《實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》教案1

空氣的存在教案一、教學(xué)目標(biāo)（一）知識(shí)與技能1、要弄清實(shí)驗(yàn)?zāi)康?，本?shí)驗(yàn)為驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)，目的是利用重物的自由下落驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。2、要明確實(shí)驗(yàn)原理，掌握實(shí)驗(yàn)的操作方法與技巧、學(xué)會(huì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理，能夠進(jìn)行實(shí)驗(yàn)誤差的分析， 從而使我們對機(jī)械能守恒定律的認(rèn)識(shí)， 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(shí)際觀測，從感性上增加認(rèn)識(shí)，深化對機(jī)械能守恒定律的理解。3、通過學(xué)生自主學(xué)習(xí)，培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、采集數(shù)據(jù)，處理數(shù)據(jù)及實(shí)驗(yàn)誤差分析的能力。（二）過程與方法1、要明確紙帶選取及測量瞬時(shí)速度簡單而準(zhǔn)確的方法。2、通過同學(xué)們的親自操作和實(shí)際觀測掌握實(shí)驗(yàn)的方法與技巧。3、通過對紙帶的處理過程，體會(huì)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(shí)驗(yàn)過程使學(xué)生體驗(yàn)實(shí)驗(yàn)中理性思維的重要，既要?jiǎng)邮?，更要?jiǎng)幽X。（三）情感態(tài)度與價(jià)值觀1、通過實(shí)驗(yàn)及誤差分析，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)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、培養(yǎng)學(xué)生的團(tuán)結(jié)合作精神和協(xié)作意識(shí)，敢于提出與別人不同的見解。二、教學(xué)重點(diǎn)1、驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理。2、實(shí)驗(yàn)原理及方法的選擇及掌握。三、教學(xué)難點(diǎn)實(shí)驗(yàn)誤差分析的方法。四、課時(shí)安排1 課時(shí)五、教學(xué)準(zhǔn)備多媒體課件、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、紙帶。六、教學(xué)過程新課導(dǎo)入：十米跳臺(tái)跳水是種技術(shù)性較強(qiáng)的運(yùn)動(dòng)。運(yùn)動(dòng)員在跳離平臺(tái)后筆直飛出，如果不計(jì)空氣阻力，思考：他在下落的過程中運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)是怎樣的？機(jī)械能是否守恒？怎樣驗(yàn)證？新課講解：一、實(shí)驗(yàn)思路這節(jié)課我們通過設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，通過探究自由落體過程中能量的變化來驗(yàn)證機(jī)械能守恒定 律。指導(dǎo)學(xué)生閱讀課本內(nèi)容，找出利用自由落體運(yùn)動(dòng)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的方法，培養(yǎng)學(xué)生的閱讀、總結(jié)表達(dá)能力。方法總結(jié)：在只有重力做功的自由落體運(yùn)動(dòng)中，物體的重力勢能和動(dòng)能相互轉(zhuǎn)化，總的機(jī)械能守恒，驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律只需驗(yàn)證減少的重力勢能等于增加的動(dòng)能即可。問題探究：讓學(xué)生分組討論、交流， 要完成本實(shí)驗(yàn)，應(yīng)該測量的量有哪些，如何測量，并提出解決方案。明確：測量物體自由下落過程中減少的勢能。