1、 7.9 实验:验证机械能守恒定律【教学目标】知识与技能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。【教学重点】掌握验证机械能守恒定律的实验原理。【教学难点】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。【教学课时】1 课时【自主学习】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 。物体做自由落体运动时， 只受 力作用，其机械能守恒，若物体自由下落 H 高度时速度为 V，应有 MgH= ，故只要 gH=1/2V2成立，即可验证自由落
2、体运动中物体的机械能守恒。来源:学#科#网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。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。在验证机械能守恒定律时，如果以 v22 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。【探究学习】课前准备教师活动：课前布置学生预习本节实验。下发预习提纲，重点复习下面的三个问题：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
3、能面，下落过程中任意两点 A 和 B 的机械能 分别为：EA= ， EB=ghv2 Bghv21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 =Amghv21Bghv21上式亦可写成 ABm22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mghvA21物体从 O 点下落至 A 点的高度，v A 是物体在 A 点的瞬时速度。2、如何求出 A 点的
4、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，s 2，s 3，分别为 02 点，13 点， 24 点 各段间的距离。根据公式 ，t=20.02 s（纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间v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，v 2，v 3，. 例如：量出 02 点间距离 s 1，则在这段时间里的平均速度 ，这就是点 1ts1处的瞬时速度 v 1。依次类推
5、可求出点 2，3 ，处的瞬时速度v2，v 3，。3、如何确定重物下落的高度？h4图 2 中 h1，h 2，h 3，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。进行新课教师活动：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
6、带的顺序怎样？为什么？来源:Zxxk.Com5、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？学生活动：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 0.02 s 打点一次，在最初的 0.02 s 内物体下落距离应为 0.002 m，所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近两年 2 mm 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 =0.02 s.来源:Z.xx.k.Com2、因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所
7、以不必测量物体的质量 m，而只需验证 就行了。nghv213、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。教师活动：听取学生汇报，点评，帮助学生解决困难。学生活动：学生进行分组实验。【课堂训练】（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
8、证机械能守恒定律时，如果以 v22 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、s 3、s 4、s 5、s 6，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，
9、应选择打下第_号和第_号计数点之间的过程为研究对象。来源: 学|科|网（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。 来源:Zxxk.Com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。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。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，
10、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） （s 6+ s5+ s4- s3- s2 s1）/9T 2，（ s5+ s6）/2T，1、5. （4）1.175， 0.69，0.69 0.69， 机械能守恒。【课堂小结】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。7.10 能量守恒定律与能源来源:Zxxk.Com【自主 学习】 1 能量(1)概念
11、.一个物体能够对外 ,我们就说这个物体具有 。如:运动的物体可以推动与其接触的另一个物体一起向前运动,对被推动的物体做功,说明 运动的物体具有能量。又如流动的河水、被举高的重物、被压缩的弹簧、高温高压气体都能对外做功.因此都具有能量。(2形式：能量有各种不同的形式。运动的物体具有 ;被举高的重物具有 ;发生弹性形变的物体具有 ;由大量粒子构成的系统具有 。另外自然界中还存在化学能、电能、光能、太阳能、风能、潮汐能、原子能等等不同形式的能。不同的能与物体的不同运动形式相对应,如机械能对应 ;内能与大量微观粒子的 相对应来源:学科网(3)能量的转化：各种不同形式的能量可以相互转化,而且在转化过程中
12、 保持不变。也就是说当某个物体的能量 时,一定存在其他物体的能量 且减少量一定 增加量;当 的能量减少时,一定存在其他形式的能量增加,且减少量一定 增加量。（4）功是能量转化的量度不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的 的过程。且做了多少功,就有 能量发生转化(或转移),因此,功是能量转化的 。2 能量守恒定 律(1)内容:能量既不会 ，也不会 ,它只会从一种形式 为其地形式, 或者从一个物体 另一个物体, 而在转化和转移过程中.能量的总量 ,这个规律叫做能量守恒定律.来源: 学. 科. 网(2)定律的表达式： 3.能源和能量耗散(1)能源是人类社会活动的物质基础.
