1、以高物理實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證機(jī)械能量守恒定律的教學(xué)案課題5.9實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證機(jī)械能量守恒定律教學(xué)模式新課(兩節(jié)課)教育目標(biāo)知識(shí)和技能1 .使用打點(diǎn)定時(shí)器掉落的紙張錄音帶來補(bǔ)正物體的移動(dòng)速度2 .掌握驗(yàn)證機(jī)械能量守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理過程和方法通過紙張錄音帶和打點(diǎn)定時(shí)器來驗(yàn)證機(jī)械能量守恒定律，體驗(yàn)驗(yàn)證過程和物理學(xué)的研究方法情緒、態(tài)度、價(jià)值觀通過實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證，體會(huì)學(xué)習(xí)的樂趣，激發(fā)學(xué)習(xí)興趣通過自己的實(shí)踐，確立“實(shí)踐是檢驗(yàn)真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)”的科學(xué)觀，培養(yǎng)學(xué)生的觀察和實(shí)踐能力，培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度教育的重點(diǎn)、難點(diǎn)教育重點(diǎn)掌握驗(yàn)證機(jī)械能量守恒定律的實(shí)驗(yàn)原理教學(xué)難點(diǎn)如何驗(yàn)證機(jī)械能量守恒定律的誤差分析和減小實(shí)驗(yàn)誤差教育方法探究、

2、講課、討論、練習(xí)教學(xué)手段準(zhǔn)備教學(xué)用具重物、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙錄音帶、復(fù)寫紙、低壓電源及兩根導(dǎo)線、鐵元素架臺(tái)與鐵元素回形針、水垢、小回形針教育活動(dòng)引進(jìn)新課程老師：上節(jié)課我學(xué)了機(jī)械能量守恒定律。 首先，什么是機(jī)械能量守恒定律？生：在只有重力或彈力的辦事兒物體系統(tǒng)中，動(dòng)能與勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)換，總機(jī)械能不變。 這叫做機(jī)械能量守恒定律老師：機(jī)械能量守恒的條件是什么？生：只有重力和彈力辦事兒師：在自由下落運(yùn)動(dòng)中機(jī)械能守恒嗎？生：自由下落運(yùn)動(dòng)中的物體只受到重力的作用，這個(gè)過程只辦事兒重力，所以機(jī)械能守恒老師：要導(dǎo)出機(jī)械能量守恒定律在自由下落中的具體表現(xiàn)形式，可以根據(jù)什么來導(dǎo)出呢生1 :可以用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來推導(dǎo)

3、生2 :可以從動(dòng)能定理推導(dǎo)出來(心理投射展示是與自由下落運(yùn)動(dòng)相關(guān)的主題，從主題了解相關(guān)物理量，讓學(xué)生分別根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律和動(dòng)能定理導(dǎo)出機(jī)器能量守恒定律，再熟悉該定律，本節(jié)課的打底子新課程1 .導(dǎo)出機(jī)械能量守恒定律在本實(shí)驗(yàn)中的具體表達(dá)公式。在圖1中，質(zhì)量m的物體從o點(diǎn)開始自由下落，地面為零重力電勢(shì)面，落下過程中的任意2點(diǎn)a和b的機(jī)械能分別如下EA=，EB=如果忽略空氣阻力，在物體落下的過程中機(jī)械能會(huì)被保存EA=EB，即=上式也可以寫這個(gè)公式的左邊表示物體在從a到b的過程中動(dòng)能的增加，右邊表示物體在從a到b的過程中重力勢(shì)的減少。 公式表示物體的重力勢(shì)能量的減少等于動(dòng)能的增加。 為了方便，可以從開始

4、落下的o點(diǎn)到任意的點(diǎn)(圖1中的a點(diǎn))直接進(jìn)行研究，但在這種情況下，- -本實(shí)驗(yàn)中應(yīng)該驗(yàn)證的公式是，式中，h是物體從o點(diǎn)到a點(diǎn)落下的高度，vA是物體在a點(diǎn)的瞬時(shí)速度。老師：在做實(shí)驗(yàn)之前，我們必須先弄清楚這些問題。 首先，這個(gè)實(shí)驗(yàn)需要什么器材？生：最容易想到的器材有重物、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器及紙張錄音帶.復(fù)寫紙.低壓電源及兩根導(dǎo)線、鐵元素架臺(tái)與鐵元素回形針、水垢、小回形針師：打點(diǎn)定時(shí)器的作用是什么？生：對(duì)于記錄在紙錄音帶上的點(diǎn)，使用這些個(gè)的點(diǎn)求出物體通過某個(gè)點(diǎn)的速度師：需要低壓交流電源嗎？生：低壓交流電源不是必須的，如果采用火花計(jì)時(shí)器，由于其所需的電壓是交流220V，所以不需要低壓電源。師：重物的選擇原

