高一物理第五章 第九节实验 验证机械能守恒定律2课时教案 新课标 人教版 必修2.docx
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高一物理第五章第九节实验验证机械能守恒定律2课时教案新课标人教版必修2
2019-2020年高一物理第五章第九节实验验证机械能守恒定律2课时教案新课标人教版必修2
课题
§5.9实验：
验证机械能守恒定律
课型
新授课（2课时）
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、难点
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
探究、讲授、讨论、练习
教学手段
教具准备
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．
教学活动
[新课导入]
师：
上一节课我们学习了机械能守恒定律，我们首先采复习一下什么叫做机械能守恒定律?
生：
在只有重力或弹力做功的物体系统内，动能与势能可以相互转化，而总的机械能保持不变．这叫做机械能守恒定律．
师：
机械能守恒的条件是什么?
生：
只有重力和弹力做功．
师：
自由落体运动中机械能是不是守恒?
生：
自由落体运动中物体只受到重力的作用，这个过程只有重力做功，所以机械能是守恒的．
师：
我们要想推导出机械能守恒定律在自由落体中的具体表达式，可以根据什么来进行推导呢?
生1：
可以通过牛顿运动定律进行推导．
生2：
可以根据动能定理进行推导．
（投影展示与一个自由落体运动相关的题目，从题目中知道有关的物理量，让学生分别根据牛顿运动定律和动能定理推导机械能守恒定律，再一次熟悉这个定律，并为本节课的教学打下基础）
[新课教学]
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。
师：
在做实验之前，我们首先要明确这样几个问题，首先这个实验需要什么器材?
生：
最容易想到的器材是重物、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．
师：
打点计时器的作用是什么?
生：
记录在纸带上打的点，用这些点来求出物体在经过某一点的速度．
师：
低压交流电源是不是必需的?
生：
低压交流电源并不是必需的，如果采用的是电火花计时器时，它所需要的电压是交流220V，所以不需要低压电源．
师：
重物选取的原则是什么?
为什么?
生：
密度比较大，质量相对比较大，可以减小因为空气阻力带来的误差．
师：
实验中还有哪些应该注意的地方?
生：
计时器要稳定在铁架台上，计时器平面与纸带限位孔调整在竖直方向，铁架台放在桌边，计时器距地面的距离大约是1m．
师：
这样做的目的是什么?
生：
计时器平面与纸带限位孔在竖直方向上的目的是减小摩擦以减小实验误差的产生，铁架台放在桌边有利于重物下落到地面上，计时器距地面的距离较大的目的是能够有充足的时间使重物下落，以便在纸带上能够打出较多的点，有利于进行计算．
师：
实验中的误差主要来源于哪里?
生：
重物和纸带下落过程中要克服阻力，主要是纸带和计时器之间的摩擦力，计时器平面不在竖直方向上；纸带与计时器不平行：
交流电的频率不等于50Hz测量数据时的误差等等．
师：
过程开始和终结位置是怎样选择的?
生：
实验用的纸带一般小于1m，从起始点开始大约能打出20个左右的计数点，终结位置的点可以选择倒数第一个点或者倒数第二个点，从这一个点向前数4—6个点当开始的点．
师：
这样选取的目的是什么?
生：
这样选取的目的是可以减小这两个点瞬时速度和两点之间的距离（高度h）测量的误差．
师：
在数据处理时，是不是必须从打的第一个点开始呢?
生：
课文中有这样的句子“纸带上某两点的距离等于重物下落的高度，这样就能得到重物下落过程中势能的变化”．在第四节我们已经学习了重力势能的相对性，处理纸带时选择适当的点为参考点，势能的大小不必从起始点开始计算．
师：
在实验中是不是要先进行测量重物的质量呢?
生：
不需要测量重物的质量，因为这个物理量在式子两边可以约掉．
师：
实验中重物经过某一点的速度是怎样得到的呢?
（投影展示学生的推导过程，这个结论非常重要，一定要让学生能够自己推导）
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。
4、描绘图像
师：
可以结合v-t图象了解瞬时速度和时间中点的平均速度相等的物理意义．
师：
在处理纸带时，是不是要像我们以前做的那样，每隔五个点取一个计数点，也就是说每0.1s为一个时间间隔呢?
