2019-2020年高中物理 7.8 驗證機械能守恒定律 教案 新人教版必修2.doc

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2019-2020年高中物理 7.8 驗證機械能守恒定律 教案 新人教版必修2 教學目標：1、會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度。 2、掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理。 教學重點：掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理。 任務一：原理探究 1、推導出機械能守恒定律在本實驗中的具體表達式。 在圖1中，質量為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的機械能分別為： EA= ， EB= 如果忽略空氣阻力，物體下落過程中的機械能守恒，于是有: 上式亦可寫成 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）來進行研究，這時應有：----本實驗要驗證的表達式，式中h是 高度，vA是物體在A點的 速度。 2、如何求出A點的瞬時速度vA？ (引導：根據(jù)做勻加速運動的物體在某一段時間t內的平均速度等于該時間中間時刻的瞬時速度可求出A點的瞬時速度vA。) 圖2是豎直紙帶由下而上實際打點后的情況。從O點開始依次取點1，2，3，……圖中s1，s2，s3，……分別為0～2點，1～3點，2～4點…… 各段間的距離。 圖2 0 1 2 3 4 s1 s2 s3 h1 h2 h3 h4 根據(jù)公式，t=20.02 s（紙帶上任意兩個相鄰的點間所表示的時間都是0.02s），可求出各段的平均速度。這些平均速度就等于是1，2，3，……各點相對應的瞬時速度v1，v2，v3，……. 3、如何確定重物下落的高度？ （引導：圖2中h1，h2，h3，……分別為紙帶從O點下落的高度。） 根據(jù)以上數(shù)值可以計算出任意點的重力勢能和動能，從而驗證機械能守恒定律。 任務三 進行實驗 一、在學生開始做實驗之前，老師應強調如下幾個問題： 1、該實驗中選取被打點紙帶應注意兩點：一是第一點O為計時起點，O點的速度應為零。怎樣判別呢？ 2、是否需要測量重物的質量？ 3、在架設打點計時器時應注意什么？為什么？ 4、實驗時，接通電源和釋放紙帶的順序怎樣？為什么？ 5、測量下落高度時，某同學認為都必須從起始點算起，不能弄錯。他的看法正確嗎？為了減小測量 h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點適當遠些好，還是近些好？ 二、學生進行分組實驗。(學生討論實驗的步驟，教師巡回指導，幫助能力較差的學生完成實驗步驟)(參考實驗步驟) 1．把打點計時器安裝在鐵架臺上，用導線將學生電源和打點計時器接好． 2．把紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過打點計時器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重錘停靠在打點計時器附近． 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，打點計時器應該在紙帶上打出一系列的點． 4．重復上一步的過程，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，在起始點標上0，以后各點依次為1、2、3……用刻度尺測量對應下落的高度h1\h2\h3，……記人表格中． 6．用公式vn=hn+1+hn-1/2t，計算出各點的瞬時速度v1\v2\v3……并記錄在表格中． 各計數(shù)點 l 2 3 4 5 6 下落高度 速度 勢能 動能 結論 7．計算各點的重力勢能的減少量mgh。和動能的增加量1/2mvn2，并進行比較．看是否相等，將數(shù)值填人表格內． 任務四 達標提升 （1）為進行“驗證機械能守恒定律”的實驗，有下列器材可供選用：鐵架臺，打點計時器，復寫紙，紙帶，秒表，低壓直流電源，導線，電鍵，天平。其中不必要的器材有： ；缺少的器材 。 （2）在驗證機械能守恒定律時，如果以v2／2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的圖線應是 ，才能驗證機械能守恒定律，其斜率等于 的數(shù)值。 （3）在做“驗證機械能守恒定律”的實驗時，用打點計時器打出紙帶如圖3所示，其中A點為打下的第一個點，0、1、2……為連續(xù)的計數(shù)點?，F(xiàn)測得兩相鄰計數(shù)點之間的距離分別為s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相鄰計數(shù)點間的打點時間間隔均為T。根據(jù)紙帶測量出的距離及打點的時間間隔，可以求出此實驗過程中重錘下落運動的加速度大小表達式為： ____ ____ _。在打第5號計數(shù)點時，紙帶運動的瞬時速度大小的表達式為___ _____。要驗證機械能守恒定律，為減小實驗誤差，應選擇打下第_________號和第__________號計數(shù)點之間的過程為研究對象。 （4）某次“驗證機械能守恒定律”的實驗中，用6V、50Hz的打點計時器打出的一條無漏點的紙帶，如圖4所示，O點為重錘下落的起點，選取的計數(shù)點為A、B、C、D，各計數(shù)點到O點的長度已在圖上標出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質量為1kg。 ①打點計時器打出B點時，重錘下落的速度vB= m/s，重錘的動能EkB= J。 ②從開始下落算起，打點計時器打B點時，重錘的重力勢能減小量為 J。 ③根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內，重錘從靜止開始到打出B點的過程中，得到的結論是 。 五、小結： ⒈為進行驗證機械能守恒定律的實驗，有下列器材可供選用：鐵架臺，打點計時器，復寫紙，紙帶，秒表，低壓直流電源，導線，電鍵，天平。其中不必要的器材有： ；缺少的器材是 。 ⒉物體做自由落體運動時，只受 力作用，其機械能守恒，若物體自由下落H高度時速度為V，應有MgH= ，故只要gH=1/2V2成立，即可驗證自由落體運動中物體的機械能守恒。 ⒊在打出的各紙帶中挑選出一條點跡 ，且第1、2兩打點間距離接近的紙帶。 ⒋測定第N個點的瞬時速度的方法是：測出與N點相鄰的前、后兩段相等時間T內下落的距離SN和SN+1，，有公式VN= 算出。 ⒌在驗證機械能守恒定律時，如果以v2／2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出的圖線應是 ，才能驗證機械能守恒定律，其斜率等于 的數(shù)值。 六、作業(yè)布置： 1、在《驗證機械能守恒定律》的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，測得當?shù)氐闹亓铀俣萭=9.8m/s2，測得所用重物的質量為1.00kg，實驗中得到一點跡清晰的紙帶（如圖），把第一點記作O，另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量的點，經測量知道A、B、C、D到0點的距離分別為62.99cm,70.18cm,77.76cm,85.73cm,根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，可知重物由0運動到C點，重力勢能的減小量等于_______J,動能的增加量等于_______J。（取三位有效數(shù)字） 學習心得：