3. 势能课件配套优秀公开课教案设计

第四章

机械能和能源

第一节

功

（1）三维目标

知识与技能：1．会举例说明做功的过程就是能量转化的过程，功是能量转化的量度．2．理解功的概念，知道做功的两个不可缺少的因素．

3．掌握功的公式：

W＝Fxcosα，会计算恒力的功，掌握计算总功的方法．4．知道功是标量，理解正功、负功的物理含义．

过程与方法

：学习功的概念及其公式导出的过程，使学生知道推理过程，培养学生逻辑推理的能力．

情感态度与价值观

：通过学习、体会物理规律对现实生活的指导意义，提高学生物理学习的兴趣．同时使学生体会科学规律来自生产、生活，又能够指导生产、生活．

（2）教学重点：1．功的概念．

2．功的计算公式．

（3）教学难点：1．如何判定各力做功的正负．2．能够用公式

W＝Fxcosα进行有关计算．

教学过程

水能→电能；风能→电能；太阳能→电能。不同形式的能量之间可以互相转化。第四章

能量变化的过程必然伴随着做功的过程，可见，功与能是紧密联系的两个物理量（功→能量的转换）。因此，在本章首先学习功。

一、功是能量转化的量度

问题：回忆一下你对功的认识？

那“做工”和“做功”意思是不是一样？

教师“命令”：“你今天的‘工作’就是抱着这桶纯净水站一个小时。”

提问学生：“这个同学有没有在工作？”，“有没有使这桶纯净水的能量发生改变？”

围绕“功是能量转化的量度”使学生明白这种情况是劳而无“功”，对纯净水桶的运动能量并无影响。因此从有没有对物体的能量变化产生影响使学生明白“功”的来历。

下面我们来探究一下影响做功的因素。请同学们考虑一下汽车刹车的情况。

通过引导使学生明白：要使两辆完全相同的以同样速度行驶的汽车停下来，从受到的阻力大小和通过的位移大小考虑可以采用两种方法，一种是用较大的阻力，通过较小的位移，使车停下；还有一种是车受到较小的阻力，通过比较长的位移使车停下。两种方法在改变车的运动能量上是等效的，可见，做功也是一样的。由此可见，做功是和两个因素相联系的，一个是力，还有一个是在力方向上发生的位移大小。

二、功的两个必不可缺少的两个因素：力和物体在力方向上发生的位移

特殊情景1：

如图，物体在水平恒力F的作用下前进L位移，力F做功多少？

W=Fx 特殊情景2：

如图用竖直向上的提力提水桶水平匀速前行一段位移l，提力对水桶有没有做功？做了多少功？

一般情景3：

一般的情况力F的方向与运动方向并不一致，也不是与运动方向发生的位移相垂直，力F方向与运动方向成某一角度时，力F对物体有没有做功呢？

若做了功，所做的功又是多少呢？

a．提出猜想：

通过做功的两个必要因素启发引导学生进行猜想，并交流猜想。可能提出几种猜想：

（1）力F做功大小和力与运动方向的夹角α没有关系。

（2）力F做功大小和力与运动方向的夹角α有关系。

同样一个力F作用方向不同，在改变物体能量上效果不相同，可从两种特殊情况作定性分析，否定猜想（1）。

对猜想（2）提出运用特殊到一般的思维来理论验证的思路。

b．交流协作，分析论证，验证猜想：

1、启发：根据力的等效性原理,可以把计算F做功的问题转化为分别求F1和F2做功的问题(运用矢量分解，把一般情境问题转化为二个简单的特殊问题，同时渗透等效思想)。

2、论证：

1

[来源:学&科&网]

[来源:学§科§网Z§X§X§K]

F1

FcosF2FsinWF1xFxcos

x1xcosx2xcosWFx1Fxcosc。优化表述论证成果：一般的情况力对物体所做的功，等于力的大小，位移的大小，力与位移夹角的余弦这三者的乘积。即W=Fxcos

