古人云,工欲善其事,必先利其器。教师要准备好教案,这是教师工作中的一部分。教案可以让学生能够在课堂积极的参与互动,使教师有一个简单易懂的教学思路。您知道教案应该要怎么下笔吗?下面是小编帮大家编辑的《机械能守恒定律》,仅供参考,希望能为您提供参考!
第5节机械能守恒定律
【学习目标】
1.知道机械能守恒定律及其适用条件。
2.会应用机械能守恒定律解题,明确解题步骤,知道用这个定律处理问题的优点。
3.能叙述能量守恒定律,体会能量守恒是自然界的基本规律之一。会初步运用能量守恒的观点分析问题。
【阅读指导】
图1图2
1.物体的机械能包括_________、_________和__________。如图1所示,在一个光滑曲面的上端A,由静止释放一质量为m的小球,若取曲面的底端所在的平面为零重力势能点,小球在A点时的机械能为__________,小球沿曲面滑到曲面底端B点,小球从A点滑到B点的过程中,小球受到_____力和_____力,其中只有____做功,该力做的功W=_________,重力势能________(填“增加”或“减少”)了__________,由动能定理知小球动能的变化量为_________,此时小球的机械能为_______,在该过程中小球的机械能_______(填“变化”或“不变”)。如果这个曲面是粗糙的,那么小球在由A滑到B的过程中,不仅重力做功同时________力做_____(填“正”或“负”),若该力做了Wf的功,由动能定理可知,物体动能的增加了________,此时的机械能为_______,小球从A滑到B的过程中机械能_________(填“变化”或“不变”)。
2.如图2所示,一根长为h的细绳,一端悬挂在天花板上,另一端拴一质量为m的小球,将小球拉至与竖直方向成60°角的位置A,不计空气阻力,由静止释放小球,在小球摆到最低点B的过程中,小球受到______力和_____力的作用,其中只有______力做功,该力做功为___________。由动能定理可知小球的动能增量为______。若假设小球达到最低点所在的平面为零重力势能面,小球在A点的机械能为_______,在B点的机械能为_______,小球从A到B的过程中机械能的总量________(填“变化”或“不变”)。若这个过程中空气阻力不能忽略,那么,小球从A到B的过程中,不仅重力做功,同时_______也做功,机械能的总量将__________(填“增加”、“减少”或“不变”)。
3.能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式________为另一种形式,或者从一个物体_________到另一个物体,在转化或转移过程中其总量保持不变。
【课堂练习】
★夯实基础
1.下列几种运动中机械能守恒的是()
A.平抛物体的运动B.竖直方向的匀速直线运动
C.单摆在竖直平面内的摆动D.物体沿光滑斜面自由上滑
2.如图所示,一个小球,从长度L=10m,倾角为30°的光滑斜面顶端A由静止开始下滑,若g取10m/s到达轨道底端B时的速度大小是()
A.10m/sB.10m/s
C.100m/sD.200m/s
3.如图所示,一个可视为质点的实心钢球从高H的A点自由落入水面的B点,然后钢球继续落入深为h的水底C处。下列说法正确的是()
A.钢球由A落到C的过程中,机械能守恒
B.钢球由A落到B的过程中,机械能守恒
C.钢球由B落到C的过程中,机械能守恒
D.钢球由A落到C的过程中,动能先增加后减少
4.质量为m的石子从距地面高为H的塔顶以初速度v0竖直向下抛出,若只考虑重力作用,则石子下落到距地面高为h处时的动能为:(g表示重力加速度)
A.B.
C.D.
5.物体从某一高度自由落到直立于地面上的轻弹簧上,如图所示在A点开始与弹簧接触,到B点物体速度为零,然后被弹回,则()
A.物体从A到B的过程中,动能不断减小
B.物体从B上升到A的过程中,动能不断增大
C.物体从A到B及B上升到A的过程中,动能是先变大后变小
D.物体在B点的动能为零
6.竖直下抛一小球,不计空气阻力和小球落地时的能量损失,小球着地后回跳的高度比抛出点的高度高5.0m。求小球抛出时的速度多大?(g取10m/s2)
★能力提升
7.物体做平抛运动,落地时的动能是刚被抛出时动能的4倍,则物体刚被抛出时的重力势能是动能的多少倍?
