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高中物理 4.5《验证机械能守恒定律》教案 粤教版必修2

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第五节 验证机械能守恒定律 一、教学目的: 1.知识与技能 (1)知道机械能守恒定律的内容和意义.应向学生说明定律有两层意思:一是 动能和势能可以相互转化 ,二是总机械能守恒. (2)知道机械能守恒的条件:只有重力和弹力做功,只发生动能和势能的相互 转化. (3)通过验证机械能守恒定律进一步加深对机械能守恒条件的理解。 2.过程与方法 (1)通过这个开放型实验,了解学生对所学知识的掌握和灵活应用程度,了解 学生对实验仪器的作用和使用的掌握情况. (2)根据学生设计的实验方案,了解学生对机械能守恒条件的理解程 度,学会 怎样减小实验误差. (3)通过实验,使学生学会处理和解决实际问题的一般思路和方法. 3.情感、态度与 价值观 (1)通过这个开放型实验,培养学生的创新意识和探索能力. (2)通过汇报与交流,使学生了解实验方案的不足,实际操作的不便,促使学 生对实验方案和实验步骤进行改进,提高实验的准确性. 二、教学重难点: 1.验证机械能守恒定律的实验原理。 2.验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。 三、教学过程: (一)复*知识,引入新课: 1.机械能守恒定律在本实验中具体表达式: 在图 1 中,质量为 m 的物体从 O 点自由下落,以地作零重力势能面,下落 过程中任意两点 A 和 B 的机械能分别为: EA= 1 2 mVA2 ? mghA , EB= 1 2 mVB2 ? mghB 如果忽略空气阻力,物体下落过程中的机械能守恒, 于是有 h hA hB 1 图1 E A=EB,即 1 2 mVA2 ? mghA = 1 2 mVB2 ? mghB 上式亦可写成 1 2 mVB2 ? 1 2 mVA2 ? mghA ? mghB 该式左边表示物体由 A 到 B 过程中动能的增加,右边表示物体由 A 到 B 过 程中重力势能的减少。等式说明,物体重力势能的减少等于动能的增加。为了方 便,可以直接从开始下落的 O 点至任意一点(如图 1 中 A 点)来进行研究,这 时应有:1 2 mVA2 ? mgh ----本实验要验证的表达式,式中 h 是物体从 O 点下落至 A 点的高度,VA 是物体在 A 点的瞬时速度。 2.如何求出 A 点的瞬时速度 VA? 根据做匀加速运动的物体在某一段时间 t 内的*均速度等于该时间中间时 刻的瞬时速度可求出 A 点的瞬时速度 VA。 图 2 是 竖直纸带由下而上实际打点后的情况。从 O 点开始依次取点 1,2,3,…… 图中 S1,S2,S3,……分别为 0~2 点,1~3 点,2~4 点…… 各段间的距离。 根据公式V ? S ,t=2×0.02S(纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是 t 0.02S),可求出各段的*均速度。这些*均速度就 等于是 1,2,3,……各点相对应 的即时速度 V1,V2,V3,…….例如: 量出 0~2 点间距离 S1 ,则在这段时间里 4 的*均速度V1 ? S1 t ,这就是点 1 处的瞬时速度 V1。依次类推可求出点 2,3,……处的瞬时速度 V2,V3,……。 S3 3.如何确定重物下落的高度? 图 2 中 h1,h2,h3,……分别为纸带从 O 点下 落的高度。 根据以上数值可以计算出任意点的重力势 S1 能和动能,从而验证机械能守恒定律。 (二)进行新课: 3 S2 2 1 0 h4 h3 h2 h1 做实验之前,强调如下几个问题: 图2 1.该实验中选取被打点纸带应注意两点: 2 一是第一点 O 为计时起点,O 点的速度应为零。怎样判别呢?因为打点计时器每 隔 0.02S 打点一次,在最初的 0.02S 内物体下落距离应为 0.002m,所以应从几条纸 带中选择第一、二两点间距离接*两年 2mm 的纸带进行测量;二是在纸带上所 选的点就是连续相邻的点,每相邻两点时间间隔 t=0.02S. 2.因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值,所以不必测量物体 的质量 m,而只需验证 1 2 Vn2 ? ghn 就行了。 3.打点计时器要竖直架稳,使其两限位孔在同一竖直*面内,以尽量减少 重物带着纸带下落时所受到的阻力作用。 4.实验时,必须先接通电源,让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重 物下落。 5.测量下落高度时,都必须从起始点算起,不能弄错。为了减 小测量 h 值的相对误差,选取的各个计数点要离起始点适当远些。 然后学生进行分组实验。 (三)小结 (四)课外作业: (1)为进行【验证机械能守恒定律】的实验,有下列器材可供选用:铁架 台,打点计时器,复写纸,纸带,秒表,低压直流电源,导线,电键,天*。其 中不必要的器材有: ;缺少的器材是 。 (2)在验证机械能守恒定律时,如果以 v2/2 为纵轴,以 h 为横轴,根据实 验数据绘出的图线应是 ,才能验证机械能守恒定律,其斜率等于 的数值。 图3 (3)在做“验证机械能守恒定律”的实验时,用打点计时器打出纸带如图 3 所示,其中 A 点为打下的第一个点,0、1、2……为连续的计数点。现测得两 相邻计数点之间的距离分别为 s 1、s2、s3、s4、s5、s6,已知相邻计数点间的打点 时间间隔均为 T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔,可以求出此实 验过 3 程中重锤下落运动的加速度大小表达式为____ _____。在打第 5 号计数点时, 纸带运动的瞬时速度大小的表达式为___ _____。要验证机械能守恒定律, 为减小实验误差,应选择打下第_________号和第__________号计数点之间的过 程为研究对象。 (4)某次“验证机械能守恒定律”的实验中,用 6V、50Hz 的



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