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1、【知识点名称知识点名称】验证机械能守恒定律【课标内容对照课标内容对照(沪科 J)课程标准课程标准的要求的要求(沪科 J) *理解重力势能。知道重力势能的变化与重力做功的关系。 (沪科 J) *通过实验，验证机械能守恒定律。理解机械能守恒定律。用机械能守恒定律分析生活和生产中的有关问题。(沪科 J) *了解自然界中存在多种形式的能量。知道能量守恒是最基本、最普遍的自然规律之一。(沪科 J) *通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性。了解能源与人类生存和社会发展的关系，知道可持续发展的重大意义。【知识点讲解知识点讲解】(人教 K)实验：验证机械能守恒定律(人教K) 这一节将通
2、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.(人教J)实验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，也深化了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，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(人教K)实验方法所用装置如图5.91.重物的质量用天平测出，纸带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
3、时速度，从而得到它在各点的动能.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.(人教 J) (1)仪器及器材电火花计时器(或电磁打点计时器)；重物(质量300 g3 g)及纸带；天平(秤量大于300 g)及砝码；铁架台、复夹、烧瓶夹；电源(人教K)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7 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？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.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
4、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).(人教 J) (2)注意事项计时器要稳定地固定在铁架台上，计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，铁架台放在桌边，计时器距地面高度约 1 m试验装置如图 5-11 所示，在铁架台上部安装一根横杆，固定一个夹子夹住纸带始端，纸带不会上下晃动，下落时初速为零，打出的第一个点是清晰的小点为减小测量高度 h 值的相对误差，选取的各计数点要离起始点远一些要从起始点开始测量出h1、h2，再求出21hhh 计时器附带的重物质量为 300 g3 g实验室常用的托盘天平秤量只有 200 g如果没有 500 g 秤量的物理天平，可以用校准的 500
5、 g 弹簧秤替代误差分析：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电磁打点计时器的阻力大于电火花计时器交流电的频率 f 不是 50 Hz 也带来误差f50 Hz，使动能的误差进一步加大，f50 Hz 则可能出现的结果EEKPEEKP过程开始和终结位置的选择实验用的纸带一般小于 1 m，从起始点开始大约能打出 20 个点终结位置的点可选择倒数第一个点或倒数第二个点，从这一个点向前数 46 个点当开始的点，可以减小这两个点瞬时速度及两点之间距离(高度 h)测量的误差(人教 J) (3)教学中的几点考虑在纸带上选
6、择某两点，比较重物在这两点的动能与势能之和，从而验证机械能守恒定律，是否回避起始点?课文中“纸带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” 在第四节中已经学习了重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为参考点，势能的大小不必从起始点开始计算如图 5-12 所示，选取 2、5 两点，比较它们的机械能 E2和 E5，以点 5 为零势能参考点，则有EmghEK2k5这样，纸带上打出起始点 0 后的第一个 O02 s 内的位移是否接近 2 mm，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都可以用于计算机械能是否守恒实验时如果用夹子夹住纸带，打点计时器打出的第
7、一个计时点的点迹清晰，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，从而测量误差加大（鲁科 J）实验验证机械能的转化和守恒是本节课的重点。建议教师围绕以下几个问题展开讨论：(1)要验证机械能守恒需要测量哪些物理量?(2)这些物理量可以用什么方法、什么仪器来测量?(3)为了使计算方便，应如何选择零势能参考点?(4)如何设计记录实验数据的表格？ 在学生做实验前，一定要让学生明确：(1)要使计算方便，应该选择初速度为零时的位置为零势能参考点，这样总机械能应为零；(2)为了使纸带上第一个点的速度为零，必须
8、先接通打点计时器的电源，再松开纸带，让重物自由下落；(3)根据 ，等式两边的质量 m 可以约掉，所以该实验不必测重物的质量。以下是供参考的实验数据记录表。填写上表中应注意：由于物体是下落的，所以计算出的物体的重力势能应为负值。(沪科 K)应用机械能守恒定律分析问题应用机械能守恒定律分析问题(沪科 K)在生活和生产中，应用机械能守恒定律分析解决有关的力学问题往往比较方便。在分析问题时，首先要注意是否只有重力做功。【生活应用生活应用】【课本习题课本习题】(沪科 K)家庭作业与活动家庭作业与活动1(沪科 K)下列哪些事例中的机械能是守恒的?为什么?A.雨滴接近地面时匀逮下落B铅球在空中飞行(空气阻力
