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2019-2020年高中物理《實驗驗證機械能守恒定律》導學案 新人教版必修2 【課題】：實驗驗證機械能守恒定律 【課型】問題生成解決課 【學習目標】 1．會用打點計時器打下的紙帶計算物體運動的速度． 2．掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理． 3．通過用紙帶與打點計時器來驗證機械能守恒定律，體驗驗證的過程和物理學的研究方法。 4．通過實驗驗證，體會學習的快樂，激發(fā)學習的興趣；通過親身實踐，樹立“實踐是檢驗真理的唯一標準”的科學觀。培養(yǎng)觀察和實踐能力，培養(yǎng)實事求是的科學態(tài)度。 【重點】掌握驗證機械能守恒定律的實驗原理。 【難點】驗證機械能守恒定律的誤差分析及如何減小實驗誤差的方法。 【知識回顧】機械能守恒定律的條件及其表達式 【自主導學】 1、必須選擇一個符合機械能守恒的運動模型來驗證機械能守恒定律，本實驗選擇自由落體運動模型來驗證機械能守恒定律，是因為物體在自由落體運動過程中只有____做功，滿足____________。 2、按照書本要求，本實驗是驗證自由落體軌跡上開始點和其后任意點之間的機械能守恒，為此必須選擇物體初速度為_______,判斷開始點是否滿足要求的依據(jù)是_____________,為了計算物體減少的重力勢能，必須測量出物體__________________，對應的測量器材是___________。為了計算出某時刻物體的動能，必須測量出物體在該時刻的瞬時速度，其計算公式為__________________，這是利用了什么原理？_________________。為了計算物體的動能和重力勢能，按理還需要知道物體的質(zhì)量，但本實驗中可以不測物體的質(zhì)量，其原因是_______ 。 3、實驗操作過程中，是先接通電源開始打點還是先放開紙帶？為什么？ _______ 。 4、為了減小實驗誤差，應盡量減小重物下落時紙帶所受的阻力。因此重錘應選______（填重、輕），紙帶應_______放置。盡管采取了上述措施，但由于阻力還是存在的，所以實驗中重力勢能的減小量應______動能的增加量，這樣才是符合實際的。 5、在架設打點計時器時應注意什么？為什么？ 6、測量下落高度時，某同學認為都必須從起始點算起，不能弄錯。他的看法正確嗎？為了減小測量 h值的相對誤差，選取的各個計數(shù)點要離起始點適當遠些好，還是近些好？ 7、推導出機械能守恒定律在本實驗中的具體表達式。 【例題解析】 例題：在《驗證機械能守恒定律》的實驗中，已知打點計時器所用電源的頻率為50Hz，測得當?shù)氐闹亓铀俣萭=9.8m/s2，測得所用重物的質(zhì)量為1.00kg，實驗中得到一點跡清晰的紙帶（如圖），把第一點記作O，另選連續(xù)的4個點A、B、C、D作為測量的點，經(jīng)測量知道A、B、C、D到0點的距離分別為62.99cm,70.18cm,77.76cm,85.73cm,根據(jù)以上的數(shù)據(jù)，可知重物由0運動到C點，重力勢能的減小量等于_______J,動能的增加量等于_______J。（取三位有效數(shù)字） 【夯實基礎】 1、在本實驗中，對自由下落的重物，下述選擇的條件哪種更為有利？（ ） A、只要有足夠重就可以 B、只要體積足夠小就可以 C、既要足夠重，又要體積非常小 D、應該密度大些，還應便于夾緊紙帶，使紙帶隨同運動時不致扭曲 2、在本實驗中，有如下器材：A.打點計時器；B.低壓交流電源（附導線）；C.天平（附砝碼）；D.鐵架臺（附夾子）；E.重錘（附夾子）；F.紙帶；G.秒表；H.復寫紙。