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2019-2020年高中物理 7.9 實驗 驗證機械能守恒定律 第16課時教案 新人教版必修2 教學目標 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械能守恒定律，體驗驗證過程和物理學的研究方法。 情感、態(tài)度與價值觀 通過實驗驗證，體會學習的快樂，激發(fā)學習的興趣；通過親身實踐，樹立“實踐是檢驗真理的唯一標準”的科學觀。培養(yǎng)學生的觀察和實踐能力，培養(yǎng)學生實事求是的科學態(tài)度。 教學重點 掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理。 教學難點 驗證機械能守恒定律的誤差分析及如何減小實驗誤差的方法。 教學過程 一、課前導學 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(nèi)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。 二、質(zhì)疑討論 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(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 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是物體從O點下落至A點的高度，vA是物體在A點的瞬時速度。 圖2 0 1 2 3 4 s1 s2 s3 h1 h2 h3 h4 2、如何求出A點的瞬時速度vA？ 根據(jù)做勻加速運動的物體在某一段時間t內(nèi)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。 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，…….例如：量出0～2點間距離s1，則在這段時間里的平均速度，這就是點1處的瞬時速度v1。依次類推可求出點2，3，……處的瞬時速度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。 學生活動：學生看書明確實驗的各項任務及實驗儀器。復習《用打點計時器測速度》的實驗，掌握用打點計時器測量勻變速直線運動速度的方法。 三、反饋矯正 1、在學生開始做實驗之前，應強調(diào)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(zhì)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？ 參考： （1）因為打點計時器每隔0.02 s打點一次，在最初的0.02 s內(nèi)物體下落距離應為0.002 m，所以應從幾條紙帶中選擇第一、二兩點間距離接近兩年2 mm 的紙帶進行測量；二是在紙帶上所選的點就是連續(xù)相鄰的點，每相鄰兩點時間間隔 t =0.02 s. （2）因為不需要知道物體在某點動能和勢能的具體數(shù)值，所以不必測量物體的質(zhì)量 m，而只需驗證就行了。 （3）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紙帶下落時所受到的阻力作用。 （4）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。 （5）這個同學的看法是正確的。為了減小測量 h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點適當遠些好。 2、學生進行分組實驗。 四、鞏固遷移 （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： ；缺少的器材是 。 （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(zhì)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(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點的過程中，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機械能守恒。