《高中物理专题7.9验证机械能守恒定律教学设计新人教版必修》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高中物理专题7.9验证机械能守恒定律教学设计新人教版必修（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、教材分析验证机械能守恒定律通过机械能守恒定律的学习，学生对机械能守恒定律及其守恒条件有了明确的认识。本节安排在学习了机械能守恒定律之后，使学生不仅从理论上了解机械能守恒定律，而且通过实际观测从感性上增加了认识，深化学生对机械能守恒定律的理解。在这一实验之前学生多次使用过打点计时器，对处理纸带的方法并不陌生，实验操作也比较容易，所以要求学生认真看书，完成实验。课文中重点介绍了瞬时速度测量的另一种方法，要求学生明白道理。在前面的实验中，测速度时都是用两点间的平均速度代表其中某点的瞬时速度，本节证明了“做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于与它相邻的两点间的平均速度”。前面没有使用这种方法，目的是
2、使学生更多地通过实验认识瞬时速度，同时也是为了避免盲目追求精确度的倾向。学情分析学生在本节实验之前已经学习了机械能守恒定律，掌握了机械能守恒定律的理论知识。学生也多次使用过打点计时器，熟悉与打点计时器有关的实验操作，对处理纸带的方法也很熟悉。 3要明确纸带选取及测量瞬时速度简单而准确的方法。【过程与方法】1通过学生自主学习，培养学生设计实验、采集数据，处理数据及实验误差分析的能力；2通过同学们的亲自操作和实际观测掌握实验的方法与技巧；3通过对纸带的处理过程培养学生获取信息、处理信息的能力，体会处理问题的方法，领悟如何间接测一些不能直接测量的物理量的方法；4通过实验过程使学生体验实验中理性思维的
3、重要，既要动手，更要动脑。【情感态度价值观】教学重难点【教学重点】实验原理及方法的选择及掌握。【教学难点】实验误差分析的方法。课前准备 多媒体素材、课件。电火花计时器（或电磁打点计时器）；重物（质量300g3g）及纸带；天平（秤量大于300g）及砝码；铁架台、复夹、烧瓶夹；电源。教学过程新课导入上节课我们从理论上学习了机械能守恒定律，我们从定律内容及守恒条件上初步理解了机械能守恒定律，这一节将通过实验来研究物体自由下落过程中动能与势能的变化，从而验证机械能守恒定律。新课教学【实验目的】利用重物自由下落的现象验证机械能守恒定律。【实验方法】重物的质量用天平测出（本实验也可以不测重物的质量），纸带
4、上某两点的距离等于重物下落的高度，这样就能得到重物下落过程中势能的变化。重物的速度可以用大家熟悉的方法从纸带测出，这样也就知道了它在各点的瞬时速度，从而得到它在各点的动能。hv比较重物在某两点间的动能变化与势能变化，就能验证机械能是否守恒。在只有重力做功的自由落体运动中，物体的重力势能和动能可以相互转化，但总的机械能守恒。如果忽略空气的阻力，这时物体的机械能守恒，即重力势能的减少等于动能的增加。设物体的质量为m，下落距离为h时物体的瞬时速度为v，则重力势能减少mgh，动能增加，故有mgh利用打点计时器打出的纸带，测出重物下落的高度h，利用时间t内的平均速度等于该段时间中点时刻的瞬时速度算出对应
5、时刻的瞬时速度v，即可验证机械能是否守恒。若从重物下落过程中的某一点A开始，设重物的质量为m，测出物体对应于A点的速度vA，再测出物体由A点下落h后经过B点的速度vB，则在误差允许范围内，根据机械能守恒有将对应各量代入，在实验误差范围内，若等式成立，机械能守恒定律即被验证。【实验器材】铁架台（带铁夹）、电火花计时器（或打点计时器）、直尺、重锤、纸带、导线、电源。【要注意的问题】1重物下落过程中，除了重力外会受到哪些阻力？怎样减少这些阻力对实验的影响？阻力主要有空气阻力、纸带与计时器间的阻力等。在实验中可选择质量较大、密度较大的重物，可减少阻力的影响。安装打点计时器时，必须使两纸带限位孔在同一竖
6、直线上，以减小摩擦阻力。2重物下落时，最好选择哪两个位置作为过程的开始和终结的位置？开始点选择纸带上的起点，且第1、2两点间的距离应接近2mm。终结点应选择距起点较远的点，这样测量的相对误差较小。3为了增加实验结果的可靠性，可以重复进行多次实验，还可以在一次下落中测量多个位置的速度，比较重物在这些位置上动能与势能之和。只有通过多次比较，才能得到正确的结果。4实验报告中要写明本实验的目的、原理、器材、主要实验步骤、数据的分析、结论，以及对结论可靠性的评估（包括对可能产生的误差的分析）。根据本实验的方法，由于阻力的作用，本实验中减少的重力势能略大于增加的动能。【速度的测量】我们学过了匀变速运动的规
7、律，并且已经知道自由落体的运动是匀变速运动，就可以用一个更简单、更准确的方法测量重物下落时的瞬时速度了。如图所示，A、B、C是纸带上相邻的三个点，由于已经知道纸带以加速度a做匀加速运动，所以A、C两点的距离可以表示为式中“2t”是A、C两点的时间间隔。这样，A、C之间的平均速度可以写成另一方面vBvAat所以这表明：做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度。即中间时刻的瞬时速度等于这段时间的平均速度。【实验步骤】1如图所示，把打点计时器竖直地固定在置于桌边的铁架台上，将打点计时器与电源连接好。 电火花计时器纸带夹子重物2将纸带穿过电火花记时器或打点计时器的限位孔，并把纸带的