5、則是什么？生：密度較大，質(zhì)量較大，可減小空氣阻力引起的誤差師：實(shí)驗(yàn)有什么需要注意的地方？生：計(jì)時(shí)器必須穩(wěn)定在鐵元素架臺(tái)上。 計(jì)時(shí)器平面和紙錄音帶的阻車器孔沿垂直方向調(diào)整，鐵元素架設(shè)在桌子的邊緣，計(jì)時(shí)器距地面的距離約為1 m。老師：目的是什么？生：計(jì)時(shí)格拉夫平面和錄音帶止擋孔的垂直方向的目的是減少摩擦，減少實(shí)驗(yàn)誤差的產(chǎn)生，將鐵元素架臺(tái)放在桌子的邊緣，有利于重物落下到地面，計(jì)時(shí)格拉夫離地面的距離大，有利于重物落下的一盞茶時(shí)間，有利于修正計(jì)算。老師：實(shí)驗(yàn)中的誤差主要是從哪里來的？生：重物與紙錄音帶掉落過程中必須克服阻力，主要是紙錄音帶與計(jì)時(shí)器之間的摩擦力，計(jì)時(shí)器平面不垂直，紙錄音帶與計(jì)時(shí)器不平行：交

6、流電頻率不等于50 Hz計(jì)量資料時(shí)的誤差等老師：流程的開始和結(jié)束位置是如何選擇的？生：實(shí)驗(yàn)用的紙錄音帶一般不到1 m，可以打出從起點(diǎn)開始約20個(gè)左右的計(jì)數(shù)點(diǎn)，結(jié)束位置的點(diǎn)可以選擇倒數(shù)第一個(gè)或者倒數(shù)第二個(gè)點(diǎn)，選擇從該點(diǎn)開始46個(gè)前開始的點(diǎn)。師：你這樣選擇的目的是什么？生：這樣選擇的目的是減小這些個(gè)兩點(diǎn)的瞬時(shí)速度和兩點(diǎn)間的距離(高度h )測(cè)量的誤差師：處理數(shù)據(jù)時(shí)，是不是必須從第一個(gè)要點(diǎn)開始呢？學(xué)生：正文里有這樣的句子。 “紙帶上的某兩點(diǎn)的距離與重物落下的高度相等，在重物落下的過程中能夠得到勢(shì)能的變化”師：實(shí)驗(yàn)中首先要測(cè)量重物的質(zhì)量嗎？圖201234s1s2s3h1h2h3h4生：沒有必要測(cè)量重物的

7、質(zhì)量。 因?yàn)檫@個(gè)物理量可以在公式的兩側(cè)約減師：實(shí)驗(yàn)中重物通過某一點(diǎn)的速度是怎樣得到的呢？(心理投射展示學(xué)生的推導(dǎo)過程，這一結(jié)論非常重要，必須使學(xué)生能夠自己推導(dǎo)出來2 .如何求出a點(diǎn)的瞬時(shí)速度vA？由于具有均勻加速運(yùn)動(dòng)的物體在某個(gè)時(shí)間t內(nèi)的平均速率與該時(shí)間中間時(shí)刻的瞬時(shí)速度相等，所以可以求出a點(diǎn)的瞬時(shí)速度vA。圖2是縱錄音帶從自下而上實(shí)際打點(diǎn)的情況。 從o點(diǎn)開始依次取點(diǎn)1、2、3、圖中的s1、s2、s3、分別為02點(diǎn)、13點(diǎn)、24點(diǎn)各段間的距離。根據(jù)公式，t=20.02s (用紙傳動(dòng)帶上的任意2個(gè)鄰接的點(diǎn)所表示的時(shí)間全部為0.02 s )，能夠求出各段的平均速率。 這些個(gè)的平均速率等于對(duì)應(yīng)于點(diǎn)1

