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。
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。
作为杰出的教学工作者,能够保证教课的顺利开展,作为教师就要好好准备好一份教案课件。教案可以更好的帮助学生们打好基础,减轻教师们在教学时的教学压力。那么怎么才能写出优秀的教案呢?为满足您的需求,小编特地编辑了“第4讲实验验证机械能守恒定律”,供大家借鉴和使用,希望大家分享!
第4讲实验验证机械能守恒定律
1.利用重锤下落验证机械能守恒定律的实验中,下面叙述正确的是()
A.应该用天平称出物体的质量
B.应该选用点迹清晰,特别是第一点没有拉成长条的纸带
C.操作时应在接通电源的同时放开纸带
D.打点计时器应接在电压为4~6V的直流电源上
答案:B
2.某位同学做“验证机械能守恒定律”的实验,下列操作步骤中错误的是()
A.把打点计时器固定在铁架台上,用导线连接到低压交流电源
B.将连有重锤的纸带穿过限位孔,将纸带和重锤提升到一定高度
C.先释放纸带,再接通电源
D.更换纸带,重复实验,根据记录处理数据
解析:使用打点计时器的实验均需先通电且打点稳定时才能松开纸带.
答案:C
3.
图5-5-6
如图5-5-6所示,小球从竖直砖墙某位置静止释放,用频闪照相机在同一底片上多次曝光,得到了图中1、2、3、4、5…所示小球运动过程中每次曝光的位置。连续两次曝光的时间间隔均为T,每块砖的厚度为d。根据图中的信息,下列判断正确的是()
A.能判定位置“1”是小球释放的初始位置
B.能求出小球下落的加速度为dT2
C.能求出小球在位置“3”的速度为7d2T
D.如果已知d和T的数值,就能判定小球下落过程中机械能是否守恒
答案:BCD
4.光电计时器是物理实验中经常用到的一种精密计时仪器,它由光电门和计时器两部分组成,光电门的一臂的内侧附有发光装置(发射激光的装置是激光二极管,发出的光束很细),如图5-5-7中的A和A′,另一臂的内侧附有接收激光的装置,如图中的B和B′,当物体在它们之间通过时,二极管发出的激光被物体挡住,接收装置不能接收到激光信号,同时计时器就开始计时,直到挡光结束光电计时器停止计时,故此装置能精确地记录物体通过光电门所用的时间.现有一小球从两光电门的正上方开始自由下落,如图所示,
图5-5-7
(1)若要用这套装置来验证机械能守恒定律,则要测量的物理量有________(每个物理量均用文字和字母表示,如高度H)
(2)验证机械能守恒定律的关系式为________________.
解析:(1)需要测量的物理量有:小球直径D,两光电门间的竖直高度H,小球通过上下两光电门的时间Δt1、Δt2.则小球通过上、下两光电门处的速度分别为DΔt1、DΔt2.
(2)验证守恒关系式为:12mDΔt22-12mDΔt12=mgH,化简得:D2Δt22-D2Δt21=2gH.
答案:(1)小球直径D、两光电门间的竖直高度H、小球通过上下两光电门的时间Δt1、Δt2
(2)D2Δt22-D2Δt21=2gH
5.
图5-5-8
如图5-5-8所示,两个质量各为m1和m2的小物块A和B,分别系在一条跨过定滑轮的软绳两端,已知m1m2.现要利用此装置验证机械能守恒定律.
(1)若选定物块A从静止开始下落的过程进行测量,则需要测量的物理量有________.(在横线上填入选项前的编号)
①物块的质量m1、m2;
②物块A下落的距离及下落这段距离所用的时间;
③物块B上升的距离及上升这段距离所用的时间;
④绳子的长度.
(2)为提高实验结果的准确程度,某小组同学对此实验提出以下建议:
①绳的质量要轻;
②在“轻质绳”的前提下,绳子越长越好;
③尽量保证物块只沿竖直方向运动,不要摇晃;
④两个物块的质量之差要尽可能大.
以上建议中确实对提高准确程度有作用的是________.(在横线上填入选项前的编号)
(3)写出一条上面没有提到的对提高实验结果准确程度有益的建议:________________________________________________________________________.
解析:(1)通过连结在一起的A、B两物体验证机械能守恒定律,即验证系统的势能变化与动能变化是否相等,A、B连结在一起,A下降的距离一定等于B上升的距离;A、B的速度大小总是相等的,故②、③只测其中之一即可,不需要测量绳子的长度.填①②或①③.
(2)如果绳子质量不能忽略,则A、B组成的系统势能将有一部分转化为绳子的动能,从而为验证机械能守恒定律带来误差;若物块摇摆,则两物块的速度有差别,为计算系统的动能带来误差;两个物块质量差较大时,就可以使两物体下降过程时间变短,由计时所带来的误差影响就会越大,故正确选项①③.
答案:(1)①②或①③(2)①③(3)例如:“对同一高度进行多次测量取平均值”;“选取受力后相对伸长尽量小的绳”;等
一名优秀的教师在教学方面无论做什么事都有计划和准备,作为高中教师就要根据教学内容制定合适的教案。教案可以让讲的知识能够轻松被学生吸收,帮助高中教师缓解教学的压力,提高教学质量。所以你在写高中教案时要注意些什么呢?下面是小编帮大家编辑的《机械能守恒定律(新课标)》,供大家借鉴和使用,希望大家分享!
□教学目标:文章来源:http://m.jab88.com/j/22518.html
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