8.如图所示,AB和CD为半径为R=lm的1/4圆弧形光滑轨道,BC为一段长2m的水平轨道.质量为2kg的物体从轨道A端由静止释放,若物体与水平轨道BC间的动摩擦因数为0.1,求:(l)物体第1次沿CD弧形轨道可上升的最大高度;(2)物体最终停下来的位置与B点的距离.
9.如图所示的装置中,轻绳将A、B相连,B置于光滑水平面上,拉力F使B以1m/s匀速地由P运动到Q,P、Q处绳与竖直方向的夹角分别为α1=37°,α2=60°。滑轮离光滑水平面高度h=2m,已知mA=10kg,mB=20kg,不计滑轮质量和摩擦,求在此过程中拉力F做的功?(已知sin37°=0.6,g取10m/s2)
第5节机械能守恒定律
【阅读指导】
1、动能重力势能弹性势能mgh重力弹力重力mgh减少mghmghmgh不变摩擦负(mgh-Wf)mgh-Wf变化2、重拉重mgh/2mgh/2mgh/2mgh/2不变减少3、只有重力做功直线曲线弹性势能重力和弹力做功4、转化、转移
【课堂练习】
1、ACD2、A3、BD4、C5、0.6m6、10m/s7、3*8、(1)0.8(2)2m
小球在运动过程中,受到重力和轨道支持力,轨道支持力对小球不做功,只有重力做功,小球机械能守恒.取轨道最低点为零重力势能面.因小球恰能通过圆轨道的最高点C,说明此时,轨道对小球作用力为零,只有重力提供向心力,根据牛顿第二定律可列得在圆轨道最高点小球机械能在释放点,小球机械能为根据机械能守恒定律列等式:解设同理,小球在最低点机械能小球在B点受到轨道支持力F和重力根据牛顿第二定律,以向上为正,可列据牛顿第三定律,小球对轨道压力为6mg.方向竖直向下.在较复杂的物理现象中,往往要同时应用动量守恒定律和机械能守恒定律,明确这两个定律应用上的差异,可正确运用它们,客观反映系统中物体间的相互作用,准确求出有关物理量.【例】在光滑的水平面上,置放着滑块A和B,它们的质量分别为和,B滑块与一轻弹簧相连,弹簧的另一端固定在竖直的墙上,滑块A以速度与静止的滑块B发生正碰后粘合一起运动并压缩弹簧,如图所示,求此过程中弹簧的最大弹性势能(看例课课件)
滑块A与B碰撞瞬间,对于滑块A、B组成的物体系,所受合外力为零,动量守恒,得在滑块A、B粘合一起运动压缩弹簧时,只有弹簧的弹力做功,A、B滑块和弹簧组成的系统机械能守恒,弹簧弹性势能最大时,滑块A、B动能为零.动能全部变为弹簧的弹性势能,则两式联立解,可得(四)总结、扩展1.在只有重力和弹力做功的情况下,可应用机械能守恒定律解题.也可以用动能定理解题,这两者并不矛盾.前者往往不深究过程的细节而使解答过程显得简捷,但后者的应用更具普遍性.2.动量守恒定律和机械能守恒定律的比较(l)两个定律的研究对象都是相互作用的物体组成的系统.两个定律的数学表达公式中的物理量都是相对于同一参照系的.(2)两定律研究的都是某一物理过程,注重的是运动过程初、末状态的物理量,而不深究运动过程中各物体间的作用细节.(3)两定律的成立条件不同,动量是否守恒,决定系统所受合外力是否为零,而不管内外力是否做功.而机械能是否守恒,决定于是否有重力和弹力以外的力做功,而不管这些力是内力还是外力.(4)动量守恒定律的数学表达公式是矢量式,要使运算简便,可先定正方向,把矢量运算变为代数运算,机械能守恒定律的数学表达公式是标量式,但要先选定零重力势能面,才能列出具体的机械能守恒公式.八、布置作业P151练习六(3)(4)(5)九、板书设计1.应用机械能守恒定律解题的基本步骤(1)选取研究对象(2)分析机械能守恒条件(3)选定参考平面,明确初末状态物体的机械能值(4)根据定律列方程式计算2.注重机械能守恒定律和其他力学定理、定律的综合应用.