8、、2、3、的瞬時(shí)速度v1、v2、v3、。修正測(cè)量02點(diǎn)間的距離s1時(shí)，這其間的平均速率，這就是點(diǎn)1處的瞬時(shí)速度v1。 依次類推的話，可以求出點(diǎn)2、3、處的瞬時(shí)速度v2、v3、。3 .如何確定重物的落下高度？圖2中的h1、h2、h3、分別是紙錄音帶從o點(diǎn)落下的高度。根據(jù)以上的數(shù)值，可以計(jì)算任意點(diǎn)的重力勢(shì)能量和動(dòng)能，驗(yàn)證機(jī)械能量守恒定律。學(xué)生活動(dòng)：學(xué)生讀書明確實(shí)驗(yàn)的各項(xiàng)任務(wù)和實(shí)驗(yàn)儀器。 復(fù)習(xí)用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)速度的實(shí)驗(yàn)，掌握打點(diǎn)計(jì)時(shí)器測(cè)量勻場(chǎng)直線運(yùn)動(dòng)速度的方法。4 .繪圖圖像老師：結(jié)合v-t圖像可以知道瞬時(shí)速度和時(shí)間中點(diǎn)的平均速率相等的物理意義師：處理紙錄音帶時(shí)，像我們給在先做的那樣，每隔5分取一次計(jì)

9、數(shù)點(diǎn)嗎？ 也就是說，每隔0.1 s取一個(gè)時(shí)間間隔？生：如果時(shí)間間隔為0.1s，則由于自由下落加速度大，所以容易發(fā)生紙帶上的分?jǐn)?shù)不足的情況，所以不能太長(zhǎng)時(shí)間間隔.老師：接下來打算進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，在進(jìn)行實(shí)驗(yàn)之前要做一些事情，首先確定實(shí)驗(yàn)的步驟，大家分組討論，然后得到了比較合理的實(shí)驗(yàn)步驟(學(xué)生討論實(shí)驗(yàn)程序，幫助人民教師巡回指導(dǎo)，能力低的學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)程序)(參考實(shí)驗(yàn)程序)。1 .將打點(diǎn)定時(shí)器安裝在鐵元素架臺(tái)上，用導(dǎo)線連接學(xué)生的電源和打點(diǎn)定時(shí)器2 .用回形針將錄音帶的一端固定在重錘上，將另一端穿過打點(diǎn)定時(shí)器的止動(dòng)孔，用手垂直抬起錄音帶，將重錘停在打點(diǎn)定時(shí)器的附近3 .接通電源，在計(jì)時(shí)器打點(diǎn)穩(wěn)定后松開紙錄音帶，

10、使重錘自由落下，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器應(yīng)在紙錄音帶上打出一連串的點(diǎn)4 .重復(fù)前面的步驟，打3-5張紙錄音帶5 .點(diǎn)跡清楚，選擇第l、2點(diǎn)間的距離接近2 mm的紙錄音帶，起點(diǎn)加0，以后各點(diǎn)依次用標(biāo)尺測(cè)量與落下對(duì)應(yīng)的高度h1、h2、h3，記在人表上。6 .使用公式vn=hn 1 hn-1/2t，計(jì)算各點(diǎn)的瞬時(shí)速度v1v2v3并記錄在表格中。各計(jì)數(shù)點(diǎn)l型23456落下高度速度位能動(dòng)能結(jié)論7 .校正各個(gè)點(diǎn)的重力勢(shì)的減少量mgh。 與動(dòng)能的增加量1/2mvn2進(jìn)行比較，看是否相等，將數(shù)值記入人表老師：在其中的幾個(gè)步驟中，提到了將數(shù)據(jù)填寫到人的表格中，應(yīng)該修訂什么樣的表格來適應(yīng)實(shí)驗(yàn)?zāi)兀?學(xué)生思考表格的設(shè)定修訂方法，獨(dú)

11、立完成表格的設(shè)定修訂)(參照表格)人民教師活動(dòng)：學(xué)生開始實(shí)驗(yàn)之前，老師要強(qiáng)調(diào)以下問題1 .在該實(shí)驗(yàn)中，選擇打點(diǎn)紙錄音帶時(shí)應(yīng)該注意的2點(diǎn)：第1點(diǎn)的o是修正時(shí)開始點(diǎn)，o點(diǎn)的速度為零。 怎么判別？2 .有必要測(cè)量重物的質(zhì)量嗎？3 .架設(shè)打點(diǎn)定時(shí)器時(shí)應(yīng)注意的是什么？ 為什么？4 .實(shí)驗(yàn)時(shí)，電源接通和紙錄音帶放出的順序如何？5 .測(cè)量下落高度時(shí)，認(rèn)為所有同學(xué)都要從起點(diǎn)開始進(jìn)行訂正，弄錯(cuò)了就要不得。 他的看法正確嗎？ 為了減小測(cè)量h值的相對(duì)誤差，選擇的各計(jì)數(shù)點(diǎn)是離起點(diǎn)適當(dāng)遠(yuǎn)的好呢，還是離起點(diǎn)近的好呢學(xué)生活動(dòng)：思考、討論、交流老師的問題。 選出代表發(fā)表見解。1 .打點(diǎn)定時(shí)器每隔0.02 s打點(diǎn)，由于在最初的

