2020年高中物理学案(新人教必修二)7.9《实验：验证机械能守恒定律》3.docx

总课题
机械能守恒定律
总课时

第26 课时
课题
验证机械能守恒定律
课型
试验课
教
学
目
标
学问与技能
1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。
2、把握验证机械能守恒定律的试验原理。
过程与方法
通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的争辩方法。
情感、态度与价值观
通过试验验证，体会学习的欢快，激发学习的爱好；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。培育同学的观看和实践力量，培育同学实事求是的科学态度。
教学
重点
把握验证机械能守恒定律的试验原理。
教学
难点
验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小试验误差的方法。
学法
指导
试验探究
教学
预备

教学
设想
预习导学→同学初步了解本节内容→试验探究→突出重点，突破难点→典型例题分析→巩固学问→达标提升
教 学 过 程
师 生 互 动
补充内容或错题订正
任务一 预习导学
⒈为进行验证机械能守恒定律的试验，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 。
⒉物体做自由落体运动时，只受 力作用，其机械能守恒，若物体自由下落H高度时速度为V，应有MgH= ，故只要gH=1/2V2成立，即可验证自由落体运动中物体的机械能守恒。
⒊在打出的各纸带中选择出一条点迹 ，且第1、2两打点间距离接近的纸带。
⒋测定第N个点的瞬时速度的方法是：测出与N点相邻的前、后两段相等时间T内下落的距离SN和SN+1，，有公式VN= 算出。
⒌在验证机械能守恒定律时，假如以v2／2为纵轴，以h为横轴，依据试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。
任务二 重点复习
1、推导出机械能守恒定律在本试验中的具体表达式。
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= ， EB=
假如忽视空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有:

上式亦可写成

图2
0
1
2
3
4
s1
s2
s3
h1
h2
h3
h4
为了便利，可以直接从开头下落的O点至任意一点（如图1中A点）来进行争辩，这时应有：----本试验要验证的表达式，式中h是
高度，vA是物体在A点的
速度。
2、如何求出A点的瞬时速度vA？
(引导：依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状况。从O点开头依次取点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。
依据公式，t=2×0.02 s（纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是0.02s），可求出各段的平均速度。这些平均速度就等于是1，2，3，……各点相对应的瞬时速度v1，v2，v3，…….

3、如何确定重物下落的高度？
（引导：图2中h1，h2，h3，……分别为纸带从O点下落的高度。）

依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。
任务三 进行试验
一、在同学开头做试验之前，老师应强调如下几个问题：
1、该试验中选取被打点纸带应留意两点：一是第一点O为计时起点，O点的速度应为零。怎样判别呢？

2、是否需要测量重物的质量？

3、在架设打点计时器时应留意什么？为什么？

4、试验时，接通电源和释放纸带的挨次怎样？为什么？

5、测量下落高度时，某同学认为都必需从起始点算起，不能弄错。他的看法正确吗？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好，还是近些好？

二、同学进行分组试验。(同学争辩试验的步骤，老师巡回指导，挂念力量较差的同学完成试验步骤)(参考试验步骤)
1．把打点计时器安装在铁架台上，用导线将同学电源和打点计时器接好．
2．把纸带的一端用夹子固定在重锤上，另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起纸带，使重锤停靠在打点计时器四周．
3．接通电源，待计时器打点稳定后再松开纸带，让重锤自由下落，打点计时器应当在纸带上打出一系列的点．
4．重复上一步的过程，打三到五条纸带．
5．选择一条点迹清楚且第l、2点间距离接近2 mm的纸带，在起始点标上0，以后各点依次为1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高度h1\h2\h3，……记人表格中．
6．用公式vn=hn+1+hn-1/2t，计算出各点的瞬时速度v1\v2\v3……并记录在表格中．
各计数点
l
2
3
4
5
6
下落高度

速度

势能

动能

结论

7．计算各点的重力势能的削减量mgh。和动能的增加量1/2mvn2，并进行比较．看是否相等，将数值填人表格内．
任务四 达标提升
（1）2．在《验证机械能守恒定律》的试验中，已知打点计时器所用电源的频率为50Hz，查得当地的重力加速度g＝9．8m／s2，试验中得到一条点迹清楚的纸带如图7-10-1所示，把第一个点记作O，另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点，经测量A、B、C、D各点到O的距离分别为62．99 cm、70．18 cm、77．76 cm、85．73cm．依据以上数据，可知重物由O点运动到C点，重力势能削减量等于 J，动能的增加量等于 J(取三位有效数字)．在试验允许误差范围内，可认为重物下落过程中，机械能 ，(可设重物质量为m)
2．在《验证机械能守恒定律》的试验中，下列说法中正确的是 ( )
A．要用天平称重锤质量
B．试验时，当松开纸带让重锤下落的同时，马上接通电源
C．要选用第1、2两点接近2mm的纸带
D．试验结果总是动能增加量略大于重力势能的减小量
（3）在做“验证机械能守恒定律”的试验时，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。依据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此试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，为减小试验误差，应选择打下第_________号和第__________号计数点之间的过程为争辩对象。

（4）某次“验证机械能守恒定律”的试验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图4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=
J。

②从开头下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为
J。
③依据纸带供应的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开头到打出B点的过程中，得到的结论是 。