高中物理《4.5 机械能守恒定律》学案 教科版必修2
文档属性
| 名称 | 高中物理《4.5 机械能守恒定律》学案 教科版必修2 |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 124.9KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2015-08-14 23:08:52 | ||
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文档简介
验证机械能守恒定律
学习目标
1.验证机械能守恒定律.
2.熟悉瞬时速度的测量方法.
3.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因.
学习重点
1.验证机械能守恒定律.
2.熟悉瞬时速度的测量方法.
3.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因.
学习难点
1.验证机械能守恒定律.
2.熟悉瞬时速度的测量方法.
3.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因.
课前预习
使用说明与学法指导
教材高一物理必修二第四章第五节
知识准备
1.机械能守恒定律的表达式：Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2、ΔEk增＝ 、ΔEA增＝ .
2.机械能守恒的条件： .
3.在匀变速直线运动中，某段时间内的平均速度等于该段时间内 刻的瞬时速度，即＝v
4.实验原理：做自由落体运动的物体，在下 ( http: / / www.21cnjy.com )落过程中，重力势能减少，动能增加，如果重力势能的减少量 动能的增加量，就验证了机械能守恒.
5.两种验证方案
(1)若以重物下落的起始点O为基准，设重物的质量为m，测出重物自起始点O下落距离h时的速度v，则在误差允许范围内，由计算得出mv2＝mgh，机械能守恒定律即被验证.
(2)若以重物下落过程中的某一点A为基准， ( http: / / www.21cnjy.com )设重物的质量为m，测出重物对应于A点的速度vA，再测出重物由A点下落Δh后经过B点的速度vB，则在误差允许范围内，由计算得出mv－mv＝mgΔh，机械能守恒定律即被验证.
6.实验器材
铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器(或电火花计时器)、重锤(带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源(4 V～6 V).
教材助读
仔细阅读教材，知道实验原理及过程
预习自测
预习自测题
课内探究
情景导入
学始于疑
质疑探究
一、实验步骤
1.按图1甲把打点计时器安装在铁架台上，
用导线把打点计时器与电源连接好.
把纸带的一端在重物上用夹子固定好，
另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起
纸带使重物停靠在打点计时器附近.
3.先接通电源后放手，让重物拉着纸带自由下落.
4.重复几次，得到3～5条打好点的纸带.
5.从打好点的纸带中挑选点迹清晰且开始的两 ( http: / / www.21cnjy.com )点间距接近2 mm的一条纸带，在起始点标上0，以后任取间隔相同时间的点依次标上1、2、3……，用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3……(如图乙所示)
二、数据处理
1.利用公式vn＝，计算出点1、点2、点3…的瞬时速度v1、v2、v3….
2.要验证的是mv2＝mgh或mv－mv＝mgΔh，方程两边都有质量，故不需要测量重物的质量m，在实验误差允许范围内，比较v2与gh(或v－v与gΔh)是否相等.
三、误差分析
1.本实验的误差主要是由纸带测量产生的偶然误差、重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差.
2.测量时采取多次测量求平均值的方法来 ( http: / / www.21cnjy.com )减小偶然误差，安装打点计时器使两限位孔中线竖直，并且选择质量适当大些、体积尽量小些的重物来减小系统误差.
四、实验注意事项
1.打点计时器安装要稳固，并使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力.
2.应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力相对减小.
3.实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落.
4.本实验中的两种验证方法均不需要测重物的质量m.
5.速度不能用v＝gt或v＝计算，应根据纸带上测得的数据，利用vn＝计算瞬时速度.
【例1】 如图2所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图.现有的器材为：带铁夹的
铁架台、电磁打点计时器、纸带、带夹子的重锤、天平.回答下列问题：
为完成此实验，除了所给的器材，还需要的
器材有 .(填入正确选项前的字母)
A.毫米刻度尺
B.秒表
C.0～12 V的直流电源
D.0～12 V的交流电源
(2)实验中误差产生的原因有 .(写出两个原因)
【例2】 在“验证机械能守恒定律” ( http: / / www.21cnjy.com )的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g＝9.8 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图3所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取的计数点.则重物由O点运动到B点时(重物质量为m kg)
(1)重力势能的减少量是 J.动能的增加量是 J.
(2)根据计算的数据得出的结论： .
【例3】 利用气垫导轨验证机械能守 ( http: / / www.21cnjy.com )恒定律，实验装置示意图如图4所示.
(1)实验步骤：
①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平；
②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l＝9.30 mm.
③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝ cm.
④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；
⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；
⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.
(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式：
①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝ 和v2＝ .
②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________.
③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝ (重力加速度为g).
(3)如果ΔEp＝ ，则可认为验证了机械能守恒定律.
