2022年《實驗驗證機(jī)械能守恒定律》示范教案

1、7.9 試驗 : 驗證機(jī)械能守恒定律【教學(xué)目標(biāo)】學(xué)問與技能1、會用打點計時器打下的紙帶運(yùn)算物體運(yùn)動的速度；2、把握驗證機(jī)械能守恒定律的試驗原理；過程與方法 通過用紙帶與打點計時器來驗證機(jī)械能守恒定律,體驗驗證過程和物理學(xué)的爭論方法；情感、態(tài)度與價值觀 通過試驗驗證,體會學(xué)習(xí)的歡樂,激發(fā)學(xué)習(xí)的愛好；通過親身實踐,樹立“ 實踐是檢驗 真理的唯獨標(biāo)準(zhǔn)” 的科學(xué)觀；培育同學(xué)的觀看和實踐才能,培育同學(xué)實事求是的科學(xué)態(tài)度；【教學(xué)重點】把握驗證機(jī)械能守恒定律的試驗原理；【教學(xué)難點】驗證機(jī)械能守恒定律的誤差分析及如何減小試驗誤差的方法；【教學(xué)課時】1 課時【自主學(xué)習(xí)】為進(jìn)行驗證機(jī)械能守恒定律的試驗,有以下器材

2、可供選用：鐵架臺, 打點計時器, 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；物體做自由落體運(yùn)動時,只受 力作用, 其機(jī)械能守恒, 如物體自由下落 H高度 時速度為 V,應(yīng)有 MgH= ,故只要 gH=1/2V 2 成立,即可驗證自由落體運(yùn)動中 物體的機(jī)械能守恒；在打出的各紙帶中選擇出一條點跡 的紙帶；,且第 1、2 兩打點間距離接近測定第 N個點的瞬時速度的方法是：測出與 N點相鄰的前、 后兩段相等時間 T 內(nèi)下落的距離 SN和 SN+1,有公式 VN= 算出；在驗證機(jī)械能守恒定律時,假如以 v 22 為縱軸,以 h 為橫軸,依據(jù)試驗數(shù)據(jù)繪出的圖線

3、應(yīng)是,才能驗證機(jī)械能守恒定律,其斜率等于 的數(shù)值；【探究學(xué)習(xí)】課前預(yù)備 老師活動：課前布置同學(xué)預(yù)習(xí)本節(jié)試驗；下發(fā)預(yù)習(xí)提綱,重點復(fù)習(xí)下面的三個問題：1、推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律在本試驗中的詳細(xì)表達(dá)式；在圖 1 中,質(zhì)量為m 的物體從 O 點自由下落,以地作零重力勢能面,下落過程中任意兩點 A 和 B 的機(jī)械能分別為：EA= 1 mv 2A mgh A,EB= 1 mv B 2 mgh B2 2假如忽視空氣阻力,物體下落過程中的機(jī)械能守恒,于是有EA=EB,即12 mv Amgh A=12 mv Bmgh BA22上式亦可寫成12 mv B12 mv Amgh Amgh B22該式左邊表示物體由A 到

4、 B 過程中動能的增加,右邊表示物體由A 到 B 過程中重力勢能的削減；等式說明, 物體重力勢能的削減等于動能的增加；為了便利, 可以直接從開頭下落的O 點至任意一點（如圖1 中 A 點）來進(jìn)行爭論,這時應(yīng)有：12 mvAmgh-本試驗要驗證的表達(dá)式,式中h 是物體從O 點下落至2點的高度, vA 是物體在A 點的瞬時速度；4 2、如何求出A 點的瞬時速度vA？依據(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s3 s2 3 h4 的瞬時速度可求出A 點的瞬時速度vA；圖 2 是豎直紙帶由下而上實際打點后的情形；從O 點開頭依次取點1,2,s1 2 h3 3, 圖中 s1,