生：
如果时间间隔是0.1s，由于自由落体加速度较大，很容易出现纸带上点数不够用的情况，所以时间间隔不能太长．
师：
下面我们准备进行实验，在进行实验之前还应该做几件事情!
首先是确定实验的步骤，大家分组讨论一下，然后得出一个比较合理的实验步骤．
（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h1\h2\h3，……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v1\v2\v3……并记录在表格中．
各计数点
l
2
3
4
5
6
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．
师：
在其中的几步中，提到了要把数据填人表格，那么我们应该设计一个什么样的表格来适应于实验呢?
（学生思考表格的设计方法，独立完成表格的设计）（参考表格）
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。
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。
学生活动
作业
（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。
］
板书设计
5.9实验：
验证机械能守恒定律
一、实验方法验证用自由落体运动中机械能守恒
二、要注意的问题实验的误差来源
三、速度的测量做匀变速运动的纸带上某点的瞬时速度，等于相邻两点间的平均速度．
教
学
后
记
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。
2019-2020年高一物理第五章第二节功2课时教案新课标人教版必修2
课题
§5.2功
课型
新授课（2课时）
教学目标
1．知识与技能
（1）理解功的概念和做功两个要素。
（2）会利用公式进行有关运算．
2．过程与方法
（1）理解正、负功的含义，能解释相关现象．
（2）W=Flcosa要灵活运用．
3．情感、态度与价值观
（1）生产、生活中处处体现了功的问题．
（2）合理、正确地做“功”有益于社会．
教学重点、难点
教学重点
理解功的概念及正负功的意义。
教学难点
利用功的定义式解决有关问题。
教学方法
教学方法
教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。
教学手段
教学工具
计算机、投影仪、CAI课件、录像片
教学活动
（一）引入新课
教师活动：
初中我们学过做功的两个因素是什么?
学生思考并回答：
一是作用在物体上的力，二是物体在力的方向上移动的距离。
扩展：
高中我们已学习了位移，所以做功的两个要素我们可以认为是：
①作用在物体上的力；②物体在力的方向上移动的位移。
导入：
一个物体受到力的作用，且在力的方向上移动了一段位移，这时，我们就说这个力对物体做了功。
在初中学习功的概念时，强调物体运动方向和力的方向的一致性，如果力的方向与物体的运动方向不一致呢？
相反呢？
力对物体做不做功？
若做了功，又做了多少功？
怎样计算这些功呢？
本节课我们来继续学习有关功的知识，在初中的基础上进行扩展。
（二）进行新课
1、推导功的表达式
教师活动：
如果力的方向与物体的运动方向一致，该怎样计算功呢？
投影问题一：
物体m在水平力F的作用下水平向前行驶的位移为s，如图甲所示，求力F对物体所做的功。
学生活动：
思考老师提出的问题，根据功的概念独立推导。
在问题一中，力和位移方向一致，这时功等于力跟物体在力的方向上移动的距离的乘积。
