《實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律》教案2

實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律教案一、教學(xué)目標(biāo)（一）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。（二）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。（三）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。二、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。三、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。四、課時(shí)安排1課時(shí)五、教學(xué)準(zhǔn)備多媒體課件、粉筆、圖片。六、教學(xué)過程新課導(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)械能是不是守恒這個(gè)過程只有重力做功，所以機(jī)械能是守生：自由落體運(yùn)動(dòng)中物體只受到重力的作用，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)。新課講解：一、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0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=-mvA+mghA，eb=JmvB+mgh322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mvAmghA=_LmvBmghB221212上式亦可寫成mvA=mghA-mghs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)能的減少圖1等于動(dòng)能的增加。為了方便，可以直接從開始下落的°點(diǎn)至任意點(diǎn)（如圖1中A點(diǎn)）來進(jìn)行研究，這時(shí)應(yīng)有：12-mvA=mgh一本實(shí)驗(yàn)要驗(yàn)證的表達(dá)式式中h是物體從0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)開始的占。八、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？生：不需要測(cè)量重物的質(zhì)量，因?yàn)檫@個(gè)物理量在式子兩邊可以約掉。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？S3（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)）二、如何求出A點(diǎn)的瞬時(shí)速度VA?Si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)速圖2是豎直紙帶由下而上實(shí)際打點(diǎn)后的情況。從0點(diǎn)開始依次取點(diǎn)1, 2, 3,圖中度可求出A點(diǎn)的瞬時(shí)速度Va。si,S2,S3,分別為02點(diǎn)，13點(diǎn)，24點(diǎn)各段間的距離。S根據(jù)公式V，g2Xo.02s（紙帶上任意兩個(gè)相鄰的點(diǎn)間所表示的時(shí)間都是0.02s）,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vi,V2,V3,例如：量出02點(diǎn)間距離Si，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t度Vi。依次類推可求出點(diǎn)2,3,處的瞬時(shí)速度V2,V3,。三、如何確定重物下落的高度？圖2中hi,h2,h3,分別為紙帶從0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。四、描繪圖像師：可以結(jié)合圖象了解瞬時(shí)速度和時(shí)間中點(diǎn)的平均速度相等的物理意義。Vk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0.1s為一個(gè)時(shí)間間隔呢？生：如果時(shí)間間隔是O.ls,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?？吭诖螯c(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I'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hlh2h3,記人表格中。各計(jì)數(shù)點(diǎn)123456下落局度速度勢(shì)能動(dòng)能結(jié)論6'用公式Vn=hn+i+hn-i/2t，計(jì)算出各點(diǎn)的瞬時(shí)速度vlv2v3并記錄在表格中。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l/2mvn2,并進(jìn)行比較?？词欠裣嗟?，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)。為計(jì)時(shí)起點(diǎn)，0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0.02s打點(diǎn)一次，在最初的0.02s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=0.02s.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，12.Vn=ghn而只需驗(yàn)證2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。