方法：測量物體的質(zhì)量 m下降的高度 Ah,利用重力勢能的公式計(jì)算Ab=mgA h;測量自由落體下降 A h時(shí)的速度v,利用動(dòng)能的公式計(jì)算 A Ek=mv/2,利用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器處 理紙帶的方法來求解速度。方法補(bǔ)充：如何利用紙帶求解瞬時(shí)速度？指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)勻變速直線運(yùn)動(dòng)的運(yùn)動(dòng)學(xué)規(guī)律，推導(dǎo)瞬時(shí)速度的求解方法。學(xué)生通過閱讀教材，總結(jié)推導(dǎo)過程，教師通過大屏幕投影學(xué)生的推導(dǎo)過程：如圖所示，由于紙帶做勻加速運(yùn)動(dòng)，故有 A C之間的平均速度：vAC = vA VC 。2根據(jù)速度公式有： VB=VA+a A t , Vc=VB+a A t,故有： VB-V A=VC-V B,/. +即Vb=2從而：VB= VAC?？偨Y(jié)：勻變速直線運(yùn)動(dòng)中，某點(diǎn)的瞬時(shí)速度等于以該點(diǎn)為時(shí)間中點(diǎn)的兩點(diǎn)間的平均速度。解決方案：利用電火花計(jì)時(shí)器打出紙帶，通過處理紙帶，既可以求出物體下降的高度，還可以求出某一瞬時(shí)的速度，因此電火花計(jì)時(shí)器是重要的實(shí)驗(yàn)儀器。原理探究：通過實(shí)驗(yàn)，求自由落體的重力勢能減少量和相應(yīng)過程動(dòng)能的增加量。若二者相等，說明機(jī)械能守恒，從而驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。而且，因?yàn)椴恍枰牢矬w在某點(diǎn)動(dòng)能1 1 1 1 1 1 1 1 11 2和勢能的具體數(shù)值，所以不必測量物體的質(zhì)量m,而只需驗(yàn)證1V2=ghn就行了，如果要具體計(jì)算出重力勢能或動(dòng)能的數(shù)值就需要天平?？偨Y(jié)：指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理，寫出本實(shí)驗(yàn)用到的實(shí)驗(yàn)器材：電火花計(jì)時(shí)器（或電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器）；重物（質(zhì)量300 g3 g）及紙帶；鐵架臺(tái)、夾子、燒瓶夾；電源。問題預(yù)測：在本實(shí)驗(yàn)操作的具體過程中會(huì)遇到哪些問題？通過該問題的設(shè)置，學(xué)生對實(shí)驗(yàn)中可能遇到的問題進(jìn)行預(yù)測，并提出相應(yīng)的解決方法。1、重物下落的過程中除受重力外，還受到哪些阻力？怎樣減小這些阻力對實(shí)驗(yàn)的影響 2、重物下落時(shí)最好選擇哪兩個(gè)位置作為過程的開始和終結(jié)的位置？3、本實(shí)驗(yàn)中用的重錘，質(zhì)量大一些好還是小一些好？為什么？4、質(zhì)量是否為本實(shí)驗(yàn)必須測量的量 ？參考答案：1、重物下落的過程中，除受重力外，還要受空氣阻力和打點(diǎn)計(jì)時(shí)器給紙帶的摩擦力。安裝打點(diǎn)計(jì)時(shí)器時(shí)注意保持豎直，重物要選擇質(zhì)量大一些的。2、為減小測量高度 h值的相對誤差，選取的各計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)一些。要從起始點(diǎn)開始測量出 hi、h2,再求出 Ah=h2-hi。3、錘應(yīng)該選擇質(zhì)量大一些，體積小一些的，可以有效地減小空氣阻力的影響。4、質(zhì)量并非必須測量的量，在需要計(jì)算具體的能量數(shù)值時(shí)，需要天平。二、進(jìn)行實(shí)驗(yàn)步驟整理：教師指導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)原理、各種器材的注意事項(xiàng)，總結(jié)歸納實(shí)驗(yàn)步驟：如圖所示，將紙帶固定在重物上， 讓紙帶穿過打點(diǎn)計(jì)時(shí)器； 打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的兩根導(dǎo)線接在6伏交流電源上?；磔?紙帶“市物TII用手提著紙帶，讓重物靠近打點(diǎn)計(jì)時(shí)器靜止，然后接通電源，松開紙帶，讓重物自由落下，紙帶上打下一系列點(diǎn)。