W=Fs
教师活动：
如果力的方向与物体的运动方向成某一角度，该怎样计算功呢？
投影问题二：
物体m在与水平方向成α角的力F的作用下，沿水平方向向前行驶的距离为s，如图乙所示，求力F对物体所做的功。
学生活动：
思考老师提出的问题，根据功的概念独立推导。
在问题二中，由于物体所受力的方向与运动方向成一夹角α，可根据力F的作用效果把F沿两个方向分解：
即跟位移方向一致的分力F1，跟位移方向垂直的分力F2，如图所示：
据做功的两个不可缺少的因素可知：
分力F1对物体所做的功等于F1s。
而分力F2的方向跟位移的方向垂直，物体在F2的方向上没有发生位移，所以分力F2所做的功等于零。
所以，力F所做的功W=W1＋W2=W1=F1s=Fscosα
教师活动：
展示学生的推导结果，点评、总结，得出功的定义式。
力F对物体所做的功等于力的大小、位移的大小、力和位移夹角的余弦这三者的乘积。
即：
W=Fscosα
W表示力对物体所做的功，F表示物体所受到的力，s物体所发生的位移，α力F和位移之间的夹角。
功的公式还可理解成在位移方向的分力与位移的乘积，或力与位移在力的方向的分量的乘积。
在SI制中，功的单位为焦。
1J=1N·m
在用功的公式计算时，各量要求统一采用国际单位制。
2、对正功和负功的学习
教师活动：
指导学生阅读课文P5的正功和负功一段。
通过上边的学习，我们已明确了力F和位移s之间的夹角，并且知道了它的取值范围是０°≤α≤180°。
那么，在这个范围之内，cosα可能大于0，可能等于0，还有可能小于0，从而得到功W也可能大于0、等于0、小于0。
请画出各种情况下力做功的示意图，并加以讨论。
学生活动：
认真阅读教材，思考老师的问题。
①当α=π/2时，cosα=0，W=0。
力F和位移s的方向垂直时，力F不做功；
②当α＜π/2时，cosα＞0，W＞0。
这表示力F对物体做正功；
③当π/2＜α≤π时，cosα＜0，W＜0。
这表示力F对物体做负功。
教师活动：
投影学生画图情况，点评、总结。
点评：
培养学生分析问题的能力。
教师活动：
指导学生阅读课文。
提出问题，力对物体做正功或负功时有什么物理意义呢？
结合生活实际，举例说明。
学生活动：
阅读课文，理解正功和负功的含义。
回答老师的问题。
教师活动：
倾听学生回答，点评、总结。
①功的正负表示是动力对物体做功还是阻力对物体做功
功的正负由力和位移之间的夹角决定，所以功的正负决不表示方向，而只能说明做功的力对物体来说是动力还是阻力。
当力对物体做正功时，该力就对物体的运动起推动作用；当力对物体做负功时，该力就对物体运动起阻碍作用。
②功的正负是借以区别谁对谁做功的标志
功是标量，只有量值，没有方向。
功的正、负并不表示功的方向，而且也不是数量上的正与负。
我们既不能说“正功与负功的方向相反”，也不能说“正功大于负功”，它们仅表示相反的做功效果。
正功和负功是同一物理过程从不同角度的反映。
同一个做功过程，既可以从做正功的一方来表述也可以从做负功的一方来表述。
一个力对物体做负功，往往说成物体克服这个力做功。
打个比喻，甲借了乙10元钱，那么从甲的角度表述，是甲借了钱；从乙的角度表述，乙将钱借给了别人。
例如：
一个力对物体做了-6J的功，可以说成物体克服这个力做了6J的功。
3、几个力做功的计算
教师活动：
刚才我们学习了一个力对物体所做功的求解方法，而物体所受到的力往往不只一个，那么，如何求解这几个力对物体所做的功呢?
投影例题：
如图所示，一个物体在拉力F1的作用下，水平向右移动位移为s，求各个力对物体做的功是多少?
各个力对物体所做功的代数和如何?
物体所受的合力是多少?
合力所做的功是多少?
