高中物理人教版第七章機(jī)械能守恒定律實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 全國(guó)優(yōu)質(zhì)課

安圖一中物理教案時(shí)間：2023年月日課題§實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律課型新授課（2課時(shí)）教學(xué)目標(biāo)知識(shí)與技能1．會(huì)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打下的紙帶計(jì)算物體運(yùn)動(dòng)的速度．2．掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理．過程與方法通過用紙帶與打點(diǎn)計(jì)時(shí)器來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，體驗(yàn)驗(yàn)證過程和物理學(xué)的研究方法．情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，體會(huì)學(xué)習(xí)的快樂，激發(fā)學(xué)習(xí)的興趣；通過親身實(shí)踐，樹立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀．培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度．教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)掌握驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理．教學(xué)難點(diǎn)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的誤差分析及如何減小實(shí)驗(yàn)誤差的方法．教學(xué)方法探究、講授、討論、練習(xí)教學(xué)手段教具準(zhǔn)備重物、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器以及紙帶、復(fù)寫紙片、低壓電源及兩根導(dǎo)線、鐵架臺(tái)和鐵夾、刻度尺、小夾子．教學(xué)活動(dòng)[新課導(dǎo)入]師：上一節(jié)課我們學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律，我們首先采復(fù)習(xí)一下什么叫做機(jī)械能守恒定律?生：在只有重力或彈力做功的物體系統(tǒng)內(nèi)，動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化，而總的機(jī)械能保持不變．這叫做機(jī)械能守恒定律．師：機(jī)械能守恒的條件是什么?生：只有重力和彈力做功．師：自由落體運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能是不是守恒?生：自由落體運(yùn)動(dòng)中物體只受到重力的作用，這個(gè)過程只有重力做功，所以機(jī)械能是守恒的．師：我們要想推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律在自由落體中的具體表達(dá)式，可以根據(jù)什么來進(jìn)行推導(dǎo)呢?生1：可以通過牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行推導(dǎo)．生2：可以根據(jù)動(dòng)能定理進(jìn)行推導(dǎo)．(投影展示與一個(gè)自由落體運(yùn)動(dòng)相關(guān)的題目，從題目中知道有關(guān)的物理量，讓學(xué)生分別根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)能定理推導(dǎo)機(jī)械能守恒定律，再一次熟悉這個(gè)定律，并為本節(jié)課的教學(xué)打下基礎(chǔ))[新課教學(xué)]1、推導(dǎo)出機(jī)械能守恒定律在本實(shí)驗(yàn)中的具體表達(dá)式。在圖1中，質(zhì)量為m的物體從O點(diǎn)自由下落，以地作零重力勢(shì)能面，下落過程中任意兩點(diǎn)A和B的機(jī)械能分別為：EA=，EB=如果忽略空氣阻力，物體下落過程中的機(jī)械能守恒，于是有EA=EB，即=上式亦可寫成該式左邊表示物體由A到B過程中動(dòng)能的增加，右邊表示物體由A到B過程中重力勢(shì)能的減少。等式說明，物體重力勢(shì)能的減少等于動(dòng)能的增加。為了方便，可以直接從開始下落的O點(diǎn)至任意一點(diǎn)（如圖1中A點(diǎn)）來進(jìn)行研究，這時(shí)應(yīng)有：----本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式，式中h是物體從O點(diǎn)下落至A點(diǎn)的高度，vA是物體在A點(diǎn)的瞬時(shí)速度。師：在做實(shí)驗(yàn)之前，我們首先要明確這樣幾個(gè)問題，首先這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要什么器材?生：最容易想到的器材是重物、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器以及紙帶．復(fù)寫紙片．低壓電源及兩根導(dǎo)線，鐵架臺(tái)和鐵夾，刻度尺，小夾子．師：打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的作用是什么?生：記錄在紙帶上打的點(diǎn)，用這些點(diǎn)來求出物體在經(jīng)過某一點(diǎn)的速度．師：低壓交流電源是不是必需的?生：低壓交流電源并不是必需的，如果采用的是電火花計(jì)時(shí)器時(shí)，它所需要的電壓是交流220V，所以不需要低壓電源．師：重物選取的原則是什么?為什么?生：密度比較大，質(zhì)量相對(duì)比較大，可以減小因?yàn)榭諝庾枇淼恼`差．師：實(shí)驗(yàn)中還有哪些應(yīng)該注意的地方?