13、人类利用能源大致经历了三个时期,即 ， 。(2)能量耗散 :燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去, 它就不会 起来供人类重新利用; 电池中的化学能转化为电能,它又通过灯泡转化为内能和光能,热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能,我们也无法把这些内能 起来 这种现象叫做 能量的耗散。引入新课教 师活动：提出问题：我们已学习了多种形式的能，请同学们说出你所知道的能量形式。我们还知道不同能量之间是可以相互转 化的，请你举几个能量转化的例子。学生活动：思考并回答问题，列举实例。教师活动：演示实验 1：在一个玻璃容器内放入沙子，拿一个小铁球分别从某一高度释放，使其落到沙子中。思考：小球运动过 程中机械
14、能是否守恒？请说出小球运动过程中能量的转化情况。演示实验 2：在盛有水的玻璃容器中放一小木块，让小木块在水中上下浮动，过一段时间，小木块停止运动。思考：小木块运动过程中机械能是否守恒？请说出小球运动过程中能量的转化情况。学生活动：观察实验并积极思考。讨论后，选出代表发表见解。教师活动：听取学生汇报，总结点评。回答学生可能提出的问题。点评：通过学生举例和演示实验，说明各种形式的能量可以相互转化，增强学生的感性认识，并激发学生的学习兴趣，唤起学生强烈的求知欲。来源:Zxxk.Com教师活动：引入课题：以上实验表明，各种形式的能量可以相互转化，一种能量减少，必有其他能量增加，一个物体的能量减少，必定
15、其他物体能量增加，能量的总和并没有不化。这就是我们今天要学习的能量守恒定律。进行新课1、能量守恒定律教师活动：引导学生阅读教材，说出能量守恒定律的内容，并引用教材上的话，说明能量守恒定律的建立有何重大意义？历史上曾有人设想制造一种不需要消耗任何能源就可以不断做功的机器，即永动机，这样的机器能不能制成？为什么？学生活动：认真阅读教材，思考并回答问题教师活动：提出问题，引出下一课题：既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？2、能源和能量耗散教师活动：引导学生阅读教材，了解人类应用能源的历程，能源对人类社会发展所起的作用；人类在利用能源的同时也对环境造成了严重污染。什么是能量耗散？能量
16、耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解？学生活动：认真阅读教材，思考并回答问题。教师活动：听取学生汇报，总结点评。回答学生可能提出的问题。【课堂训练】1功与能能是状态量，功是过程量。不同形式 的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化(或转移) 的过程。且做了多少功,就有多少能量发生转化(或转移 ),因此, 功是能量转化的量度。如举重运动员把重物举起来,对重物做了功这一过程中,运动员通过做功消耗 了体内的化学能, 转化为重物的重力势能.并且,运动员做了多少功,就有多少化学能转化为重力势能。能量的具体值往往无多大意义,我们关心的大多是能量的变化量,能量的变化必须通过做功才
17、能实现,某种力做功往往与某一具体的能量变化相联系。例 1分析常见力做功与能量转化的对应关系：重力做功： 弹力做功：电场力做功： 电流做功：2 能量守恒定律能量守恒定律是贯穿整个物理学的基本规律之一,是学习物理学的一条主线 。要分清系统中有多少种形式的能,发生了哪些转化和转移. 滑动摩 擦力与相对距离的乘积在数值上等于系产生的内能、即 Q=FL 相注意:(1)某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量一定和增加量相等(2)某个物体的能量减少 ,一定存在其他物体的能量增加 ,且减少量和增加量一定相等。这也是我们列能量守恒表达式时的两条基本思路。例 2如图 2-10-1 所示，在水平桌面的
18、边角处有一轻质光滑的定滑轮 K，一条不可伸长的轻绳绕过 K 分别与物块 A、B 相连，A、B 的质量分别为 mA、m B。开始时系统处于静止状态。现用一水平恒力 F 拉物块 A，使物块 B 上升。已知当 B 上升距离为 h 时，B 的速度为 v。求此过程中物块 A 克服摩擦力所做的功。重 力加速度为 g。解答：例 3一小滑块放在如图 2-10-2 所示的凹形斜面上，用力 F 沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离。若已知在这过程中，拉力 F 所做的功的大小（绝对值）为A，斜面对滑块的作用力所做的功的大小为 B，重力做功的大小为 G，空气阻力做功的大小为 D。当用这些量表达时，小滑块的动
19、能的改变（指末态动能减去初态动能）等于多少？，滑块的重力势能的改变等于多少？滑块机械能（指动能与重力势能之和）的改变等于多少？解析：3能源和能量耗散能量耗散表明,在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中,能量在数量上并未减少,但在利用的品质上降低了,从便于利用的变成不便于利用的了。是能源危机更深层次的含意,也是“自然界的能量虽然守恒, 但还是要节约能源”的根本原因。能量和能源是两回事；非再生能源和可再生能源是两回事。作为常规能源的煤炭、石油、天然气等面临枯竭.节能和开发新的能源已是人类必须面对的实际问题.能源对造福人类具有极重要的意义,节约每一份能源, 不仅能提高能源的利用价值, 对于维护人类
20、赖以生存的环境也有不可忽视的作用新的能源有待于人类去开发.有待开发和利用的新能源主要指:太阳能、地热能、风能、水、能、核能。由于煤、石油和天然气都是几亿年以前的生物遗体形成的,所以人们也称它们为化石燃料.由于这些能源是不能再次生产,也不可能重复使用的, 所以称为非再生能源例 4太阳能的储存一直是个难题.科学家发现,盐水湖被太阳晒久了 ,湖底的湿度会越来越高, 并难以通过湖水的对流将热散发出去，而淡水湖不具备这一特点.根据这一特点,可以利用盐水湖来储存太阳能.你能分析这是为什么吗?你能根据这规律设计出一种储存太阳能的具体方案吗？（提示:盐水湖中含盐量高的湖水密度大,总是留存湖底不会上浮)解答:来源:Z*xx*【课后思考】有人设计了这样一台“永动机”：距地面一定高度架设一个水槽，水从槽底的管中流出，冲击一个水轮机，水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去，这样循环不已，机器不停地转动，就可以永久地用砂轮磨制工件做功了（下图） 请你分析一下，高处水槽中水的势能共转变成哪几种形式的能，说明这个机器是否能够永远运动下去
