《实验验证机械能守恒定律》教案设计.docx
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《实验验证机械能守恒定律》教案设计
《实验:
验证机械能守恒定律》教案设计
物理实验教学设计(三维五环教学模式)
验证机械能守恒定律
黑龙江双鸭山市田家炳中学
张娇月
教师活动:
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,…….
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。
教师引导学生思考下列问题:
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。
进行实验:
教师选择实验构思较好的小组在台上演示实验,由小组成员讲出实验的原理,实验的步骤,以及数据的处理方法。
再由其它组的成员共同探讨实验的合理性。
梯练固学
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、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。
3、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。
4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。
5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。
6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。
7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。
【课堂小结】
思维方法是解决问题的关键,是物理教学的根本;亲自实践参与知识的发现过程,自主思考问题是培养学生能力的关键,离开了思维方法和实践活动,物理教学就成了死记硬背的书本知识。
学生素质的培养就成了一句空话。
在本堂课的教学中教师不应讲解过多,应引导学生独立完成实验。
培养学生自己解决问题的能力。