验证机械能守恒定律 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氵 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 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)复习知识,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0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: h E=mv+mgh,, E=mV2 +mgh 如果忽略空气阻力,物体下落过程中的机械能守恒,于是有 EA=EB, Bp-mV2 +mgh,=mv2 +mgh 图
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）复习知识，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= mVA + mghA 2 2 1 , EB= mVB + mghB 2 2 1 如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有 EA=EB，即 mVA + mghA 2 2 1 = mVB + mghB 2 2 1 h hA hB 图 1
上式亦可写成、/=mg-ngh 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0点至任意一点(如图1中A点)来进行研究,这时应有:mV2=mgh-本实验 要验证的表达式,式中h是物体从0点下落至A点的高度,V是物体在A点的瞬时速度 2.如何求出A点的瞬时速度V? 根据做匀加速运动的物体在某一段时间t内的平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V 图2是竖直纸带由下而上实际打点后的情况。从0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P=S 2×0.18S(纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是0.18S) 可求出各段的平均速度。这些平均速度就等于是1,2,3,……各点相对应的即时速度V1 例如 量出0~2点间距离S1,则在这段时间里的平均 速度1=,这就是点1处的瞬时速度V。依次类 推可求出点2,3,……处的瞬时速度V2,V3,……。 3.如何确定重物下落的高度? 图2中h,h2,h3,…分别为纸带从0点下落的高 度 根据以上数值可以计算出任意点的重力势能和 动能,从而验证机械能守恒定律。 S1 h (二)进行新课 做实验之前,强调如下几个问题 1.该实验中选取被打点纸带应注意两点:一是 图 第一点0为计时起点,0点的速度应为零。怎样判别 呢?因为打点计时器每隔0.18S打点一次,在最初的0.18s内物体下落距离应为0.018m,所 以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近两年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=0.18S
上式亦可写成 mVB − mVA = mghA − mghB 2 2 2 1 2 1 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： mVA = mgh 2 2 1 ----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 内的平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 t S V = ，t=2×0.18S(纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是0.18S), 可求出各段的平均速度。这些平均速度就等于是 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，则在这段时间里的平均 速度 t S V 1 1 = ，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，……。 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能和 动能，从而验证机械能守恒定律。 （二）进行新课： 做实验之前，强调如下几个问题： 1．该实验中选取被打点纸带应注意两点：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 0.18S 打点一次，在最初的 0.18S 内物体下落距离应为 0.018m,所 以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近两年 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=0.18S. 图 2 0 1 2 3 4 S1 S2 S3 h1 h2 h3 h4
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V2=hn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平面内,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,天平。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。 5 52 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s1、s2、S3、s4、s5、S,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的打点计时器打出的一条无 漏点的纸带,如图所示,0点为重锤下落的起点,选取的计数点为A、B、C、D,各计数点到 0点的长度已在图上标出,单位为毫米,重力加速度取9.8m/s2,若重锤质量为lkg ①打点计时器打出B点时,重锤下落的速度V= m/s,重锤的动能EAB=
图 3 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 Vn = ghn 2 2 1 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平面内，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，天平。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 v 2／2 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。 （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 s1、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 的打点计时器打出的一条无 漏点的纸带，如图所示，O 点为重锤下落的起点，选取的计数点为 A、B、C、D，各计数点到 O 点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取 9．8m/s2，若重锤质量为 1kg。 ①打点计时器打出 B 点时，重锤下落的速度 VB= m/s，重锤的动能 EkB=
②从开始下落算起,打点计时器打B点时,重锤的重力势能减小量为 ③根据纸带提供的数据,在误差允许的范围内,重锤从静止开始到打出B点的过程中, C 125,4 1950 毫米 图 得到的结论是 (参考答案:(1)不必要的器材有:秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电 源、重锤、刻度尺。(2)通过原点的直线、g.(3)(S6+S3+S4S3-S2-S1)/9T2,(Sst+ S)/2T,1、5.(4)①1.175,0.69,0.69②0.69,⑤机械能守恒。)
J。 ②从开始下落算起，打点计时器打 B 点时，重锤的重力势能减小量为 J。 ③根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出 B 点的过程中， 得到的结论是 。 （参考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电 源、重锤、刻度尺。（2）通过原点的直线、 g. (3)(S6+ S5+ S4- S3- S2 –S1)/9T2 , (S5+ S6)/2T,1、5. (4)○1 1.175,0.69,0.69 ○2 0.69,○3 机械能守恒。） 精品推荐 强力推荐 值得拥有 图 4