5、s2,s3, 分別為 02 點,13 點,24 點 各段間的h2 距離；依據(jù)公式vs,t=2 0.02 s（紙帶上1 th1 任意兩個相鄰的點間所表示的時間都0 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, 圖 2 各點相對應(yīng)的瞬時速度v1,v2,v3, .例如：量出 02 點間距離s1,就在這段時間里的平均速度v 1s 1,這就是點1t處的瞬時速度v1；依次類推可求出點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 點下落的高度；依據(jù)以上數(shù)值可以運(yùn)算出任意點的重力勢能和動能,從而驗證機(jī)械能守恒定律；

6、同學(xué)活動：同學(xué)看書明確試驗的各項任務(wù)及試驗儀器；復(fù)習(xí)用打點計時器測速度的 試驗,把握用打點計時器測量勻變速直線運(yùn)動速度的方法；進(jìn)行新課 老師活動：在同學(xué)開頭做試驗之前,老師應(yīng)強(qiáng)調(diào)如下幾個問題：1、該試驗中選取被打點紙帶應(yīng)留意兩點：一是第一點 O 為計時起點, O 點 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)打點計時器時應(yīng)留意什么？為什么？4、試驗時,接通電源和釋放紙帶的次序怎樣？為什么？5、測量下落高度時,某同學(xué)認(rèn)為都必需從起始點算起,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)點要離起始點適當(dāng)遠(yuǎn)些好,仍是近些好？同學(xué)活動：摸索老師的問題,爭論

7、、溝通；選出代表發(fā)表見解；1、由于打點計時器每隔 0.02 s 打點一次,在最初的 0.02 s 內(nèi)物體下落距離應(yīng)為 0.002 m,所以應(yīng)從幾條紙帶中選擇第一、二兩點間距離接近兩年 2 mm 的紙帶進(jìn)行測量； 二是在紙帶上所選的點就是連續(xù)相鄰的點,每相鄰兩點時間間隔 t =0.02 s. 2、由于不需要知道物體在某點動能和勢能的詳細(xì)數(shù)值,所以不必測量物體的質(zhì)量m,而只需驗證12 v ngh n就行了；23、打點計時器要豎直架穩(wěn),使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi),以盡量削減重物帶著紙帶下落時所受到的阻力作用；4、必需先接通電源,讓打點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

8、的；為了減小測量 計數(shù)點要離起始點適當(dāng)遠(yuǎn)些好；老師活動：聽取同學(xué)匯報,點評,幫忙同學(xué)解決困難；同學(xué)活動：同學(xué)進(jìn)行分組試驗；h 值的相對誤差, 選取的各個【課堂訓(xùn)練】（1）為進(jìn)行“ 驗證機(jī)械能守恒定律” 的試驗,有以下器材可供選用：鐵架臺,打點計時器,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,假如以 v 22 為縱軸,以 h 為橫軸,依據(jù)試驗數(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” 的試驗時,用打點計時器打出紙帶如圖 3 所示,其中 A 點為打下的第一個點,0、1

9、、2 為連續(xù)的計數(shù)點；現(xiàn)測得兩相鄰計數(shù)點之間的距離分別為 s1、s2、s3、s4、s5、s6,已知相鄰計數(shù)點間的打點時間間隔均為 T；依據(jù)紙帶測量出的距離及打點的時間間隔,可以求出此試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,為減小試驗誤差,應(yīng)選擇打下第 之間的過程為爭論對象；（4）某次“ 驗證機(jī)械能守恒定律” 的試驗中,用_號和第 _號計數(shù)點6V、50Hz 的打點計時器打出的一條無漏點的紙帶,如圖 4 所示, O 點為重錘下落的起點,選取的計數(shù)點為 A、B、C、D,各計數(shù)點到 O 點的長度已在圖上標(biāo)出,單位為毫米,重力加速度取 9.8m/s 2,如重錘質(zhì)量為 1kg；打點計時器打出 B 點時,重錘下落的速度 vB= m/s,重錘的動能 EkB= J；從開頭下落算起,打點計時器打B 點時,重錘的重力勢能減小量為J；依據(jù)紙帶供應(yīng)的數(shù)據(jù),在誤差答應(yīng)的范疇內(nèi),重錘從靜止開頭到打出 B 點的過程中,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；缺少的器材是低壓溝通電源、重錘、刻度尺；（2）通過原點的直線、g. （3）（ s6+ s5+ s4- s3- s2 s1）/9T