三、功的计算式：W=Fxcos

1、α为力的方向和位移方向的夹角（F做功过程中夹角不能变）

2、x不是物体的位移，而是在力作用下的这段位移（作用点的位移）

例：某运动员用F的力将铅球推出，铅球飞出x远，求运动员对铅球做的功? 一个重为10N的小球竖直向上抛出5m，请计算出：

上抛过程中重力对小球所做的功：

下落过程中重力对小球所做的功：

3、正功和负功

1）功的数学性质：功是由力的大小、位移的大小、力和位移的夹角确定，它没有方向，是个标量。

2）正功和负功的含义：力对物体做正功，使得物体速度增大，为动力功；

力对物体做负功，使得物体的速度减小，为阻力功。

也可以表述成“物体克服这个力做了功”。例如某个力做了－10J的功，可以说这个物体克服这个力做了10J的功。

结论：正功表示动力做的功，负功表示阻力做的功。功的正负仅表示相反的做功效果。

3）正功和负功的判断

例：降落伞在下降过程中，由于受到水平方向上的风力作用沿着跟竖直方向成一定夹角的方向下降，试确定降落伞在下降过程中，受到的力对它做功的正负。

讨论一个力做功时可能出现的几种情形: （1）当= /2 时

，cos =0，W=0。表示力F方向跟位移l的方向垂直时，力F不做功。物体在这个力F作用下能量不发生变化（既没有增加也没有减小）

（2）当0≤＜

/2 时，cos  > 0，W>0。表示力F对物体做了正功。

（3）当/2 ＜



≤

时，cos  < 0，W <0。表示力F对物体做了负功。[来源:Zxxk.Com]

:]通过例题探究几个力对一个物体做功的代数和，等于这几个力的合力对这个物体所做的功。

物块和斜面始终保持相对静止，试判断斜面向右匀速运动时，各力做功正负？

4、计算功位移（作用点）都以地面为参考系

5、公式适用于恒力

6、功的单位是J。1J等于1N的力使物体在力的方向上发生1m的位移时所做的功。即1J1N1m1Nm[来

2

用上述哪种方法简单些呢？

四、总功的求法：

当物体在几个力的共同作用下发生一段位移x 时

1、先求外力的合力F合，再应用功的计算公式求总功：W总=F合xcosα

2、总功等于每个力做功的代数和，即W总=W1+W2+W3+……（注意各个力功的正负）

以上讨论的是恒力做功和物体沿确定方向做直线运动的情况，那么如果是变力或曲线运动我们又怎样解决呢？

五、功的拓展研究

新的问题情境：如图，小木块受到水平向右的拉力F=1N作用，在水平地面上向右移动了x=1m后，再然后拉力大小不变又向左拉了来回到原处。求：拉力F所做的功。

通过分析、引导得出：功的计算公式W=Fxcos

只适用于恒力做功。

例：一个物体被大小恒为F的力作用，而F的方向始终和速度的方向一致，如果圆的半径为R，在此力作用下走了一圈，求此力F做功的大小。

1、变力做功

1）分段计算

2）微元法

2、摩擦力对物体一定做负功？

结论：摩擦力（静摩擦力和滑动摩擦力），可以对物体做正功，可以做负功，可以不做功。

3、一对相互作用力，一个做正功，另一个必做负功，且加起来为零？

结论：作用力与反作用力，可以对物体做正功，可以做负功，可以不做功。

一对平衡力做功：都不做功，或者一个正功另一个做负功。

例题：重力200N的物体在拉力F作用下，使物体匀速上升2m，求拉力所做的功。

3

第二节

功率

三维目标：

知识和技能：1．知道功率的物理意义、定义式、单位。2．理解功率的导出式P=F·v的物理意义，并掌握其用法，会利用功率的两个公式来解释现象和进行计算。3．理解平均功率和瞬时功率，了解平均功率、瞬时功率、额定功率、实际功率的区别与联系。

过程和方法：1．通过实例体验功率概念的形成过程及功率的实际意义，通过功率的定义过程，体会应用比值方法建立物理概念的方法。

2．学会求解各种不同的功率。3．运用功率的不同表达式分析和解决动力机械的运动问题。

情感态度与价值观：1．使学生养成具体问题具体分析和严密思维的习惯。2．提高学生理论联系实际、解决实际问题的能力。3．培养学生敢于发表自己观点、善于合作的良好习惯。