知识网络
当堂检测
1．用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，下列物理量中需要测量的有 ( )
A．重物的质量 B．重力加速度 C．重物下落的高度
D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度
2．在验证机械能守恒定律的实验中，对于自由下落的重物，下列说法正确的是 ( )
A．只要足够重就可以 B．只要体积足够小就可以
C．既要足够重，又要体积非常小
D．应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同重物运动时不致被扭曲
3．用自由落体法验证机械能守恒定律，就是看mv是否等于mghn(n为计数点的编号0、1、2…n)．下列说法中正确的是 ( )
A．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零B．hn是计数点n到起始点0的距离
C．必须测量重物的质量 D．用vn＝gtn计算vn时，tn＝(n－1)T(T为打点周期)
4．在“验证机械能守恒定律”的实验中：
(1)将下列主要的实验步骤，按照实验的合理顺序把步骤前的序号填在题后横线上：
A．用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器处；
B．将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔；
C．取下纸带，在纸带上任选几点，测出它们与第一个点的距离，并算出重物在打下这几个点时的瞬时速度；
D．接通电源，松开纸带，让重物自由下落；
E．查出当地的重力加速度g的值，算出打下各计数点时的动能和相应的减少的重力势能，比较它们是否相等；
F．把测量和计算得到的数据填入自己设计的表格里．
答：________________________________________________________________________.
(2)动能值和相应重力势能的减少值相比，实际上哪个值应偏小些？
答：________________________________________________________________________.
课后反思
课后练习 ▲练习与评价（课本P5） ▲发展空间（课本P5）
▲补充练习:
学习目标
1.验证机械能守恒定律.
2.熟悉瞬时速度的测量方法.
3.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因.
学习重点
1.验证机械能守恒定律.
2.熟悉瞬时速度的测量方法.
3.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因.
学习难点
1.验证机械能守恒定律.
2.熟悉瞬时速度的测量方法.
3.能正确进行实验操作，分析实验数据得出结论，能定性地分析产生误差的原因.
课前预习
使用说明与学法指导
教材高一物理必修二第四章第五节
知识准备
1.机械能守恒定律的表达式：Ek1＋Ep1＝Ek2＋Ep2、ΔEk增＝ 、ΔEA增＝ .
2.机械能守恒的条件： .
3.在匀变速直线运动中，某段时间内的平均速度等于该段时间内 刻的瞬时速度，即＝v
4.实验原理：做自由落体运动的物体，在下 ( http: / / www.21cnjy.com )落过程中，重力势能减少，动能增加，如果重力势能的减少量 动能的增加量，就验证了机械能守恒.
5.两种验证方案
(1)若以重物下落的起始点O为基准，设重物的质量为m，测出重物自起始点O下落距离h时的速度v，则在误差允许范围内，由计算得出mv2＝mgh，机械能守恒定律即被验证.
(2)若以重物下落过程中的某一点A为基准， ( http: / / www.21cnjy.com )设重物的质量为m，测出重物对应于A点的速度vA，再测出重物由A点下落Δh后经过B点的速度vB，则在误差允许范围内，由计算得出mv－mv＝mgΔh，机械能守恒定律即被验证.
6.实验器材
铁架台(带铁夹)、电磁打点计时器(或电火花计时器)、重锤(带夹子)、纸带、复写纸、导线、毫米刻度尺、低压交流电源(4 V～6 V).
教材助读
仔细阅读教材，知道实验原理及过程
预习自测
预习自测题
课内探究
情景导入
学始于疑
质疑探究
一、实验步骤
1.按图1甲把打点计时器安装在铁架台上，
用导线把打点计时器与电源连接好.
把纸带的一端在重物上用夹子固定好，
另一端穿过打点计时器的限位孔，用手竖直提起
纸带使重物停靠在打点计时器附近.
3.先接通电源后放手，让重物拉着纸带自由下落.
4.重复几次，得到3～5条打好点的纸带.
5.从打好点的纸带中挑选点迹清晰且开始的两 ( http: / / www.21cnjy.com )点间距接近2 mm的一条纸带，在起始点标上0，以后任取间隔相同时间的点依次标上1、2、3……，用刻度尺测出对应下落高度h1、h2、h3……(如图乙所示)
二、数据处理
1.利用公式vn＝，计算出点1、点2、点3…的瞬时速度v1、v2、v3….
2.要验证的是mv2＝mgh或mv－mv＝mgΔh，方程两边都有质量，故不需要测量重物的质量m，在实验误差允许范围内，比较v2与gh(或v－v与gΔh)是否相等.
三、误差分析
1.本实验的误差主要是由纸带测量产生的偶然误差、重物和纸带运动中的空气阻力及打点计时器的摩擦阻力引起的系统误差.
2.测量时采取多次测量求平均值的方法来 ( http: / / www.21cnjy.com )减小偶然误差，安装打点计时器使两限位孔中线竖直，并且选择质量适当大些、体积尽量小些的重物来减小系统误差.
