2019-2020年人教版必修二7.9《宇宙航行》WORD教案4.doc

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2019-2020年人教版必修二7.9《宇宙航行》WORD教案4 課 題 7.9 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 課 型 新授課（2課時(shí)） 教 學(xué) 目 標(biāo) 知識與技能 1．會用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動的速度． 2．掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理． 過程與方法 通過用紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，體驗(yàn)驗(yàn)證過程和物理學(xué)的研究方法． 情感、態(tài)度與價(jià)值觀 通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)踐，樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)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(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度． 教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn) 教學(xué)重點(diǎn) 掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理． 教學(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) 教 學(xué) 手 段 教具準(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、鐵架臺和鐵夾、刻度尺、小夾子． 教 學(xué) 活 動 [新課導(dǎo)入] 師：上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律，我們首先采復(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)，動能與勢能可以相互轉(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)動中機(jī)械能是不是守恒? 生：自由落體運(yùn)動中物體只受到重力的作用，這個(gè)過程只有重力做功，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)什么來進(jìn)行推導(dǎo)呢? 生1：可以通過牛頓運(yùn)動定律進(jìn)行推導(dǎo)． 生2：可以根據(jù)動能定理進(jìn)行推導(dǎo)． (投影展示與一個(gè)自由落體運(yùn)動相關(guān)的題目，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)動定律和動能定理推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律，再一次熟悉這個(gè)定律，并為本節(jié)課的教學(xué)打下基礎(chǔ)) [新課教學(xué)] 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1中，質(zhì)量為m的物體從O點(diǎn)自由下落，以地作零重力勢能面，下落過程中任意兩點(diǎn)A和B的機(jī)械能分別為： EA=， EB= 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 EA=EB，即= 上式亦可寫成 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(diǎn)至任意一點(diǎn)（如圖1中A點(diǎn)）來進(jìn)行研究，這時(shí)應(yīng)有：----本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式，式中h是物體從O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．低壓電源及兩根導(dǎo)線，鐵架臺和鐵夾，刻度尺，小夾子． 師：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的作用是什么? 生：記錄在紙帶上打的點(diǎn)，用這些點(diǎn)來求出物體在經(jīng)過某一點(diǎn)的速度． 師：低壓交流電源是不是必需的? 生：低壓交流電源并不是必需的，如果采用的是電火花計(jì)時(shí)器時(shí)，它所需要的電壓是交流220V，所以不需要低壓電源． 師：重物選取的原則是什么?為什么? 生：密度比較大，質(zhì)量相對比較大，可以減小因?yàn)榭諝庾枇淼恼`差． 師：實(shí)驗(yàn)中還有哪些應(yīng)該注意的地方? 生：計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定在鐵架臺上，計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向，鐵架臺放在桌邊，計(jì)時(shí)器距地面的距離大約是1 m． 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)中的誤差主要來源于哪里? 生：重物和紙帶下落過程中要克服阻力，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50 Hz測量數(shù)據(jù)時(shí)的誤差等等． 師：過程開始和終結(jié)位置是怎樣選擇的? 生：實(shí)驗(yàn)用的紙帶一般小于1 m，從起始點(diǎn)開始大約能打出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)4—6個(gè)點(diǎn)當(dāng)開始的點(diǎn)． 師：這樣選取的目的是什么? 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h)測量的誤差． 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，這樣就能得到重物下落過程中勢能的變化”．在第四節(jié)我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了重力勢能的相對性，處理紙帶時(shí)選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為參考點(diǎn)，勢能的大小不必從起始點(diǎn)開始計(jì)算． 師：在實(shí)驗(yàn)中是不是要先進(jìn)行測量重物的質(zhì)量呢? 圖2 0 1 2 3 4 s1 s2 s3 h1 h2 h3 h4 生：不需要測量重物的質(zhì)量，因?yàn)檫@個(gè)物理量在式子兩邊可以約掉． 師：實(shí)驗(yàn)中重物經(jīng)過某一點(diǎn)的速度是怎樣得到的呢? (投影展示學(xué)生的推導(dǎo)過程，這個(gè)結(jié)論非常重要，一定要讓學(xué)生能夠自己推導(dǎo)) 2、如何求出A點(diǎn)的瞬時(shí)速度vA？ 根據(jù)做勻加速運(yùn)動的物體在某一段時(shí)間t內(nèi)的平均速度等于該時(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。 圖2是豎直紙帶由下而上實(shí)際打點(diǎn)后的情況。從O點(diǎn)開始依次取點(diǎn)1，2，3，……圖中s1，s2，s3，……分別為0～2點(diǎn)，1～3點(diǎn)，2～4點(diǎn)…… 各段間的距離。 根據(jù)公式，t=20.02 s（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)相對應(yīng)的瞬時(shí)速度v1，v2，v3，…….例如： 量出0～2點(diǎn)間距離s1，則在這段時(shí)間里的平均速度，這就是點(diǎn)1處的瞬時(shí)速度v1。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？ 