12、0.02 s內(nèi)物體的落下距離為0.002 m，所以必須從幾個(gè)紙錄音帶中選擇1、2點(diǎn)間的距離接近2年的紙錄音帶進(jìn)行測(cè)量的第二個(gè)是在紙錄音帶上被選擇的點(diǎn)連續(xù)鄰接的點(diǎn)，鄰接的2點(diǎn)2 .由于不需要知道物體某一點(diǎn)的動(dòng)能與勢(shì)能的具體數(shù)值，所以不需要測(cè)量物體的質(zhì)量m，只需驗(yàn)證即可。3 .打點(diǎn)定時(shí)器垂直信息幀穩(wěn)定，使其兩個(gè)限位孔位于同一垂直平面內(nèi)，盡量減少重物拿著紙錄音帶掉落時(shí)所受到的阻力作用。4 .打點(diǎn)定時(shí)器正常運(yùn)轉(zhuǎn)后，松開紙錄音帶，重物落下。5、這個(gè)同學(xué)的看法是正確的。 為了減小測(cè)量h值的相對(duì)誤差，所選擇的計(jì)數(shù)點(diǎn)優(yōu)選地遠(yuǎn)離起點(diǎn)。課佑課外作業(yè)1 .完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。2、完成以下思考問題(1)為了進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能

13、量守恒定律”實(shí)驗(yàn)，有鐵元素架臺(tái)、打點(diǎn)定時(shí)器、復(fù)寫紙、紙帶、掌門人手表、低壓直流電源、導(dǎo)線、電牛鼻子、天平。 其中不需要的器材如下所示； 不足的器材是什么？(2)驗(yàn)證機(jī)械能量守恒定律時(shí)，設(shè)v2/2為縱軸，h為橫軸，從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)繪制的圖線為了驗(yàn)證機(jī)械能量守恒定律，其傾斜度相等的數(shù)值。(3)進(jìn)行“驗(yàn)證機(jī)械能量守恒定律”的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用打點(diǎn)定時(shí)器打出紙錄音帶，如圖3所示，其中a點(diǎn)是打出的最初的點(diǎn)，0、1、2是連續(xù)的修正數(shù)點(diǎn)。 已知當(dāng)前測(cè)量的兩個(gè)鄰近計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的距離分別是s1、s2、s3、s4、s5和s6，并且鄰近計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的打點(diǎn)時(shí)間間隔全部是t。 根據(jù)從紙錄音帶測(cè)定的距離和打點(diǎn)的時(shí)間間隔，能夠求出這個(gè)實(shí)驗(yàn)過

14、程中重錘落體運(yùn)動(dòng)的加速度大小的公式是 在打第五個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)時(shí)，紙錄音帶運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度大小的表達(dá)式是 要驗(yàn)證機(jī)械能量守恒定律，需要研究第和第計(jì)數(shù)點(diǎn)之間的過程，以減少實(shí)驗(yàn)誤差。學(xué)生活動(dòng)課外作業(yè)(4)在某個(gè)驗(yàn)證機(jī)械能量守恒定律實(shí)驗(yàn)中，對(duì)于使用6V、50Hz的打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打出的沒有泄漏點(diǎn)的紙錄音帶，如圖4所示，o點(diǎn)成為重錘落下的起點(diǎn)，所選擇的計(jì)數(shù)點(diǎn)成為a、b、c、d，描繪了從各計(jì)數(shù)點(diǎn)到o點(diǎn)的長(zhǎng)度打點(diǎn)定時(shí)器打b點(diǎn)時(shí)，重錘落下的速度vB=m/s，重錘的動(dòng)能EkB=j落下開始后打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打b點(diǎn)時(shí)，重錘的重力勢(shì)減少量為j。根據(jù)紙張錄音帶提供的數(shù)據(jù)，在誤差允許的范圍內(nèi)，從重錘靜止到打出b點(diǎn)的過程中，得到的結(jié)論如下。參考答案： (1)不需要的器材是掌門人手表、低壓直流電源、天平。 不足的器材是低壓交流電源、重錘、水垢。 (2)通過原點(diǎn)的直線，g. (3)(s6 s5 s4- s3- s2 -s1)/9T 2，(s5 s6)/2T、1、5.(