四、实验注意事项
1.打点计时器安装要稳固，并使两限位孔的中线在同一竖直线上，以减小摩擦阻力.
2.应选用质量和密度较大的重物，增大重力可使阻力的影响相对减小，增大密度可以减小体积，可使空气阻力相对减小.
3.实验时，应先接通电源，让打点计时器正常工作后再松开纸带让重物下落.
4.本实验中的两种验证方法均不需要测重物的质量m.
5.速度不能用v＝gt或v＝计算，应根据纸带上测得的数据，利用vn＝计算瞬时速度.
【例1】 如图2所示为验证机械能守恒定律的实验装置示意图.现有的器材为：带铁夹的
铁架台、电磁打点计时器、纸带、带夹子的重锤、天平.回答下列问题：
为完成此实验，除了所给的器材，还需要的
器材有 .(填入正确选项前的字母)
A.毫米刻度尺
B.秒表
C.0～12 V的直流电源
D.0～12 V的交流电源
(2)实验中误差产生的原因有 .(写出两个原因)
【例2】 在“验证机械能守恒定律” ( http: / / www.21cnjy.com )的实验中，已知打点计时器所用电源的频率为50 Hz，查得当地的重力加速度g＝9.8 m/s2，某同学选择了一条理想的纸带，用刻度尺测量时各计数点对应刻度尺上的读数如图3所示，图中O点是打点计时器打出的第一个点，A、B、C、D分别是每打两个点取的计数点.则重物由O点运动到B点时(重物质量为m kg)
(1)重力势能的减少量是 J.动能的增加量是 J.
(2)根据计算的数据得出的结论： .
【例3】 利用气垫导轨验证机械能守 ( http: / / www.21cnjy.com )恒定律，实验装置示意图如图4所示.
(1)实验步骤：
①将气垫导轨放在水平桌面上，桌面高度不低于1 m，将导轨调至水平；
②用游标卡尺测量挡光条的宽度为l＝9.30 mm.
③由导轨标尺读出两光电门中心之间的距离s＝ cm.
④将滑块移至光电门1左侧某处，待砝码静止不动时，释放滑块，要求砝码落地前挡光条已通过光电门2；
⑤从数字计时器(图中未画出)上分别读出挡光条通过光电门1和光电门2所用的时间Δt1和Δt2；
⑥用天平称出滑块和挡光条的总质量M，再称出托盘和砝码的总质量m.
(2)用表示直接测量量的字母写出下列所示物理量的表达式：
①滑块通过光电门1和光电门2时瞬时速度分别为v1＝ 和v2＝ .
②当滑块通过光电门1和光电门2时，系统(包括滑块、挡光条、托盘和砝码)的总动能分别为Ek1＝________和Ek2＝________.
③在滑块从光电门1运动到光电门2的过程中，系统势能的减少量ΔEp＝ (重力加速度为g).
(3)如果ΔEp＝ ，则可认为验证了机械能守恒定律.
知识网络
当堂检测
1．用自由落体法验证机械能守恒定律的实验中，下列物理量中需要测量的有 ( )
A．重物的质量 B．重力加速度 C．重物下落的高度
D．与重物下落高度对应的重物的瞬时速度
2．在验证机械能守恒定律的实验中，对于自由下落的重物，下列说法正确的是 ( )
A．只要足够重就可以 B．只要体积足够小就可以
C．既要足够重，又要体积非常小
D．应该密度大些，还应便于夹紧纸带，使纸带随同重物运动时不致被扭曲
3．用自由落体法验证机械能守恒定律，就是看mv是否等于mghn(n为计数点的编号0、1、2…n)．下列说法中正确的是 ( )
A．打点计时器打第一个点0时，重物的速度为零B．hn是计数点n到起始点0的距离
C．必须测量重物的质量 D．用vn＝gtn计算vn时，tn＝(n－1)T(T为打点周期)
4．在“验证机械能守恒定律”的实验中：
(1)将下列主要的实验步骤，按照实验的合理顺序把步骤前的序号填在题后横线上：
A．用手提着纸带使重物静止在靠近打点计时器处；
B．将纸带固定在重物上，让纸带穿过打点计时器的限位孔；
C．取下纸带，在纸带上任选几点，测出它们与第一个点的距离，并算出重物在打下这几个点时的瞬时速度；
D．接通电源，松开纸带，让重物自由下落；
E．查出当地的重力加速度g的值，算出打下各计数点时的动能和相应的减少的重力势能，比较它们是否相等；
F．把测量和计算得到的数据填入自己设计的表格里．
答：________________________________________________________________________.
(2)动能值和相应重力势能的减少值相比，实际上哪个值应偏小些？
答：________________________________________________________________________.
课后反思
课后练习 ▲练习与评价（课本P5） ▲发展空间（课本P5）
▲补充练习: