高中物理 79《实验验证机械能守恒定律》教案 新人教版必修2文档格式.docx
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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.
机械能守恒的条件是什么?
只有重力和弹力做功.
自由落体运动中机械能是不是守恒?
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.
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.
打点计时器的作用是什么?
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.
低压交流电源是不是必需的?
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.
重物选取的原则是什么?
为什么?
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.
实验中还有哪些应该注意的地方?
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.
这样做的目的是什么?
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.
实验中的误差主要来源于哪里?
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.
过程开始和终结位置是怎样选择的?
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.
这样选取的目的是什么?
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.
在数据处理时,是不是必须从打的第一个点开始呢?
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.
在实验中是不是要先进行测量重物的质量呢?
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.
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
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.
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?
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.
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.
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?
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?
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:
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年高中物理8.1《气体的等温变化》教案新人教版选修3-3
教学目标
1.在物理知识方面要求:
(1)知道什么是等温变化;
(2)知道玻意耳定律是实验定律;
掌握玻意耳定律的内容和公式;
知道定律的适用条件。
(3)理解气体等温变化的p-V图象的物理意义;
(4)知道用分子动理论对玻意耳定律的定性解释;
(5)会用玻意耳定律计算有关的问题。
2.通过对演示实验的研究,培养学生的观察、分析能力和从实验得出物理规律的能力。
3.渗透物理学研究方法的教育:
当需要研究两个以上物理量间的关系时,先保持某个或某几个物理量不变,从最简单的情况开始研究,得出某些规律,然后再进一步研究所涉及的各个物理量间的关系。
重点、难点分析:
1.重点是通过实验使学生知道并掌握一定质量的气体在等温变化时压强与体积的关系,理解p-V图象的物理意义,知道玻意耳定律的适用条件。
2.学生往往由于“状态”和“过程”分不清,造成抓不住头绪,不同过程间混淆不清的毛病,这是难点。
在目前这个阶段,有相当多学生尚不能正确确定密闭气体的压强。
教具:
1.定性演示一定质量的气体在温度保持不变时压强与体积的关系
橡皮膜(或气球皮)、直径为5cm左右两端开口的透明塑料筒(长约25cm左右)、与筒径匹配的自制活塞、20cm×
6cm薄木板一块。
2.较精确地演示一定质量的气体在温度保持不变时压强与体积的关系实验仪器。
教学过程
(一)引入新课
对照牛顿第二定律的研究过程先m一定,a∝F;
再F一定,a∝,现在我们利用这种控制条件的研究方法,研究气体状态参量之间的关系。
(二)教学过程设计
一.一定质量的气体保持温度不变,压强与体积的关系
实验前,请同学们思考以下问题:
①怎样保证气体的质量是一定的?
②怎样保证气体的温度是一定的?
(密封好;
缓慢移活塞,筒不与手接触。
)
二.较精确的研究一定质量的气体温度保持不变,压强与体积的关系
(1)介绍实验装置
①研究哪部分气体?
②A管中气体体积怎样表示?
(l·
S)
③阀门a打开时,A管中气体压强多大?
阀门a闭合时A管中气体压强多大?
(p0)
④欲使A管中气体体积减小,压强增大,B管应怎样操作?
写出A管中气体压强的表达式(p=p0+h)。
⑤欲使A管中气体体积增大,压强减小,B管应怎样操作?
写出A管中气体压强的表达式(p=p0-h)。
⑥实验过程中的恒温是什么温度?
为保证A管中气体的温度恒定,在操作B管时应注意什么?
(缓慢)
(2)实验数据采集
压强单位:
mmHg;
体积表示:
倍率法环境温度:
室温大气压强:
p0=
mmHg
①A管中气体体积减小时(基准体积为V)
顺序
1
2
3
4
5
体积
V
…
压强
②A管中气体体积增大时(基准体积为V′)
V′
2V′
3V′
(3)实验结论
实验数据表明:
一定质量的气体,在温度不变的条件下,体积缩小到原来的几分之一,它的压强就增大到原来的几倍;
一定质量的气体,在温度不变的条件下,体积增大到原来的几倍,它的压强就减小为原来的几分之一。
改用其他气体做这个实验,结果相同。
三.玻意耳定律
(1)定律内容表述之一
一定质量的气体,在温度不变的情况下,它的压强跟体积成反比。
数学表达式
设初态体积为V1,压强为p1;
末态体积为V2,压强为p2。
有p1V1=p2V2
(2)定律内容表述之二
一定质量的气体,在温度不变的情况下,它的压强跟体积的乘积是不变的。
数学表达式pV=恒量
(3)用图象表述玻意耳定律
纵轴代表气体的压强;
横轴代表气体的体积;
选取恰当的分度和单位。
讨论图线该是什么形状,并尝试把它画出来。
(等温线)
(4)关于玻意耳定律的讨论
①图象平面上的一个点代表什么?
曲线AB代表什么?
线段AB代表什么?
②pV=恒量一式中的恒量是普适恒量吗?
引导作出一定质量的气体,在不同温度下的几条等温线,比较后得出结论:
恒量随温度升高而增大。
③下面的数据说明什么?
一定质量的氦气
1atm
500atm
1000atm
实测体积
1m3
1.36/500m3
2.0685/1000m3
计算体积
1/500m3
1/1000m3
玻意耳定律的适用条件:
压强不太大(和大气压比较)、温度不太低(和室温比较)的任何气体。
④你能推导出用密度形式表达的玻意耳定律吗?
⑤你能用分子动理论对玻意耳定律作出解释吗?
例题
某个容器的容积是10L,所装气体的压强是20×
105Pa。
如果温度保持不变,把容器的开关打开以后,容器里剩下的气体是原来的百分之几?
设大气压是1.0×
解
设容器原装气体为研究对象。
初态
p1=20×
105PaV1=10LT1=T
末态
p2=1.0×
105PaV2=?
LT2=T
由玻意耳定律
p1V1=p2V2得
即剩下的气体为原来的5%。
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