生：計(jì)時(shí)器要穩(wěn)定在鐵架臺(tái)上，計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔調(diào)整在豎直方向，鐵架臺(tái)放在桌邊，計(jì)時(shí)器距地面的距離大約是1m．師：這樣做的目的是什么?生：計(jì)時(shí)器平面與紙帶限位孔在豎直方向上的目的是減小摩擦以減小實(shí)驗(yàn)誤差的產(chǎn)生，鐵架臺(tái)放在桌邊有利于重物下落到地面上，計(jì)時(shí)器距地面的距離較大的目的是能夠有充足的時(shí)間使重物下落，以便在紙帶上能夠打出較多的點(diǎn)，有利于進(jìn)行計(jì)算．師：實(shí)驗(yàn)中的誤差主要來源于哪里?生：重物和紙帶下落過程中要克服阻力，主要是紙帶和計(jì)時(shí)器之間的摩擦力，計(jì)時(shí)器平面不在豎直方向上；紙帶與計(jì)時(shí)器不平行：交流電的頻率不等于50Hz測(cè)量數(shù)據(jù)時(shí)的誤差等等．師：過程開始和終結(jié)位置是怎樣選擇的?生：實(shí)驗(yàn)用的紙帶一般小于1m，從起始點(diǎn)開始大約能打出20個(gè)左右的計(jì)數(shù)點(diǎn)，終結(jié)位置的點(diǎn)可以選擇倒數(shù)第一個(gè)點(diǎn)或者倒數(shù)第二個(gè)點(diǎn)，從這一個(gè)點(diǎn)向前數(shù)4—6個(gè)點(diǎn)當(dāng)開始的點(diǎn)．師：這樣選取的目的是什么?生：這樣選取的目的是可以減小這兩個(gè)點(diǎn)瞬時(shí)速度和兩點(diǎn)之間的距離(高度h)測(cè)量的誤差．師：在數(shù)據(jù)處理時(shí)，是不是必須從打的第一個(gè)點(diǎn)開始呢?生：課文中有這樣的句子“紙帶上某兩點(diǎn)的距離等于重物下落的高度，這樣就能得到重物下落過程中勢(shì)能的變化”．在第四節(jié)我們已經(jīng)學(xué)習(xí)了重力勢(shì)能的相對(duì)性，處理紙帶時(shí)選擇適當(dāng)?shù)狞c(diǎn)為參考點(diǎn)，勢(shì)能的大小不必從起始點(diǎn)開始計(jì)算．師：在實(shí)驗(yàn)中是不是要先進(jìn)行測(cè)量重物的質(zhì)量呢?圖20圖201234s1s2s3h1h2h3h4師：實(shí)驗(yàn)中重物經(jīng)過某一點(diǎn)的速度是怎樣得到的呢?(投影展示學(xué)生的推導(dǎo)過程，這個(gè)結(jié)論非常重要，一定要讓學(xué)生能夠自己推導(dǎo))2、如何求出A點(diǎn)的瞬時(shí)速度vA？根據(jù)做勻加速運(yùn)動(dòng)的物體在某一段時(shí)間t內(nèi)的平均速度等于該時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度可求出A點(diǎn)的瞬時(shí)速度vA。圖2是豎直紙帶由下而上實(shí)際打點(diǎn)后的情況。從O點(diǎn)開始依次取點(diǎn)1，2，3，……圖中s1，s2，s3，……分別為0～2點(diǎn)，1～3點(diǎn)，2～4點(diǎn)……各段間的距離。根據(jù)公式，t=2×s（紙帶上任意兩個(gè)相鄰的點(diǎn)間所表示的時(shí)間都是），可求出各段的平均速度。這些平均速度就等于是1，2，3，……各點(diǎn)相對(duì)應(yīng)的瞬時(shí)速度v1，v2，v3，…….例如：量出0～2點(diǎn)間距離s1，則在這段時(shí)間里的平均速度，這就是點(diǎn)1處的瞬時(shí)速度v1。依次類推可求出點(diǎn)2，3，……處的瞬時(shí)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(diǎn)下落的高度。根據(jù)以上數(shù)值可以計(jì)算出任意點(diǎn)的重力勢(shì)能和動(dòng)能，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生看書明確實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)任務(wù)及實(shí)驗(yàn)儀器。復(fù)習(xí)《用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度》的實(shí)驗(yàn)，掌握用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量勻變速直線運(yùn)動(dòng)速度的方法。4、描繪圖像師：可以結(jié)合v-t圖象了解瞬時(shí)速度和時(shí)間中點(diǎn)的平均速度相等的物理意義．師：在處理紙帶時(shí)，是不是要像我們以前做的那樣，每隔五個(gè)點(diǎn)取一個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，也就是說每s為一個(gè)時(shí)間間隔呢?生：如果時(shí)間間隔是，由于自由落體加速度較大，很容易出現(xiàn)紙帶上點(diǎn)數(shù)不夠用的情況，所以時(shí)間間隔不能太長(zhǎng)．師：下面我們準(zhǔn)備進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前還應(yīng)該做幾件事情!首先是確定實(shí)驗(yàn)的步驟，大家分組討論一下，然后得出一個(gè)比較合理的實(shí)驗(yàn)步驟．(學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)的步驟，教師巡回指導(dǎo)，幫助能力較差的學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)步驟)(參考實(shí)驗(yàn)步驟)1．把打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝在鐵架臺(tái)上，用導(dǎo)線將學(xué)生電源和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器接好．2．把紙帶的一端用夾子固定在重錘上，另一端穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的限位孔，用手豎直提起紙帶，使重錘停靠在打點(diǎn)計(jì)時(shí)器附近．