其中不必要的有________________；還缺少的是________________。 3、下列列出一些實驗步驟： A、用天平稱出重物和夾子的質(zhì)量 B、將重物系在夾子上 C、將紙帶穿過計時器限位孔，上端用手提著，下端夾上系住重物的夾子，再把紙帶向上拉，讓夾子靜止在靠近打點計時器處。 D、把打點計時器接在學生電源的交流輸出端，把輸出電壓調(diào)至6V（電源不接通） E、把打點計時器用鐵夾子固定到放在桌邊的鐵架臺上，使兩個限位孔在同一直線上。 F、在紙帶上選取幾個點，進行測量和記錄數(shù)據(jù)。 G、用秒表測出重物下落的時間 H、接通電源，待計時器響聲穩(wěn)定后釋放紙帶 I、切斷電源 J、更換紙帶重新進行兩次實驗 K、在三條紙帶中選出較好的一條 L、進行計算，得出結(jié)論，完成實驗報告 M、拆下導線，整理器材 對于本實驗以上步驟中，不必要的有_________；正確步驟的合理順序是：________（填寫代表字母） 【知能提升】 1.在做“驗證機械能守恒定律”的實驗時，用打點計時器打出紙帶如圖3所示，其中A點為打下的第一個點，0、1、2……為連續(xù)的計數(shù)點。現(xiàn)測得兩相鄰計數(shù)點之間的距離分別為s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相鄰計數(shù)點間的打點時間間隔均為T。根據(jù)紙帶測量出的距離及打點的時間間隔，可以求出此實驗過程中重錘下落運動的加速度大小表達式為____ _____。在打第5號計數(shù)點時，紙帶運動的瞬時速度大小的表達式為___ _____。要驗證機械能守恒定律，為減小實驗誤差，應選擇打下第_________號和第__________號計數(shù)點之間的過程為研究對象。 2、在驗證機械能守恒定律的實驗中，若以v2/2為縱軸，以h為橫軸，根據(jù)實驗數(shù)據(jù)繪出v2/2—h圖線___________,才能驗證機械能守恒定律；v2/2—h圖線的斜率等于_________的數(shù)值。 3、在本實驗中，由于在運動的初始階段計時器打出的一些點子模糊不清，故必須選擇比較清楚的點作為測量起點。今所選的測量范圍的第1點在米尺上的位置為x1,第4點在米尺上的位置為x2，第7點在米尺上的位置為x3，第10點在米尺上的位置為x4，。若下落的物體質(zhì)量為m，打點計時器每隔Ts打一點，則可利用上述數(shù)據(jù)求出物體從第4點到第7點一段過程中，勢能的減少量是___________，動能增加量是______________。  參考答案： 5、打點計時器要豎直架穩(wěn)，使其兩限位孔在同一豎直平面內(nèi)，以盡量減少重物帶著紙帶下落時所受到的阻力作用。 例題解析 重物從O點到C點下落高度h=0.7776m，△WP=mgh=1.009.80.7776J=7.62J 計算相應過程的動能增加量應先計算出C點的瞬時速度vc，由圖可知： vc=xBD/2t=(0.8537-0.7018)/(20.02)=3.898(m/s) 故ΔEk=mvc2/2=1.003.8982/2J=7.56J 拓展 有些認為動能增加量可以根據(jù)機械能守恒得到△Ek=0.762J，這樣做犯了邏輯錯誤，因為實驗目的就是要驗證機械能是否守恒，驗證過程中當然不能利用機械能守恒的結(jié)論。且實驗中不可避免存在阻力，動能增加量不等于重力勢能的減小量。 【夯實基礎】 1.D 2. C，G；刻度尺，電鍵 3. A，G；EDBCHIJMKFL 【知能提升】 1.（s6+ s5+ s4- s3- s2 –s1）/9T 2， （s5+ s6）/2T，1、5. 2. 過原點的一條直線；重力加速度 3. 作業(yè)設計： 書面：課本上的練習題 課外活動： 課外思考：