一名优秀的教师在教学时都会提前最好准备,教师在教学前就要准备好教案,做好充分的准备。教案可以让学生更好的消化课堂内容,帮助教师提高自己的教学质量。优秀有创意的教案要怎样写呢?下面是小编为大家整理的“验证机械能守恒定律”,欢迎您参考,希望对您有所助益!
总课题机械能守恒定律总课时第26课时
课题验证机械能守恒定律课型实验课
教
学
目
标知识与技能
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。
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。
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。
学法
指导实验探究
教学
准备
教学
设想预习导学→学生初步了解本节内容→实验探究→突出重点,突破难点→典型例题分析→巩固知识→达标提升
教学过程
师生互动补充内容或错题订正
任务一预习导学
⒈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。
⒉物体做自由落体运动时,只受力作用,其机械能守恒,若物体自由下落H高度时速度为V,应有MgH=,故只要gH=1/2V2成立,即可验证自由落体运动中物体的机械能守恒。
⒊在打出的各纸带中挑选出一条点迹,且第1、2两打点间距离接近的纸带。
⒋测定第N个点的瞬时速度的方法是:测出与N点相邻的前、后两段相等时间T内下落的距离SN和SN+1,,有公式VN=算出。
⒌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。
任务二重点复习
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:
上式亦可写成
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
高度,vA是物体在A点的
速度。
2、如何求出A点的瞬时速度vA?
(引导: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,……各点相对应的瞬时速度v1,v2,v3,…….
3、如何确定重物下落的高度?
(引导: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。
任务三进行实验
一、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?
二、学生进行分组实验。(学生讨论实验的步骤,教师巡回指导,帮助能力较差的学生完成实验步骤)(参考实验步骤)
1.把打点计时器安装在铁架台上,用导线将学生电源和打点计时器接好.
2.把纸带的一端用夹子固定在重锤上,另一端穿过打点计时器的限位孔,用手竖直提起纸带,使重锤停靠在打点计时器附近.
3.接通电源,待计时器打点稳定后再松开纸带,让重锤自由下落,打点计时器应该在纸带上打出一系列的点.
4.重复上一步的过程,打三到五条纸带.
5.选择一条点迹清晰且第l、2点间距离接近2mm的纸带,在起始点标上0,以后各点依次为1、2、3……用刻度尺测量对应下落的高度h1h2h3,……记人表格中.
6.用公式vn=hn+1+hn-1/2t,计算出各点的瞬时速度v1v2v3……并记录在表格中.
各计数点l23456
下落高度
速度
势能
动能
结论
7.计算各点的重力势能的减少量mgh。和动能的增加量1/2mvn2,并进行比较.看是否相等,将数值填人表格内.
任务四达标提升
(1)2.在《验证机械能守恒定律》的实验中,已知打点计时器所用电源的频率为50Hz,查得当地的重力加速度g=9.8m/s2,实验中得到一条点迹清楚的纸带如图7-10-1所示,把第一个点记作O,另选连续的4个点A、B、C、D作为测量的点,经测量A、B、C、D各点到O的距离分别为62.99cm、70.18cm、77.76cm、85.73cm.根据以上数据,可知重物由O点运动到C点,重力势能减少量等于J,动能的增加量等于J(取三位有效数字).在实验允许误差范围内,可认为重物下落过程中,机械能,(可设重物质量为m)
2.在《验证机械能守恒定律》的实验中,下列说法中正确的是()
A.要用天平称重锤质量
B.实验时,当松开纸带让重锤下落的同时,立即接通电源
C.要选用第1、2两点接近2mm的纸带
D.实验结果总是动能增加量略大于重力势能的减小量
(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4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。
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。
实验:验证机械能守恒定律
★新课标要求
(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。
★教学工具
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
教师活动: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。
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=2×0.02s(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)进行新课
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0.02s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、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。
★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。
(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4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。
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)①1.175,0.69,0.69②0.69,③机械能守恒。]
★教学体会
思维方法是解决问题的灵魂,是物理教学的根本;亲自实践参与知识的发现过程是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了无源之水、无本之木。学生素质的培养就成了镜中花,水中月。
文章来源:http://m.jab88.com/j/16244.html
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