2015-2016学年人教版必修2实验：验证机械能守恒定律教案.doc

PAGE  PAGE 5 第九节 实验:验证机械能守恒定律 教学目标： （一）知识与技能 1、会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度。 2、掌握验证机械能守恒定律的实验原理。 （二）过程与方法 通过用纸带与打点计时器来验证机械能守恒定律，体验验证过程和物理学的研究方法。 （三）情感、态度与价值观 通过实验验证，体会学习的快乐，激发学习的兴趣；通过亲身实践，树立“实践是检验真理的唯一标准”的科学观。培养学生的观察和实践能力，培养学生实事求是的科学态度。 教学重点： 掌握验证机械能守恒定律的实验原理。 教学难点： 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。 教学方法： 教师启发、引导，学生自主设计实验方案，亲自动手实验，并讨论、交流学习成果。 教学用具： 重物、电磁打点计时器以及纸带，复写纸片，低压电源及两根导线，铁架台和铁夹，刻度尺，小夹子。 教学过程： （一）课前准备 教师课前布置学生预习本节实验。下发预习提纲，重点复习下面的三个问题： 1、推导出机械能守恒定律在本实验中的具体表达式。 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。 图2 0 1 2 3 4 s1 s2 s3 h1 h2 h3 h4 2、如何求出A点的瞬时速度vA？ 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=2×0.02 s（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，……各点相对应的瞬时速度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。 学生活动：学生看书明确实验的各项任务及实验仪器。复习《用打点计时器测速度》的实验，掌握用打点计时器测量匀变速直线运动速度的方法。 （二）新课教学 教师活动：在学生开始做实验之前，老师应强调如下几个问题： 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？ 2、是否需要测量重物的质量？ 3、在架设打点计时器时应注意什么？为什么？ 4、实验时，接通电源和释放纸带的顺序怎样？为什么？ 5、测量下落高度时，某同学认为都必须从起始点算起，不能弄错。他的看法正确吗？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好，还是近些好？ 学生活动：思考老师的问题，讨论、交流。选出代表发表见解。 1、因为打点计时器每隔0.02 s打点一次，在最初的0.02 s内物体下落距离应为0.002 m，所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近两年2 mm 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 =0.02 s. 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、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、这个同学的看法是正确的。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好。 教师活动：听取学生汇报，点评，帮助学生解决困难。 学生活动：学生进行分组实验。 （三）课余作业 1、完成实验报告。 2、完成如下思考题： （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