2019-2020上学期巢湖市教体局调研

物理教学设计

高三备课组

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

实验六　验证机械能守恒定律

高三备课组

考点要求：本实验是高考物理学科必考的力学实验内容。

实验能力的要求：能独立地完成考纲中所列的实验，能明确实验目的，能理解实验原理和方法，能控制实验条件，会使用仪器，会观察、分析实验现象，会记录、处理实验数据，并得出结论，对结论进行分析和评价；能发现问题、提出问题，并制订解决方案；能运用已学过的物理理论、实验方法和实验仪器去处理问题，包括简单的设计性实验。

 

根据考点要求及实验能力要求，本节课的教学设计撰写如下：

 

教学目标：

1.知识与技能：通过复习验证机械能守恒定律实验的原理、器材装置、操作过程、数据采集、数据分析、得出结论并评价误差。

2.过程与方法：通过对验证机械能守恒定律实验各个环节的复习，并通过高考真题、模拟题练习，提升学生的解答实验题的能力。

3.情感、态度与价值观：通过对验证机械能守恒定律实验的复习，提升学生解答高考实验题的信心、培养学生认真对待实验题的态度、认识到解答实验题能力的价值。

 

教学重点：

1.实验原理与实验操作

2.数据处理与误差分析

3.实验的改进与创新

 

教学难点：实验的改进与创新

 

教具准备：笔记本电脑、投影仪、教学课件

 

课时安排：1　课时

 

教学过程：

 

一　情境引导，激发欲望

(海南单科) 现要通过实验验证机械能守恒定律．实验装置如图所示，水平桌面上固定一倾斜的气垫导轨，导轨上A点处有一带长方形遮光片的滑块，其总质量为M，左端由跨过轻质光滑定滑轮的细绳与一质量为m的砝码相连；遮光片两条长边与导轨垂直；导轨上B点有一光电门，可以测量遮光片经过光电门时的挡光时间t．用d表示A点到导轨底端C点的距离，h表示A与C的高度差，b表示遮光片的宽度，s表示A、B两点间的距离，将遮光片通过光电门的平均速度看做滑块通过B点时的瞬时速度．用g表示重力加速度．完成下列填空和作图．

（1）若将滑块自A点由静止释放，则在滑块从A运动至B的过程中，滑块、遮光片与砝码组成的系统重力势能的减少量可表示为                  ，动能的增加量可表示为                   ．若在运动过程中机械能守恒，与s的关系式为=                   

（2）多次改变光电门的位置，每次均令滑块自同一点（A点）下滑，测量相应的s与t值，结果如下表所示．

 

 

 

 

 

 

以s为横坐标，为纵坐标，在图2所示的坐标纸中描出第1和第5个数据点；根据5个数据点作直线，求得该直线的斜率k = ______×10⁴ m^-1s^-2（保留3位有效数字）．

 

二　组内合作，自学讨论

1.验证机械能守恒定律的实验原理

已知：右图中相临两点间的时间间隔为T，重力加速度为g

(1)用右图中纸带中的O点到B点的测量值验证，则

减少的重力势能：　　　　　　　　　，增加的动能：　　　　　　　　　　　　　　

(2) 用右图中纸带中的A点到B点的测量值验证，则

减少的重力势能：　　　　　　　　　，增加的动能：　　　　　　　　　

 

2.验证机械能守恒定律的实验器材与装置

　　铁架台(含铁夹)，打点计时器，学生电源，纸带，复写纸，导线，毫米刻度尺，重物(带纸带夹)。

 

3.验证机械能守恒定律的实验原理步骤

(1) 将打点计时器竖直安装在铁架台上

(2) 将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带

(3) 接通电源，再松开纸带，让重物自由下落

(4) 取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验

  (5) 选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度,,…，计算出对应的瞬时速度,,…

(6) 分别算出和，在实验误差范围内看是否相等

4.验证机械能守恒定律的实验数据处理

(1) 的测量

(2) 的测量：从纸带上点到点间的平均速度为第点的瞬间速度

5.验证机械能守恒定律的实验结论：

   在实验误差充许的范围内，重锺在下落的过程中，减少的重力势能与增加动能相等，机械能守恒。

三　班内交流，确定难点

根据学生交流讨论所反馈的情况，确定难点

 