9、不计)C.玩具小车沿光滑斜面向上运动(空气阻力不计)D.“神舟”5 号载人飞船与运载火箭分离前与分离后的运动A机械能不守恒。B机械能守恒。C 此问题可让学生讨论，训练学生的发散思维。D飞船与运载火箭分离前，飞船的机械能不守恒；分离之后，只有重力做功，飞船的机械能守恒。2(沪科 K)佃利略在他的理想实验中认为在汲有摩擦阻力的情况下小球从斜面的一定高度澶下，必然在一个对接的斜面上冲到同样的高度，且不因这个斜面的倾角变化而变化(图 45)。由于傲这个实验时摩榨阻力总是存在的，所以伽利略特别指出“在没有摩擦阻力的情况下” 。理在，你能运用机械能守恒定律来解释伽利略的想法吗？这道题目是用机械能守恒定律来
10、解释伽利略的理想实验，让学生体会理想实验。无论斜面的倾角怎样变化，机械能都守恒。3(沪科 K)滑雪运动员从离水平地面 30m 的高处，沿弯曲起伏的滑道向水平地面滑行，阻力不计。运动员滑到水平地面时具有多大的速度? 取水平地面为重力势能的零参考面。由机械能守能量的转化与守恒定律得：2 21mvmgh smsmghv/3 .24/308 . 9224(沪科 K)从高楼的窗户随意向外丢东西是很危险的。假设某人从十层楼房的窗户以 8m6 的建度向外抛出一只烂苹果你能求出苹果落地时的动能吗(阻力不计)?你认为还需要知道哪些物理量?你估计这些物理量应该是多大?苹果落地时的动能与苹果抛出时的韧建度方向有关吗
11、? 由机械能守恒定律可以求出苹果落地时的动能：JJmvmghEk9 .22)808. 021268 . 908. 0(2122苹果落地时的动能与苹果抛出的初速方向无关。5(沪科 K)17 世纪初，伽利略在研究中发现了“摆球的等高性” 。图 416 是他当时研究的装置图(叫伽利略摆)。将小铁球拉到一定高度，然后释放观察小球能摆多高，在哪个位置速度最夹一个夹子使得小球运动到最低点时，挂小球的细线被这个夹子挡住。将小球拉到与先 前同样的高度然后释放观察小球能摆多高，在哪个位置速度最大。做一下伽利略的实验，你观察的结果是什么?请用机械能的知识进行分析。【基础例题基础例题】(沪科 K)案例分析案例分析(
12、沪科 K)案例案例 1 1 图 413 是上海“明珠线”某车站的设计方案。由于站台建得稍寓电车进站时要上坡，出站时要下坡。忽略斜坡的摩擦力，你能从机械能守恒定律分析这种设计的优点吗?(沪科 K)分析分析 电车进站前虽关闭了电动机，但仍具有动能，可使电车爬上斜坡，这是将动能转化为势能储存。出站时，电车可利用斜坡再将势能转化成动能。可见，这种设计方案可以节约电能。你认为这种设计方案还有哪些优点?说说你的看法。(沪科 J) “案例分析”中的案例 1 是机械能守恒定律在现代生活应用中的一个典型事例。这种设计的主要目的是节约能源，它还可使电车在关闭电动机进站时在较短距离内较快停下，出站时在较短距离内得到
13、较大的速度。这对于空间资源宝贵的城市尤为重要。( (沪科沪科 K)K)案例案例 2 2 打桩机重锤的质量为 250g，被提升到 20m 的高度后自由下落，求它到达地面时的动能和速度(g 取 10ms)。2(沪科 K)分析分析 提升到高处的重锤具有重力势能。因为重锤在自由下落过程中，只有重力做功，所以机械能守恒。重锤到达地面时，势能全部转化为动能。可用动能公式计算这时重锤的速度。请完成有关的计算。(沪科 K)案例案例 3 3 自然界中的很多现象都遵循机械能守恒定律，试用机械能守恒定律分析图 414 中的现象。(沪科 K)分析分析 物体的重力是由于地球对物体的引力而产生的。地球表面的物体只有重力做
14、功，机械能是守恒的。研究表明，宇宙中各星球之间都存在着相互作用的引力(第 5 章将专门研究这个问题)，因而行星绕太阳运动、月球绕地球运动、人造卫星和宇宙飞船绕地球运动，都符合机械能守恒的条件，它们的机械能都守恒。(沪科 J)案例 3 的内容可向学生作简单介绍，目的是让学生明白自然界中很多现象都遵循机械能守恒定律。还可以鼓励学生再举出一些例子。 ）【其他习题其他习题】【基础探究活动基础探究活动】(人教 J)实验验证机械能守恒定律(1)用单摆做定量测量：装置如图 5-22 所示在长 l 约 0.5 m 的细线下端拴一个质量为 m 的金属球，细线的上端用两片形状如图中N 所示的木片夹牢，木片由烧瓶夹
15、 J 固定在铁架(图中未画出)的上部水平木条 T 也装在铁架上部，铁架下部装一个刮脸刀片 D，刀片平面取水平方向，刀刃应与摆线的运动方向 v 斜交而不要垂直(见俯视图)，这样才能迅速把线割断仔细调整刀刃的位置，使之恰好能在球摆到最低点时把线割断，割断处应尽量靠近摆球在水平地面上放一张白纸，上面再放一张复写纸，即图中的 E实验方法是：在摆球静止时，量出摆长 l(悬点 O 到球心距离)和球的下缘到地面的竖直高度 H以木条 T 为基准，把摆拉成水平，自A 点由静止开始释放摆到最低点 B 时，线被割断，球被平抛出去，落在复写纸 E 上，打出痕迹，记录下落地点 C再量出水平射程s利用平抛运动规律(学生没
16、有学过，可直接告诉学生)求出球在 B 点速度再计算球由 A 到 B 过程中动能的增加量由 l 值2svH g21 2Emvk计算球由 A 到 B 过程中重力势能的减少量.最后看是否与近似相EmglkEkEp等而得出机械能守恒的结论没有配备打点计时器的学校，还可以用此法让学生做分组实验(2)用气垫导轨：先非常仔细地把导轨调成水平，然后如图 5-23 所示用垫块把导轨的一端垫高 H滑块 m 上面装 l=3 cm 的挡光框，使它由轨道上端任一处滑下，测出它通过光电门和时的速度和，就可算出它由到这段过程中动能1G2G1v2v1G2G的增加量，由图可知，由已知的 L 值和所取的 H、s 值可算22 211()2Em vvkhH sL出 h 值，再算出滑块由到这段过