圖2中h1，h2，h3，……分別為紙帶從O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)的重力勢能和動能，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。 學(xué)生活動：學(xué)生看書明確實(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)器測速度》的實(shí)驗(yàn)，掌握用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測量勻變速直線運(yùn)動速度的方法。 4、描繪圖像 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)，也就是說每0.1 s為一個(gè)時(shí)間間隔呢? 生：如果時(shí)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(diǎn)數(shù)不夠用的情況，所以時(shí)間間隔不能太長． 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． (學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)的步驟，教師巡回指導(dǎo)，幫助能力較差的學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)步驟)(參考實(shí)驗(yàn)步驟) 1．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺上，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，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重錘停靠在打點(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)上一步的過程，打三到五條紙帶． 5．選擇一條點(diǎn)跡清晰且第l、2點(diǎn)間距離接近2 mm的紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上0，以后各點(diǎn)依次為1、2、3……用刻度尺測量對應(yīng)下落的高度h1\h2\h3，……記人表格中． 6．用公式vn=hn+1+hn-1/2t，計(jì)算出各點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1\v2\v3……并記錄在表格中． 各計(jì)數(shù)點(diǎn) l 2 3 4 5 6 下落高度 速度 勢能 動能 結(jié)論 7．計(jì)算各點(diǎn)的重力勢能的減少量mgh。和動能的增加量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)填人表格，那么我們應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)什么樣的表格來適應(yīng)于實(shí)驗(yàn)?zāi)? (學(xué)生思考表格的設(shè)計(jì)方法，獨(dú)立完成表格的設(shè)計(jì))(參考表格) 教師活動：在學(xué)生開始做實(shí)驗(yàn)之前，老師應(yīng)強(qiáng)調(diào)如下幾個(gè)問題： 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、是否需要測量重物的質(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？為了減小測量 h值的相對誤差，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？ 學(xué)生活動：思考老師的問題，討論、交流。選出代表發(fā)表見解。 1、因?yàn)榇螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔0.02 s打點(diǎn)一次，在最初的0.02 s內(nèi)物體下落距離應(yīng)為0.002 m，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2 mm 的紙帶進(jìn)行測量；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 =0.02 s. 2、因?yàn)椴恍枰牢矬w在某點(diǎn)動能和勢能的具體數(shù)值，所以不必測量物體的質(zhì)量 m，而只需驗(yàn)證就行了。 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。為了減小測量 h值的相對誤差，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。 課余作業(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，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3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)?，F(xiàn)測得兩相鄰計(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)過程中重錘下落運(yùn)動的加速度大小表達(dá)式為____ _____。在打第5號計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，紙帶運(yùn)動的瞬時(shí)速度大小的表達(dá)式為___ _____。要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選擇打下第_________號和第__________號計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的過程為研究對象。 學(xué) 生 活 動 作 業(yè) （4）某次“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，用6V、50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條無漏點(diǎn)的紙帶，如圖4所示，O點(diǎn)為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)為A、B、C、D，各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的長度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為1kg。 ①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，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(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，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(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點(diǎn)的過程中，得到的結(jié)論是 。 ［參考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低壓直流電源、天平。缺少的器材是低壓交流電源、重錘、刻度尺。（2）通過原點(diǎn)的直線、g. （3）（s6+ s5+ s4- s3- s2 –s1）/9T 2， （s5+ s6）/2T，1、5. （4）①1.175，0.69，0.69 ②0.69， ③機(jī)械能守恒。］ 板 書 設(shè) 計(jì) 7.9 實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 一、實(shí)驗(yàn)方法 驗(yàn)證用自由落體運(yùn)動中機(jī)械能守恒 二、要注意的問題 實(shí)驗(yàn)的誤差來源 三、速度的測量 做勻變速運(yùn)動的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度． 教 學(xué) 后 記 教學(xué)體會 思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實(shí)踐活動，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。