四　点拨精讲，解难释疑

考点一　实验原理与操作

[典例1]　在利用自由落体运动验证机械能守恒定律的实验中，电源的频率为50 Hz，依次打出的点为0,1,2,3,4…n。则：

 (1)如用第2点到第6点之间的纸带来验证，必须直接测量的物理量为__________、_______、________，必须计算出的物理量为____________、___________，验证的表达式为_____________。

(2)下列实验步骤操作合理的排列顺序是________(填写步骤前面的字母)。

A．将打点计时器竖直安装在铁架台上

B．接通电源，再松开纸带，让重物自由下落

C．取下纸带，更换新纸带(或将纸带翻个面)重新做实验

D．将重物固定在纸带的一端，让纸带穿过打点计时器，用手提着纸带

E．选择一条纸带，用刻度尺测出物体下落的高度,,…，计算出对应的瞬时速度,,…

F．分别算出2(1)mv_n²和mgh_n，在实验误差范围内看是否相等

考点二　实验创新

[典例2]　用如图甲实验装置验证m₁、m₂组成的系统机械能守恒。m₂从高处由静止开始下落，m₁上拖着的纸带打出一系列的点，对纸带上的点迹进行测量，即可验证机械能守恒定律。图乙给出的是实验中获取的一条纸带：0是打下的第一个点，每相邻两计数点间还有4个打下的点(图中未标出)，计数点间的距离如图所示。已知m₁＝50 g、m₂＝150 g，则(计算结果保留两位有效数字)

(1)在纸带上打下计数点5时的速度v ＝______ m/s。

(2)在计数点0～5过程中系统动能的增量ΔE_k＝________ J。为了简化计算，设g＝9.8 m/s²，则系统势能的减少量ΔE_p＝________ J。

(3)实验结果显示ΔE_p＞ΔE_k，那么造成这一现象的主要原因是　　　　　　　　　　　　　。

(4)在本实验中，若某同学作出了2(1)v²­h图像，如图丙，h为从起点量起的长度，则据此得到当地的重力加速度g＝________ m/s²。

 

 

[典例 3] 某研究性学习小组利用气垫导轨验证机械能守恒定律，实验装置如图甲所示。在气垫导轨上相隔一定距离的两处安装两个光电传感器A、B，滑块P上固定一遮光条，若光线被遮光条遮挡，光电传感器会输出高电压，两光电传感器采集数据后与计算机相连。滑块在细线的牵引下向左加速运动，遮光条经过光电传感器A、B时，通过计算机可以得到如图乙所示的电压U随时间t变化的图像。

  (1)实验前，接通气源，将滑块(不挂钩码)置于气垫导轨  上，轻推滑块，当图乙中的Δt₁________Δt₂(选填“>”“＝”或“<</font>”)时，说明气垫导轨已经水平。

  (2)用游标卡尺测遮光条宽度d，测量结果如图丙所示，则d＝________ mm。

  (3)滑块P用细线跨过气垫导轨左端的定滑轮与钩码Q相连，钩码Q的质量为m。将滑块P由图甲所示位置释放，通过计算机得到的图像如图乙所示，若Δt₁、Δt₂和d  已知，要验证滑块和钩码组成的系统机械能是否守恒，还应测出____________________(写出物理量的名称及符号)。

  (4)若上述物理量间满足关系式____________________，则表明在上述过程中，滑块和钩码组成的系统机械能守恒。

 

[典例4]　(2015·潍坊二模)图甲是验证机械能守恒定律的实验。小圆柱由一根不可伸长的轻绳拴住，轻绳另一端固定。将轻绳拉至水平后由静止释放。在最低点附近放置一组光电门，测出小圆柱运动到最低点的挡光时间Δt，再用游标卡尺测出小圆柱的直径d，如图乙所示，重力加速度为g。则

(1)小圆柱的直径d＝________ cm。

(2)测出悬点到圆柱重心的距离l，若等式gl＝________成立，说明小圆柱下摆过程机械能守恒。

(3)若在悬点O安装一个拉力传感器，测出绳子上的拉力F，则要验证小圆柱在最低点的向心力公式还需要测量的物理量是____________(用文字和字母表示)，若等式F＝__________成立，则可验证向心力公式F_n＝mR(v2)。

五 归纳总结，科学评价

1.实验的原理及操作过程

2.实验数据的处理及误差分析

3.实验的改进及创新

 

六 教学反思