驗證機(jī)械能守恒定律教案

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新課標(biāo)要求

(一)知識與技能

1、會用打點(diǎn)計時器打下的紙帶計算物體運(yùn)動的速度。

2、掌握驗證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗原理。

(二)過程與方法

通過用紙帶與打點(diǎn)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。

(三)情感、態(tài)度與價值觀

通過實(shí)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(shí)踐，樹立“實(shí)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(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)

掌握驗證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗原理。

教學(xué)難點(diǎn)

驗證機(jī)械能守恒定律的誤差分析及如何減小實(shí)驗誤差的方法。

教學(xué)方法

教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主設(shè)計實(shí)驗方案，親自動手實(shí)驗，并討論、交流學(xué)習(xí)成果。

教學(xué)工具

重物、電磁打點(diǎn)計時器以及紙帶，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)過程

(一)課前準(zhǔn)備

教師活動：課前布置學(xué)生預(yù)習(xí)本節(jié)實(shí)驗。下發(fā)預(yù)習(xí)提綱，重點(diǎn)復(fù)習(xí)下面的三個問題：

1、推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律在本實(shí)驗中的具體表達(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，這時應(yīng)有：----本實(shí)驗要驗證的表達(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)的瞬時速度。

2、如何求出A點(diǎn)的瞬時速度vA?

根據(jù)做勻加速運(yùn)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(diǎn)的瞬時速度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=2×0.02s(紙帶上任意兩個相鄰的點(diǎn)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(diǎn)相對應(yīng)的瞬時速度v1，v2，v3，…….例如：

量出0～2點(diǎn)間距離s1，則在這段時間里的平均速度，這就是點(diǎn)1處的瞬時速度v1。依次類推可求出點(diǎn)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(diǎn)下落的高度。

根據(jù)以上數(shù)值可以計算出任意點(diǎn)的重力勢能和動能，從而驗證機(jī)械能守恒定律。

學(xué)生活動：學(xué)生看書明確實(shí)驗的各項任務(wù)及實(shí)驗儀器。復(fù)習(xí)《用打點(diǎn)計時器測速度》的實(shí)驗，掌握用打點(diǎn)計時器測量勻變速直線運(yùn)動速度的方法。

(二)進(jìn)行新課

教師活動：在學(xué)生開始做實(shí)驗之前，老師應(yīng)強(qiáng)調(diào)如下幾個問題：

1、該實(shí)驗中選取被打點(diǎn)紙帶應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是第一點(diǎn)O為計時起點(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)計時器時應(yīng)注意什么?為什么?

4、實(shí)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(xué)認(rèn)為都必須從起始點(diǎn)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(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、因為打點(diǎn)計時器每隔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)時間間隔t=0.02s.

2、因為不需要知道物體在某點(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，而只需驗證就行了。

3、打點(diǎn)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(diǎn)計時器正常工作后才能松開紙帶讓重物下落。

5、這個同學(xué)的看法是正確的。為了減小測量h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些好。

教師活動：聽取學(xué)生匯報，點(diǎn)評，幫助學(xué)生解決困難。

學(xué)生活動：學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗。

課余作業(yè)

1、完成實(shí)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(shí)驗，有下列器材可供選用：鐵架臺，打點(diǎn)計時器，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)在驗證機(jī)械能守恒定律時，如果以v2/2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗數(shù)據(jù)繪出的圖線應(yīng)是，才能驗證機(jī)械能守恒定律，其斜率等于的數(shù)值。

(3)在做“驗證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗時，用打點(diǎn)計時器打出紙帶如圖3所示，其中A點(diǎn)為打下的第一個點(diǎn)，0、1、2……為連續(xù)的計數(shù)點(diǎn)。現(xiàn)測得兩相鄰計數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相鄰計數(shù)點(diǎn)間的打點(diǎn)時間間隔均為T。根據(jù)紙帶測量出的距離及打點(diǎn)的時間間隔，可以求出此實(shí)驗過程中重錘下落運(yùn)動的加速度大小表達(dá)式為_________。在打第5號計數(shù)點(diǎn)時，紙帶運(yùn)動的瞬時速度大小的表達(dá)式為________。要驗證機(jī)械能守恒定律，為減小實(shí)驗誤差，應(yīng)選擇打下第_________號和第__________號計數(shù)點(diǎn)之間的過程為研究對象。

(4)某次“驗證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗中，用6V、50Hz的打點(diǎn)計時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)，選取的計數(shù)點(diǎn)為A、B、C、D，各計數(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)計時器打出B點(diǎn)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(diǎn)計時器打B點(diǎn)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(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)/9T2，

(s5+s6)/2T，1、5.(4)①1.175，0.69，0.69②0.69，③機(jī)械能守恒。]

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。