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山东省威海二中高中物理 24《机械能守恒定律》实验验证机械能守恒定律导学案 新人教版必修2


总课题 课题

第七章 机械能守恒定律 第九节 验证机械能守恒定律

总课时 课型

第 16 课时 实验课

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。 学 习 目 标 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。 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。 学习 重点 学习 难点 学法 指导 教学 准备 教学 设想 掌握验证机械能守恒定律的实验原理。 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。 实验探究

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 2 体自由下落 H 高度时速度为 V, 应有 MgH= , 故只要 gH=1/2V 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。 2 ⒌在验证机械能守恒定律时,如果以 v /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:

1 2 mv A ? mgh ----本实验要验证的表达式,式中 h 是 2
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。 4

h4 s3 s2 2 s1 h2 1 0 h1 3

h3

s 根据公式 v ? ,t=2×0.02 s(纸带上 t
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,??.

图2 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 2 mm 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 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 1/2mvn ,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. 99 cm、70.18 cm、77.76 cm、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
2

l

2

3

4

5

6

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, 2 重力加速度取 9.8m/s ,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 。


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