8、一端固定在重物上，使重物停靠在打点计时器的地方，先用手提着纸带。 3先接通电源，松开纸带，让重物带着纸带自由下落，计时器就在纸带上打下一列小点。 4重复几次，得到35条纸带。 5在打好点的纸带中挑选“点迹清楚且第一、二两点间距离约为2mm”的一条纸带，记下第一个点的位置O，并在纸带上从任意点开始依次选取几个连续的点1、2、3，并用刻度尺依次测出各点到位置O的距离，这些距离就是物体运动到点1、2、3、时下落的高度h1、h2、h3。 6应用平均速度就是中间时刻的瞬时速度的方法 ，计算出各点对应的瞬时速度v1、v2、v3。 7把得到的数据真入表格里，计算各点对应的势能减少量mgh，以及增加的动能，并
9、比较是否跟理论一致。计算时g取当地的数值。8拆掉导线，归整器材。【记录及数据处理】g9.8m/s2，T0.02sh1(OB)h2(OC)AOEDCBh3(OD)Ep1mgh1Ep2mgh2Ep3mgh3x1(AB)x2(BC)x3(CD)x4(DE)结论：_【注意事项】1打点计时器的两限位孔必须在同一竖直线上，以减少摩檫阻力。 2实验时必须先接通电源，然后松开纸带让重物下落。 3测量下落高度时，必须从起始点算起。选取的各计数点要离起始点远些，可减少物体下落距离h的测量误差。纸带不宜过长，约40即可。因重物自由下落时的加速度较大，每两个计数点间的时间间隔不一定取连打5个点的时间为计时单位。 4实
10、验中因不需要知道动能和势能的具体数值，故不需测物体的质量m。 5实际上重物和纸带下落过中要克服阻力做功，所以动能的增加量要小于势能的减少量。6纸带的上端最好不要悬空提着，要保证重物下落的初速度为零，并且纸带上打出的第一个点是清晰的小点。7纸带挑选的标准是第一、二两点间的距离接近2mm。【误差分析】1由于测量长度带来的误差属偶然误差，减小的办法一是测距离时都从起点O量起，二是多测几次取平均值。 2实际上重物和纸带下落过程中要克服阻力(主要是打点计时器的阻力)做功，故动能的增加量EK必定稍小于势能的减少量EP，这是属于系统误差。【问题讨论】问题1：本实验要不要测量物体的质量？问题2：对实验中获得的
11、数条纸带应如何选取？分组讨论，得出结论，选取合适的纸带以备处理数据之用。（1）用验证 这是以纸带上第一点（起始点）为基准点来验证机械能守恒定律的方法。由于第一点应是重物做自由落体运动开始下落的点，所以应选取点迹清晰且第1、2两点间的距离接近2mm的纸带。（2）用验证，这是回避起始点，在纸带上选择后面的某两点验证机械能守恒定律的方法。由于重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为基准点，势能的大小不必从起始点开始计算。这样，纸带上打出起始点O后的第一个0.02s内的位移是否接近2mm，以及第一个点是否清晰也就无关紧要了。实验打出的任何一条纸带，只要后面的点迹清晰，都可以用于计算机械能是否守恒。实
12、验开始时如果不是用手提着纸带的上端，而是用夹子夹住纸带的上端，待开始打点后再松开夹子释放纸带，打点计时器打出的第一个点的点迹清晰，计算时从第一个计时点开始至某一点的机械能守恒，其误差也不会太大。回避第一个计时点的原因也包括实验时手提纸带的不稳定，使第一个计时点打出的点迹过大，从而使测量误差加大。问题3：重物的速度怎样测量？结合教材介绍独立推导测量瞬时速度并得出结论。做匀变速直线运动的纸带上某点的瞬时速度，等于与之相邻两点间的平均速度。前面已经推导过。也可以结合速度图象推导。问题4：实验误差分析，提出问题，在得到的实验数据中，大部分同学得到的结论是，重物动能的增加量稍小于重力势能的减少量，即Ek
13、Ep。是怎么造成的呢？分组讨论，得到结论。对学生讨论进行点拨。展示幻灯片。（1）重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸带与计时器之间的摩擦力。（2）计时器平面不在竖直方向，纸带平面与计时器平面不平行是阻力增大的原因。（3）电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器。由于阻力的存在，重物动能的增加量稍小于势能的减少量，即EkEp。在实验中会不会出现，重物动能的增加量稍大于重力势能的减少量，即EkEp的结论呢？交流电的频率f不是50Hz也会带来误差。若f50Hz，由于速度值仍按频率为50Hz计算，频率的计算值比实际值偏小，周期值偏大，算得的速度值偏小，动能值也就偏小，使EkEp的误差进一步加大。根据同
14、样的道理，若f50Hz，则可能出现EkEp的结果。 重物从3号点运动到6号点重力势能的减少量为J0.837J。比较Ek和Ep可知，重物动能的增加量近似等于重力势能的减少量，从而验证了机械能守恒定律。点悟：实验打出的任何一条纸带，只要后面的点迹清晰，都可以用于计算机械能是否守恒。用来验证，这样就回避了起始点，在纸带上选择后面的某两点来验证了机械能守恒定律。【例题3】在验证机械能守恒定律时，如果以为纵轴，以h为横轴，（h为从第一点到选定点的距离）根据实验数据绘出的图象应是什么形状才能验证机械能守恒定律，图线的斜率表示什么？提示：由进行分析。点悟：本题给出了验证机械能守恒定律时，进行数据处理的图象方法。另外，利用本实验中得出的图线的斜率还可以测定重力加速度g。小结本节课利用重物下落的方法验证机械能守恒定律，要掌握实验目的、原理、方法、操作步骤、注意事项、误差分析等。验证机械能守恒定律的方法很多，同学们可以设计其它的方法加以验证。布置作业教材第80页“问题与练习”。8