学生活动：
认真审题，解决问题。
教师活动：
投影学生解题过程，点评总结。
解析：
物体受到拉力F1、滑动摩擦力F2、重力G、支持力F3的作用。
重力和支持力不做功，因为它们和位移的夹角为90°；F1所做的功为：
W1=Fscosα，滑动摩擦力F2所做的功为：
W2=F2scos180°=-F2s。
各个力对物体所做功的代数和为：
W=（F1cosα-F2）s
根据正交分解法求得物体所受的合力F=F1cosα-F2合力方向向右，与位移同向；
合力所做的功为：
W=Fscos０°=（F1cosα-F2）s
总结：
当物体在几个力的共同作用下发生一段位移时，这几个力对物体所做的功可以用下述方法求解
（1）求出各个力所做的功，则总功等于各个力所做功的代数和；
（2）求出各个力的合力，则总功等于合力所做的功。
教师活动：
投影例题：
一个质量m=2kg的物体，受到与水平方向成37°角斜向上方的拉力F1=10N，在水平地面上移动的距离s=2m。
物体与地面间的滑动摩擦力F2=4.2N。
求外力对物体所做的总功。
学生活动：
认真审题，解决问题。
教师活动：
投影学生解题过程，点评总结。
解析：
拉力F1对物体所做的功为W1=F1scos37°=16J。
摩擦力F2对物体所做的功为W2=F2scos180°=-8.4J。
外力对物体所做的总功W=W1＋W2=7.6J。
（另解：
先求合力，再求总功）
点评：
通过实际问题的应用，培养学生独立分析问题的能力。
（三）课堂总结、点评
教师活动：
让学生概括总结本节的内容。
请一个同学到黑板上总结，其他同学在笔记本上总结，然后请同学评价黑板上的小结内容。
学生活动：
认真总结概括本节内容，并把自己这节课的体会写下来、比较黑板上的小结和自己的小结，看谁的更好，好在什么地方。
点评：
总结课堂内容，培养学生概括总结能力。
教师要放开，让学生自己总结所学内容，允许内容的顺序不同，从而构建他们自己的知识框架。
（四）实例探究
☆对“功”的理解
［例1］水流从高处落下，对水轮机做3×108J的功，对这句话的正确理解是（）
A．水流在对水轮机做功前，具有3×108J的能量
B．水流在对水轮机做功时，具有3×108J的能量
C．水流在对水轮机做功后，具有3×108J的能量
D．水流在对水轮机做功的过程中，能量减少3×108J
解析：
本题考查了功和能的关系，并且同实际中的科技应用联系起来。
解：
根据“功是能量转化的量度”可知，水流在对水轮机做功的过程中，有能量参与转化，水流对水轮机做了3×108J的功，则有3×108J的机械能减少了。
故答案应选D。
点拨：
功是能量转化的量度是指做功的过程就是能量转化的过程。
做了多少功，就有多少能量发生转化，绝不能说功是能量的量度。
☆关于“功”的计算
［例2］以一定的初速度竖直向上抛出一小球，小球上升的最大高度为h，空气阻力的大小恒为f，则从抛出至落回到原出发点的过程中，空气阻力对小球做的功为（）
A．零B．C．D．
解析：
在小球从抛出至落回原地的过程中，小球所受阻力的方向变化了，所以是变力，如何求这一变力做的功，可分段处理。
答案：
C
点拨：
对于变力所做的功，可分段处理，求出每一段上（转换为恒力）该力所做的功，再求各段上功的代数和，或者求平均力，再求平均力所做的功。
★巩固练习
1、起重机将质量为100kg的重物竖直向上移动了2ｍ，下列三种情况下，做功的力各有哪几个?
每个力做了多少功?
是正功还是负功?
（不计阻力，ｇ=9.8ｍ/s2）
（1）匀加速提高，加速度a1=0.2ｍ/s2；
（2）匀速提高；
（3）匀减速下降，加速度大小a2=0.2ｍ/s2.
答案：
（1）拉力和重力；W拉=2×103J，WＧ=-1.96×103J；拉力做正功，重力做负功
（2）拉力和重力；均等于1.96×103J；拉力做正功，重力做负功
（3）拉力和重力；拉力做功-2×103J；重力做功1.96×103J；拉力做负功，重力做正功
2、如图在光滑的水平面上，物块在恒力F=100Ｎ的作用下从A点运动到B点，不计滑轮的大小，不计绳与滑轮的质量及绳、滑轮间的摩擦，Ｈ=2.4ｍ，α=37°，β=53°，求拉力F做的功。
答案：
100J
学生活动
作业
★课余作业
书面完成P6“问题与练习”中1-4题。
板书设计
§5.2功
1．功的定义：
2．做功的两个要素
3．功的公式：
W=Flcosa
4．单位：
焦耳（J）
5．功有正、负之分
①当α=π/2时，cosα=0，W=0。
力F和位移s的方向垂直时，力F不做功；
②当α＜π/2时，cosα＞0，W＞0。
这表示力F对物体做正功；
③当π/2＜α≤π时，cosα＜0，W＜0。
这表示力F对物体做负功。
教
学
后
记
升级会员 