3．接通電源，待計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后再松開紙帶，讓重錘自由下落，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)該在紙帶上打出一系列的點(diǎn)．4．重復(fù)上一步的過程，打三到五條紙帶．5．選擇一條點(diǎn)跡清晰且第l、2點(diǎn)間距離接近2mm的紙帶，在起始點(diǎn)標(biāo)上0，以后各點(diǎn)依次為1、2、3……用刻度尺測(cè)量對(duì)應(yīng)下落的高度h1\h2\h3，……記人表格中．6．用公式vn=hn+1+hn-1/2t，計(jì)算出各點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1\v2\v3……并記錄在表格中．各計(jì)數(shù)點(diǎn)l23456下落高度速度勢(shì)能動(dòng)能結(jié)論7．計(jì)算各點(diǎn)的重力勢(shì)能的減少量mgh。和動(dòng)能的增加量1/2mvn2，并進(jìn)行比較．看是否相等，將數(shù)值填人表格內(nèi)．師：在其中的幾步中，提到了要把數(shù)據(jù)填人表格，那么我們應(yīng)該設(shè)計(jì)一個(gè)什么樣的表格來適應(yīng)于實(shí)驗(yàn)?zāi)?(學(xué)生思考表格的設(shè)計(jì)方法，獨(dú)立完成表格的設(shè)計(jì))(參考表格)教師活動(dòng)：在學(xué)生開始做實(shí)驗(yàn)之前，老師應(yīng)強(qiáng)調(diào)如下幾個(gè)問題：1、該實(shí)驗(yàn)中選取被打點(diǎn)紙帶應(yīng)注意兩點(diǎn)：一是第一點(diǎn)O為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，O點(diǎn)的速度應(yīng)為零。怎樣判別呢？2、是否需要測(cè)量重物的質(zhì)量？3、在架設(shè)打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)應(yīng)注意什么？為什么？4、實(shí)驗(yàn)時(shí)，接通電源和釋放紙帶的順序怎樣？為什么？5、測(cè)量下落高度時(shí)，某同學(xué)認(rèn)為都必須從起始點(diǎn)算起，不能弄錯(cuò)。他的看法正確嗎？為了減小測(cè)量h值的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些好，還是近些好？學(xué)生活動(dòng)：思考老師的問題，討論、交流。選出代表發(fā)表見解。1、因?yàn)榇螯c(diǎn)計(jì)時(shí)器每隔s打點(diǎn)一次，在最初的s內(nèi)物體下落距離應(yīng)為0.002m，所以應(yīng)從幾條紙帶中選擇第一、二兩點(diǎn)間距離接近兩年2mm的紙帶進(jìn)行測(cè)量；二是在紙帶上所選的點(diǎn)就是連續(xù)相鄰的點(diǎn)，每相鄰兩點(diǎn)時(shí)間間隔t=s.2、因?yàn)椴恍枰牢矬w在某點(diǎn)動(dòng)能和勢(shì)能的具體數(shù)值，所以不必測(cè)量物體的質(zhì)量m，而只需驗(yàn)證就行了。3、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)，以盡量減少重物帶著紙帶下落時(shí)所受到的阻力作用。4、必須先接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器正常工作后才能松開紙帶讓重物下落。5、這個(gè)同學(xué)的看法是正確的。為了減小測(cè)量h值的相對(duì)誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)些好。課余作業(yè)1、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2、完成如下思考題：（1）為進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)，有下列器材可供選用：鐵架臺(tái)，打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(yàn)證機(jī)械能守恒定律時(shí)，如果以v2／2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪出的圖線應(yīng)是，才能驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，其斜率等于的數(shù)值。（3）在做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出紙帶如圖3所示，其中A點(diǎn)為打下的第一個(gè)點(diǎn)，0、1、2……為連續(xù)的計(jì)數(shù)點(diǎn)?，F(xiàn)測(cè)得兩相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別為s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相鄰計(jì)數(shù)點(diǎn)間的打點(diǎn)時(shí)間間隔均為T。根據(jù)紙帶測(cè)量出的距離及打點(diǎn)的時(shí)間間隔，可以求出此實(shí)驗(yàn)過程中重錘下落運(yùn)動(dòng)的加速度大小表達(dá)式為_________。在打第5號(hào)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，紙帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度大小的表達(dá)式為________。要驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律，為減小實(shí)驗(yàn)誤差，應(yīng)選擇打下第_________號(hào)和第__________號(hào)計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的過程為研究對(duì)象。學(xué)生活動(dòng)作業(yè)（4）某次“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，用6V、50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的一條無漏點(diǎn)的紙帶，如圖4所示，O點(diǎn)為重錘下落的起點(diǎn)，選取的計(jì)數(shù)點(diǎn)為A、B、C、D，各計(jì)數(shù)點(diǎn)到O點(diǎn)的長(zhǎng)度已在圖上標(biāo)出，單位為毫米，重力加速度取9.8m/s2，若重錘質(zhì)量為①打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出B點(diǎn)時(shí)，重錘下落的速度vB=m/s，重錘的動(dòng)能EkB=J。②從開始下落算起，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打B點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)能減小量為J。③根據(jù)紙帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，重錘從靜止開始到打出B點(diǎn)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。缺少的器材是低壓交流電源、重錘、刻度尺。（2）通過原點(diǎn)的直線、g.（3）（s6+s5+s4-s3-s2–s1）/9T2，（s5+s6）/2T，1、5.（4）①，，②，③機(jī)械能守恒。］板書設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律一、實(shí)驗(yàn)方法驗(yàn)證用自由落體運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒二、要注意的問題實(shí)驗(yàn)的誤差來源三、速度的測(cè)量做勻變速運(yùn)動(dòng)的紙帶上某點(diǎn)的瞬時(shí)速度，等于相鄰兩點(diǎn)間的平均速度．教學(xué)后記教學(xué)體會(huì)思維方法是解決問題的靈魂，是物理教學(xué)的根本；親自實(shí)踐參與知識(shí)的發(fā)現(xiàn)過程是培養(yǎng)學(xué)生能力的關(guān)鍵，離開了思維方法和實(shí)踐活動(dòng)，物理教學(xué)就成了無源之水、無本之木。學(xué)生素質(zhì)的培養(yǎng)就成了鏡中花，水中月。課后習(xí)題課時(shí)10實(shí)驗(yàn)：《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》1．在進(jìn)行《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》的實(shí)驗(yàn)中，有下列器材可供選擇：鐵架臺(tái)、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器以及復(fù)寫紙、紙帶＼低壓直流電源、天平、秒表、導(dǎo)線、開關(guān)．其中不必要的器材是，缺少的器材是2．在《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》的實(shí)驗(yàn)中，已知打點(diǎn)計(jì)時(shí)器所用電源的頻率為50Hz，查得當(dāng)?shù)氐闹亓铀俣萭＝9．8m／s2，實(shí)驗(yàn)中得到一條點(diǎn)跡清楚的紙帶如圖7-10-1所示，把第一個(gè)點(diǎn)記作O，另選連續(xù)的4個(gè)點(diǎn)A、B、C、D作為測(cè)量的點(diǎn)，經(jīng)測(cè)量A、B、C、D各點(diǎn)到O的距離分別為62．99cm、70．18cm、77．76cm、85．73cm．根據(jù)以上數(shù)據(jù)，可知重物由O點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，重力勢(shì)能減少量等于J，動(dòng)能的增加量等于J(取三位有效數(shù)字)．在實(shí)驗(yàn)允許誤差范圍內(nèi)，可認(rèn)為重物下落過程中，機(jī)械能，(可設(shè)重物質(zhì)量為m)3．在利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，除鐵架臺(tái)、夾子、學(xué)生電源、紙帶和重物外，還需要()A．秒表B．刻度尺C．天平D．打點(diǎn)計(jì)時(shí)器4．在《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》的實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于自由下落的重物，下列選擇條件中可取的是；()A．選用重物時(shí)，重的比輕的好B．選用重物時(shí)，體積小的比大的好C．選定重物后，為計(jì)算其動(dòng)能、勢(shì)能的變化量，需要稱出它的質(zhì)量D．重物所受重力應(yīng)遠(yuǎn)大于它所受的空氣阻力和紙帶受到打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力5．在《驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》的實(shí)驗(yàn)中，下列說法中正確的是()A．要用天平稱重錘質(zhì)量B．實(shí)驗(yàn)時(shí)，當(dāng)松開紙帶讓重錘下落的同時(shí)，立即接通電源C．要選用第1、2兩點(diǎn)接近2mm的紙帶D．實(shí)驗(yàn)結(jié)果總是動(dòng)能增加量略大于重力勢(shì)能的減小量6．下列實(shí)驗(yàn)步驟中，不必要的步驟是，正確步驟的合理順序是．(填寫代表字母)A．用天平稱出重錘和夾子的質(zhì)量B．將重物系在夾子上C．將紙帶穿過計(jì)時(shí)器，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，