重復(fù)幾次，從幾條打下點(diǎn)的紙帶中挑選第一、二點(diǎn)間距離接近2mm且點(diǎn)跡清楚的紙帶進(jìn)行測量，測出一系列計(jì)數(shù)點(diǎn),各點(diǎn)到第一個(gè)點(diǎn)的距離 di、d2, d3,，d n-1,d n,d n+1,據(jù)公式 Vn=dn書dnJL ,計(jì)算物體在打下點(diǎn)1、2時(shí)的即時(shí)速度 VI、V2計(jì)算相應(yīng)的動(dòng)能的增 2T加值，填入事先設(shè)計(jì)好的表格。教師點(diǎn)撥：選第1、2點(diǎn)間距約2 mm勺紙帶意味著紙帶是在打第一個(gè)點(diǎn)的瞬時(shí)開始運(yùn)動(dòng)的，根據(jù) h=gT2/2=9。8X0。022/2 m=1。961 0-32 mm在起始點(diǎn)標(biāo)上0,用刻度尺測量紙帶從點(diǎn) 。到點(diǎn)1、2之間的距離h1、h2計(jì)算出 相應(yīng)減少的重力勢能，填入事先設(shè)計(jì)好的表格。處理數(shù)據(jù)，得出結(jié)論。參考數(shù)據(jù)：各計(jì)數(shù)點(diǎn)45678910t(s)0.080.100.120.140.160.180.20hx(10 -2 m)2.924.626.709.1812.0315.2818.92v= A h/ A t(m/s)0.9451.141.331.531.722 A E<=mv/20.1340.1950.2650.3510.444A Ep=mgh0.1360.1970.2700.3540.450實(shí)驗(yàn)結(jié)論：在誤差允許的范圍內(nèi)，物體減少的重力勢能等于增加的動(dòng)能，機(jī)械能守恒。學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)，并處理數(shù)據(jù)，教師利用實(shí)物投影儀展示幾組數(shù)據(jù)，并進(jìn)行點(diǎn)評。師生根據(jù)實(shí)際實(shí)驗(yàn)中的體會(huì)，總結(jié)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：1、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器安裝時(shí)，必須使兩限位孔在同一豎直線上，以減小摩擦阻力。2、實(shí)驗(yàn)時(shí)，需保持提紙帶的手不動(dòng)，待接通電源，讓打點(diǎn)計(jì)時(shí)器工作正常后再松開紙帶讓重錘下落，以保證第一個(gè)點(diǎn)是一個(gè)清晰的點(diǎn)。3、選用紙帶時(shí)應(yīng)盡量挑選第一、二點(diǎn)間接運(yùn)2 mm的紙帶。4、打點(diǎn)計(jì)時(shí)器必須接 50 Hz交流低壓電源。5、測量下落高度時(shí)，必須從起始點(diǎn)算起，不能搞錯(cuò)，為了減小測量h值的相對誤差，選取的各個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)要離起始點(diǎn)遠(yuǎn)一些，紙帶也不易過長，有效長度可在60 cm 80 cm之內(nèi)。6、實(shí)驗(yàn)中，只要驗(yàn)證 gh是否等于lv2即可，也可不用測重錘的質(zhì)量。2誤差分析：教師指導(dǎo)學(xué)生觀察表格中的數(shù)據(jù)，減少的重力勢能并不是嚴(yán)格地等于增加的動(dòng)能，而是稍大于增加的動(dòng)能，讓學(xué)生思考其中的原因，并總結(jié)歸納。原因：重物和紙帶下落過程中要克服阻力，包括空氣阻力、紙帶與限孔位及紙帶與計(jì)時(shí)器之間的摩擦力。由于摩擦力的存在， 減少的重力勢能并沒有全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，有一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。計(jì)時(shí)器平面不在豎直方向，紙帶平面與計(jì)時(shí)器平面不平行是阻力增大的原因。電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的阻力大于電火花計(jì)時(shí)器。交流電的頻率f不是50 Hz也帶來誤差。f<50 Hz,使動(dòng)能EkvEp的誤差進(jìn)一步加大，f>50 Hz則可能出現(xiàn) R>&的結(jié)果。因此為了實(shí)驗(yàn)的精 確性，應(yīng)該嚴(yán)格按照實(shí)驗(yàn)步驟進(jìn)行。