粤教版必修二物理：4.5《验证机械能守恒定律》教案

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第5节 验证机械能守恒定律
一、教学目的：
1．知识与技能
(1)知道机械能守恒定律的内容和意义．应向学生说明定律有两层意思：一是动能和势能可以相互转化，二是总机械能守恒．
(2)知道机械能守恒的条件：只有重力和弹力做功，只发生动能和势能的相互转化．
（3）通过验证机械能守恒定律进一步加深对机械能守恒条件的理解。
2．过程与方法
(1)通过这个开放型实验，了解学生对所学知识的掌握和灵活应用程度，了解学生对实验仪器的作用和使用的掌握情况．
(2)根据学生设计的实验方案，了解学生对机械能守恒条件的理解程度，学会怎样减小实验误差．
(3)通过实验，使学生学会处理和解决实际问题的一般思路和方法．
3．情感、态度与价值观
(1)通过这个开放型实验，培养学生的创新意识和探索能力．
(2)通过汇报与交流，使学生了解实验方案的不足，实际操作的不便，促使学生对实验方案和实验步骤进行改进，提高实验的准确性．
二、教学重难点：[来源:21世纪教育网]
1．验证机械能守恒定律的实验原理。
2．验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。
三、教学过程：
（一）复习知识，引入新课：
1．机械能守恒定律在本实验中具体表达式：21世纪教育网
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=
如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有
EA=EB，即=
上式亦可写成
该式左边表示物体由A到B过程中动能的增加，右边表示物体由A到B过程中重力势能的减少。等式说明，物体重力势能的减少等于动能的增加。为了方便，可以直接从开始下落的O点至任意一点（如图1中A点）来进行研究，这时应有：----本实验要验证的表达式，式中h是物体从O点下落至A点的高度，VA是物体在A点的瞬时速度。
2．如何求出A点的瞬时速度VA？[来源:21世纪教育网]
根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情况。从O点开始依次取点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。
根据公式，t=2×0.02S(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,……各点相对应的即时速度V1，V2，V3，…….例如：
量出0～2点间距离S1，则在这段时间里的平均速度，这就是点1处的瞬时速度V1。依次类推可求出点2,3,……处的瞬时速度V2，V3，……。
3．如何确定重物下落的高度？
图2中h1,h2,h3,……分别为纸带从O点下落的高度。
根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。
（二）进行新课：
做实验之前，强调如下几个问题：
1．该实验中选取被打点纸带应注意两点：一是第一点O为计时起点，O点的速度应为零。怎样判别呢？因为打点计时器每隔0.02S打点一次，在最初的0.02S内物体下落距离应为0.002m,所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近两年2mm 的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点就是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔 t=0.02S.
2．因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量 m，而只需验证就行了。
3．打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量减少重物带着纸带下落时所受到的阻力作用。
4．实验时，必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落。
5．测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能弄错。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。
然后学生进行分组实验。
（三）小结
（四）课外作业：
（1）为进行【验证机械能守恒定律】的实验，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 。
（2）在验证机械能守恒定律时，如果以v2／2为纵轴，以h为横轴，根据实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。
[来源:21世纪教育网]
（3）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，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。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实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，为减小实验误差，应选择打下第_________号和第__________号计数点之间的过程为研究对象。
（4）某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，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。21世纪教育网
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从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为 J。
③根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是 。
（参考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺。（2）通过原点的直线、 g. (3)(S6+ S5+ S4- S3- S2 –S1)/9T2, (S5+ S6)/2T,1、5. (4)1.175,0.69,0.69 0.69,机械能守恒。）
h
hA
hB
图1
图2
0
1
2
3
4
S1
S2
S3
h1
h2
h3
h4
图3
图4
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