云南省峨山彝族自治縣高中物理第七章機械能守恒定律教案(打包20套)新人教版必修2.zip
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9實驗:驗證機械能守恒定律三維目標(biāo)知識與技能1要弄清實驗?zāi)康?,本實驗為驗證性實驗,目的是利用重物的自由下落驗證機械能守恒定律;2要明確實驗原理,掌握實驗的操作方法與技巧、學(xué)會實驗數(shù)據(jù)的采集與處理,能夠進行實驗誤差的分析,從而使我們對機械能守恒定律的認識,不止停留在理論的推導(dǎo)上,而且還能夠通過親自操作和實際觀測,從感性上增加認識,深化對機械能守恒定律的理解;3要明確紙帶選取及測量瞬時速度簡單而準(zhǔn)確的方法。過程與方法1通過學(xué)生自主學(xué)習(xí),培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計實驗、采集數(shù)據(jù),處理數(shù)據(jù)及實驗誤差分析的能力;2通過同學(xué)們的親自操作和實際觀測掌握實驗的方法與技巧;3通過對紙帶的處理過程培養(yǎng)學(xué)生獲取信息、處理信息的能力,體會處理問題的方法,領(lǐng)悟如何間接測一些不能直接測量的物理量的方法;4通過實驗過程使學(xué)生體驗實驗中理性思維的重要,既要動手,更要動腦。情感態(tài)度與價值觀1通過實驗及誤差分析,培養(yǎng)學(xué)生實事求是的科學(xué)態(tài)度,激發(fā)學(xué)生對物理規(guī)律的探知欲;2使學(xué)生通過實驗體會成功的樂趣與成就感,激發(fā)對物理世界的求知欲;3培養(yǎng)學(xué)生的團結(jié)合作精神和協(xié)作意識,敢于提出與別人不同的見解。教學(xué)重點實驗原理及方法的選擇及掌握。教學(xué)難點實驗誤差分析的方法。教學(xué)方法預(yù)習(xí)設(shè)計實驗觀察數(shù)據(jù)處理歸納總結(jié)。教師啟發(fā)、引導(dǎo),學(xué)生自主閱讀、思考,親自動手實驗,并討論、交流學(xué)習(xí)成果。教學(xué)用具電火花計時器(或電磁打點計時器);重物(質(zhì)量300g3g)及紙帶;天平(秤量大于300g)及砝碼;鐵架臺、復(fù)夾、燒瓶夾;電源。教學(xué)過程新課導(dǎo)入上節(jié)課我們從理論上學(xué)習(xí)了機械能守恒定律,我們從定律內(nèi)容及守恒條件上初步理解了機械能守恒定律,這一節(jié)將通過實驗來研究物體自由下落過程中動能與勢能的變化,從而驗證機械能守恒定律。新課教學(xué)【實驗?zāi)康摹坷弥匚镒杂上侣涞默F(xiàn)象驗證機械能守恒定律?!緦嶒灧椒ā恐匚锏馁|(zhì)量用天平測出(本實驗也可以不測重物的質(zhì)量),紙帶上某兩點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能的變化。重物的速度可以用大家熟悉的方法從紙帶測出,這樣也就知道了它在各點的瞬時速度,從而得到它在各點的動能。比較重物在某兩點間的動能變化與勢能變化,就能驗證機械能是否守恒。在只有重力做功的自由落體運動中,物體的重力勢能和動能可以相互轉(zhuǎn)化,但總的機械能守恒。hv如果忽略空氣的阻力,這時物體的機械能守恒,即重力勢能的減少等于動能的增加。設(shè)物體的質(zhì)量為m,下落距離為h時物體的瞬時速度為v,則重力勢能減少mgh,動能增加,故有mgh利用打點計時器打出的紙帶,測出重物下落的高度h,利用時間t內(nèi)的平均速度等于該段時間中點時刻的瞬時速度算出對應(yīng)時刻的瞬時速度v,即可驗證機械能是否守恒。若從重物下落過程中的某一點A開始,設(shè)重物的質(zhì)量為m,測出物體對應(yīng)于A點的速度vA,再測出物體由A點下落h后經(jīng)過B點的速度vB,則在誤差允許范圍內(nèi),根據(jù)機械能守恒有將對應(yīng)各量代入,在實驗誤差范圍內(nèi),若等式成立,機械能守恒定律即被驗證。【實驗器材】鐵架臺(帶鐵夾)、電火花計時器(或打點計時器)、直尺、重錘、紙帶、導(dǎo)線、電源。【要注意的問題】1重物下落過程中,除了重力外會受到哪些阻力?怎樣減少這些阻力對實驗的影響?阻力主要有空氣阻力、紙帶與計時器間的阻力等。在實驗中可選擇質(zhì)量較大、密度較大的重物,可減少阻力的影響。安裝打點計時器時,必須使兩紙帶限位孔在同一豎直線上,以減小摩擦阻力。2重物下落時,最好選擇哪兩個位置作為過程的開始和終結(jié)的位置?開始點選擇紙帶上的起點,且第1、2兩點間的距離應(yīng)接近2mm。終結(jié)點應(yīng)選擇距起點較遠的點,這樣測量的相對誤差較小。3為了增加實驗結(jié)果的可靠性,可以重復(fù)進行多次實驗,還可以在一次下落中測量多個位置的速度,比較重物在這些位置上動能與勢能之和。只有通過多次比較,才能得到正確的結(jié)果。4實驗報告中要寫明本實驗的目的、原理、器材、主要實驗步驟、數(shù)據(jù)的分析、結(jié)論,以及對結(jié)論可靠性的評估(包括對可能產(chǎn)生的誤差的分析)。根據(jù)本實驗的方法,由于阻力的作用,本實驗中減少的重力勢能略大于增加的動能?!舅俣鹊臏y量】我們學(xué)過了勻變速運動的規(guī)律,并且已經(jīng)知道自由落體的運動是勻變速運動,就可以用一個更簡單、更準(zhǔn)確的方法測量重物下落時的瞬時速度了。如圖所示,A、B、C是紙帶上相鄰的三個點,由于已經(jīng)知道紙帶以加速度a做勻加速運動,所以A、C兩點的距離可以表示為式中“2t”是A、C兩點的時間間隔。這樣,A、C之間的平均速度可以寫成另一方面vBvAat所以這表明:做勻變速運動的紙帶上某點的瞬時速度,等于相鄰兩點間的平均速度。即中間時刻的瞬時速度等于這段時間的平均速度?!緦嶒灢襟E】1如圖所示,把打點計時器豎直地固定在置于桌邊的鐵架臺上,將打點計時器與電源連接好。 電火花計時器紙帶夾子重物2將紙帶穿過電火花記時器或打點計時器的限位孔,并把紙帶的一端固定在重物上,使重物??吭诖螯c計時器的地方,先用手提著紙帶。 3先接通電源,松開紙帶,讓重物帶著紙帶自由下落,計時器就在紙帶上打下一列小點。 4重復(fù)幾次,得到35條紙帶。 5在打好點的紙帶中挑選“點跡清楚且第一、二兩點間距離約為2mm”的一條紙帶,記下第一個點的位置O,并在紙帶上從任意點開始依次選取幾個連續(xù)的點1、2、3,并用刻度尺依次測出各點到位置O的距離,這些距離就是物體運動到點1、2、3、時下落的高度h1、h2、h3。 6應(yīng)用平均速度就是中間時刻的瞬時速度的方法 ,計算出各點對應(yīng)的瞬時速度v1、v2、v3。 7把得到的數(shù)據(jù)真入表格里,計算各點對應(yīng)的勢能減少量mgh,以及增加的動能,并比較是否跟理論一致。計算時g取當(dāng)?shù)氐臄?shù)值。8拆掉導(dǎo)線,歸整器材?!居涗浖皵?shù)據(jù)處理】g9.8m/s2,T0.02sh1(OB)h2(OC)AOEDCBh3(OD)Ep1mgh1Ep2mgh2Ep3mgh3x1(AB)x2(BC)x3(CD)x4(DE)結(jié)論:_【注意事項】1打點計時器的兩限位孔必須在同一豎直線上,以減少摩檫阻力。 2實驗時必須先接通電源,然后松開紙帶讓重物下落。 3測量下落高度時,必須從起始點算起。選取的各計數(shù)點要離起始點遠些,可減少物體下落距離h的測量誤差。紙帶不宜過長,約40即可。因重物自由下落時的加速度較大,每兩個計數(shù)點間的時間間隔不一定取連打5個點的時間為計時單位。 4實驗中因不需要知道動能和勢能的具體數(shù)值,故不需測物體的質(zhì)量m。 5實際上重物和紙帶下落過中要克服阻力做功,所以動能的增加量要小于勢能的減少量。6紙帶的上端最好不要懸空提著,要保證重物下落的初速度為零,并且紙帶上打出的第一個點是清晰的小點。7紙帶挑選的標(biāo)準(zhǔn)是第一、二兩點間的距離接近2mm。【誤差分析】1由于測量長度帶來的誤差屬偶然誤差,減小的辦法一是測距離時都從起點O量起,二是多測幾次取平均值。 2實際上重物和紙帶下落過程中要克服阻力(主要是打點計時器的阻力)做功,故動能的增加量EK必定稍小于勢能的減少量EP,這是屬于系統(tǒng)誤差?!締栴}討論】問題1:本實驗要不要測量物體的質(zhì)量?驗證機械能守恒定律的表達式:和中,式子兩邊均有重物的質(zhì)量m,因而也可不具體測出m的大小,而將m保留在式子中。問題2:對實驗中獲得的數(shù)條紙帶應(yīng)如何選取?分組討論,得出結(jié)論,選取合適的紙帶以備處理數(shù)據(jù)之用。(1)用驗證 這是以紙帶上第一點(起始點)為基準(zhǔn)點來驗證機械能守恒定律的方法。由于第一點應(yīng)是重物做自由落體運動開始下落的點,所以應(yīng)選取點跡清晰且第1、2兩點間的距離接近2mm的紙帶。(2)用驗證,這是回避起始點,在紙帶上選擇后面的某兩點驗證機械能守恒定律的方法。由于重力勢能的相對性,處理紙帶時選擇適當(dāng)?shù)狞c為基準(zhǔn)點,勢能的大小不必從起始點開始計算。這樣,紙帶上打出起始點O后的第一個0.02s內(nèi)的位移是否接近2mm,以及第一個點是否清晰也就無關(guān)緊要了。實驗打出的任何一條紙帶,只要后面的點跡清晰,都可以用于計算機械能是否守恒。實驗開始時如果不是用手提著紙帶的上端,而是用夾子夾住紙帶的上端,待開始打點后再松開夾子釋放紙帶,打點計時器打出的第一個點的點跡清晰,計算時從第一個計時點開始至某一點的機械能守恒,其誤差也不會太大。回避第一個計時點的原因也包括實驗時手提紙帶的不穩(wěn)定,使第一個計時點打出的點跡過大,從而使測量誤差加大。問題3:重物的速度怎樣測量?結(jié)合教材介紹獨立推導(dǎo)測量瞬時速度并得出結(jié)論。做勻變速直線運動的紙帶上某點的瞬時速度,等于與之相鄰兩點間的平均速度。前面已經(jīng)推導(dǎo)過。也可以結(jié)合速度圖象推導(dǎo)。問題4:實驗誤差分析,提出問題,在得到的實驗數(shù)據(jù)中,大部分同學(xué)得到的結(jié)論是,重物動能的增加量稍小于重力勢能的減少量,即EkEp。是怎么造成的呢?分組討論,得到結(jié)論。對學(xué)生討論進行點撥。展示幻燈片。(1)重物和紙帶下落過程中要克服阻力,主要是紙帶與計時器之間的摩擦力。(2)計時器平面不在豎直方向,紙帶平面與計時器平面不平行是阻力增大的原因。(3)電磁打點計時器的阻力大于電火花計時器。由于阻力的存在,重物動能的增加量稍小于勢能的減少量,即EkEp。在實驗中會不會出現(xiàn),重物動能的增加量稍大于重力勢能的減少量,即EkEp的結(jié)論呢?交流電的頻率f不是50Hz也會帶來誤差。若f50Hz,由于速度值仍按頻率為50Hz計算,頻率的計算值比實際值偏小,周期值偏大,算得的速度值偏小,動能值也就偏小,使EkEp的誤差進一步加大。根據(jù)同樣的道理,若f50Hz,則可能出現(xiàn)EkEp的結(jié)果。小結(jié)本節(jié)課利用重物下落的方法驗證機械能守恒定律,要掌握實驗?zāi)康?、原理、方法、操作步驟、注意事項、誤差分析等。驗證機械能守恒定律的方法很多,同學(xué)們可以設(shè)計其它的方法加以驗證。布置作業(yè)教材第80頁“問題與練習(xí)”。 - 7 -
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編號:4354019
類型:共享資源
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上傳時間:2020-01-06
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高中物理
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