這樣選取的目的是可以減小這兩個(gè)點(diǎn)瞬時(shí)速度和兩點(diǎn)之間的距離（高度 誤差。師：在數(shù)據(jù)處理時(shí)，是不是必須從打的第一個(gè)點(diǎn)開(kāi)始呢？生：課文中有這樣的句子“紙帶上某兩點(diǎn)的距離等于重物下落的高度，物下落過(guò)程中勢(shì)能的變化”。 在之前我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了重力勢(shì)能的相對(duì)性， 當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為參考點(diǎn)，勢(shì)能的大小不必從起始點(diǎn)開(kāi)始計(jì)算。師 生 師 2.在實(shí)驗(yàn)中是不是要先不需要測(cè)量重物的質(zhì)進(jìn)行測(cè)量重物的質(zhì)量呢?量,因?yàn)檫@個(gè)物理量在式子兩邊

7、可以約掉o實(shí)驗(yàn)中重物經(jīng)過(guò)某一點(diǎn)的速度是怎樣得到的呢? 如何求出A點(diǎn)的瞬時(shí)速度vA?根據(jù)做勻加速運(yùn)動(dòng)的物體在某一段時(shí)間t內(nèi)的平均速度等于該段時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度可求出A點(diǎn)的瞬時(shí)速度VA。上圖是豎直紙帶由下而上實(shí)際打點(diǎn)后的情況，從O點(diǎn)開(kāi)始依次取點(diǎn)1, 2, 3,圖中S1, S2, S3,分別為02點(diǎn),13點(diǎn),24點(diǎn)各段間的距離。S根據(jù)公式V , t=2X0.02s （紙帶上任意兩個(gè)相鄰的點(diǎn)間所表示的時(shí)間都是0.02s）,可t求出各段的平均速度。這些平均速度就等于是 1, 2, 3,各點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度vi, V2,V3,Si例如：量出02點(diǎn)間距離Si,則在這段時(shí)間里的平均速度 Vi這就是點(diǎn)1處的

8、瞬時(shí)速度5°依次類推可求出點(diǎn) 2, 3,處的瞬時(shí)速度 V2, V3,。3 .如何確定重物下落的高度？上圖中hi, h2, h3,分別為紙帶從。點(diǎn)下落的高度。根據(jù)以上數(shù)值可以計(jì)算出任意點(diǎn)的重力勢(shì)能和動(dòng)能，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生看書(shū)明確實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)任務(wù)及實(shí)驗(yàn)儀器，復(fù)習(xí)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度的 實(shí)驗(yàn)，掌握用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度的方法。4 .描繪圖象師：可以結(jié)合V-t圖象了解瞬時(shí)速度和時(shí)間中點(diǎn)的平均速度相等的物理意義。師：在處理紙帶時(shí)，是不是要像我們以前做的那樣，每隔五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，也就是 說(shuō)每0.is為一個(gè)時(shí)間間隔呢？生：如果時(shí)間間隔是 0.is,由于自由落體加速

9、度較大，很容易出現(xiàn)紙帶上點(diǎn)數(shù)不夠用的 情況，所以時(shí)間間隔不能太長(zhǎng)。師：下面我們準(zhǔn)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)， 在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前還應(yīng)該做幾件事情！首先是確定實(shí)驗(yàn)的步驟，大家分組討論一下，然后得出一個(gè)比較合理的實(shí)驗(yàn)步驟。1 .把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線將學(xué)生電源和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接好。2 .把紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過(guò)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提 起紙帶，使重錘?？吭诖螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器附近。3 .接通電源，待計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后再松開(kāi)紙帶，讓重錘自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該在 紙帶上打出一系列的點(diǎn)。4 .重復(fù)上一步的過(guò)程，打三到五條紙帶。5 .選擇一條點(diǎn)跡清晰且第 I、2點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上 0

10、,以后各 點(diǎn)依次為I、2、3用刻度尺測(cè)量對(duì)應(yīng)下落的高度hi h2h3,記人表格中。各計(jì)數(shù)點(diǎn)l23456卜落圖度速度勢(shì)能動(dòng)能結(jié)論6 .用公式Vn= (hn+l + hn-1) /2t,計(jì)算出各點(diǎn)的瞬時(shí)速度 VI、V2、V3并記錄在表格中。7 .計(jì)算各點(diǎn)的重力勢(shì)能的減少量mgh和動(dòng)能的增加量 1/2mvn2,并進(jìn)行比較，看是否相等，將數(shù)值填人表格內(nèi)。師：在其中的幾步中，提到了要把數(shù)據(jù)填入表格，那么我們應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)什么樣的表格來(lái)適應(yīng)于實(shí)驗(yàn)?zāi)兀拷處熁顒?dòng)：在學(xué)生開(kāi)始做實(shí)驗(yàn)之前，老師應(yīng)強(qiáng)調(diào)如下幾個(gè)問(wèn)題：1 .該實(shí)驗(yàn)中選取被打點(diǎn)紙帶應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是第一點(diǎn)O為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，O點(diǎn)的速度應(yīng)為零。怎樣判別呢？2 .是否

11、需要測(cè)量重物的質(zhì)量？3 .在架設(shè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)注意什么？為什么？4 .實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源和釋放紙帶的順序怎樣？為什么？5 .測(cè)量下落高度時(shí)，某同學(xué)認(rèn)為都必須從起始點(diǎn)算起，不能弄錯(cuò)。他的看法正確嗎？ 為了減小測(cè)量h值的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些好，還是近些好？三、課堂小結(jié)1 .因?yàn)榇螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔 0.02s打點(diǎn)一次，在最初的0.02s內(nèi)物體下落距離應(yīng)為 0.002m, 所以應(yīng)從幾條紙帶中選擇第一、二兩點(diǎn)間距離接近兩年2mm的紙帶進(jìn)行測(cè)量；二是在紙帶上所選的點(diǎn)就是連續(xù)相鄰的點(diǎn)，每相鄰兩點(diǎn)時(shí)間間隔t =0.02so2 .因?yàn)椴恍枰牢矬w在某點(diǎn)動(dòng)能和勢(shì)能的具體數(shù)值，所以不必測(cè)量物體的

12、質(zhì)量m,1 2而只需驗(yàn)證 2Vn=ghn就行了。3 .打點(diǎn)計(jì)時(shí)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紙 帶下落時(shí)所受到的阻力作用。4 .必須先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后才能松開(kāi)紙帶讓重物下落。5 .這個(gè)同學(xué)的看法是正確的，為了減小測(cè)量h值的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些好。四、布置作業(yè)1 .完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2 .完成如下思考題：(1)為進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，有下列器材可供選用：鐵架臺(tái)，打點(diǎn)計(jì) 時(shí)器，復(fù)寫紙，紙帶，秒表，低壓直流電源，導(dǎo)線，電鍵，天平。其中不必要的器材有： ;缺少的器材是。(2)在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，如果以V2/2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的圖線應(yīng)是,才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其斜率等于 的數(shù)值。(3)在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶如圖所示，其中A點(diǎn)為打下的第一個(gè)點(diǎn)，0、1、2為連續(xù)的計(jì)數(shù)點(diǎn)。現(xiàn)測(cè)得兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分 別為S1、S2、S3、S4、S5、S6,已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的打點(diǎn)時(shí)間間隔均為T。根據(jù)紙帶測(cè)量出的距離及打點(diǎn)的時(shí)間間隔，可以求出此實(shí)驗(yàn)過(guò)程中重