教学重点：1．理解功率的概念。2．知道功率的种类及其计算。

教学难点：1．功率的表达式P=F·v的物理意义和运用。2．瞬时功率和平均功率的计算。

教学方法：理论探究、分析归纳、观察提问、讨论分析、应用举例、练习巩固

教学过程：

问题：从一楼到三楼，前一次慢，后一次快，比较人上楼后的结果？

从而引入比较做功快慢的物理功率

初中已经研究了功率

一、功率

（1）定义：功W跟完成这些功所用的时间t的比值

（2）公式：PWt（定义式）

（3）单位：瓦特，W

KW （4）物理意义：功率表示做功的快慢，数值上等于单位时间内力对物体做的功

该将功率理解为是描述做功过程中能量转化快慢的物理量

（5）功率是标量. 二、平均功率和瞬时功率

一个质量是）这的物体，从地面上方高处开始做自由落体运动，第）第时间内下落的位移是多少？（与学生一块算出是时间内物体下落的位移是多少？（）这）这，内内重力对物体做多少功？（与学生一起算出）前）

和后重力对物体做多少功？（对物体做功的功率是多大？（重力对物体做功的功率各是多大？（时间内重力指出即使是同一个力对物体做功，在不同时间内做功的功率也可能是有变化的。因而，用功的快慢，只具有平均的意义

1、平均功率：描述一段时间内做功的平均快慢，与某一段时间（或过程）相关。P求得的功率只能反映t时间内做Wt是平均功率的定义式。

为了比较细致地表示出每时每刻的做功快慢，引入了瞬时功率的概念，即瞬时功率是表示某个瞬时做功快慢的物理量。

2、瞬时功率：它表示力在某一时刻做功的快慢程度，与某一时刻（或状态）相关

思考与推理：

一个物体在水平恒力F的作用下，以速度v匀速直线运动了一段时间t，试求这段时间t内恒力F做功的功率大小。

WFxPttPFv

WFxxvtP拓展：若物体在水平恒力F作用下作变速运动了一段时间t，则恒力F在时间t内做功的功率又如何呢？若力F与水平成θ角呢？

4

当作用力方向与运动方向一致时，其中v如果表示平均速度，则P=Fv计算出的是平均功率；

当作用力方向与运动方向一致时，其中v如果表示瞬时速度，则P=Fv计算出的是瞬时功率；

功率的一般计算公式 PWFcosxFvcos

ttx,PFvcos,平均功率t

xv,PFv瞬cos瞬时功率tv其中α为作用力方向与运动方向之间的夹角

例题：《师说》

三、动力机械的功率

总结：

额定功率：是指机器正常工作时的最大功率，也就是机器铭牌上的标称值．

实际功率：是指机器在工作中实际功率

总功率：机器工作时，做所有功的功率（又叫做输入功率）

有用功率：机器工作时，做有用功的功率（又叫做输出功率）

机器不一定在额定功率下工作，机器正常工作时实际功率总是小于或等于额定功率，机器只能在短暂时间内实际功率略大于额定功率，但不允许长时间超过额定功率

机械效率：有用功率跟总功率的比值。

思考：汽车以额定功率在平直公路行驶时，若前方遇到了一段较徒的上坡路段，汽车司机要做好什么调整，才能确保汽车驶到坡顶？为什么？

由公式P=Fv可知，当功率一定时，即时速度越大，则作用力越小；反之，作用力越大，速度越小。汽车上坡时要慢速行驶就是这个原因。

对于机动车辆的功率Ｐ＝Ｆｖ（因Ｆ与Ｖ同向）。Ｆ是牵引力，Ｐ即为牵引力的功率，Ｆ并非机车的合外力。

四、机动车启动的两种方式

1、恒功率启动（P=Fv，P指的是有用功率，F是牵引力）

可见恒定功率的加速一定不是匀加速。这种加速过程发动机做的功只能用W=Pt计算，不能用W=Fx计算（因为F为变力）。

2、匀加速启动

5

(1)由公式P=Fv和F-f=ma知，由于F恒定，所以a恒定，汽车做匀加速运动，而随着v的增大，P也将不断增大，直到P达到额定功率Pm，功率不能再增大了。这时匀加速运动结束，，此后汽车要想继续加速就只能做恒定功率的变加速运动了。

(2)可见恒定牵引力的加速时功率一定不恒定。这种加速过程发动机做的功只能用W=Fx计算，不能用W=Pt计算（因为P为变功率）。

(3)注意：匀加速结束时机车的速度并不是最后的最大速度。因此时F＞ｆ，之后还要在功率不变的情况下变加速一段时间才达到最后的最大速度Ｖｍ。

思考：两种启动方式的v-t图像

例题1：

例题2：

第四节

问题：自然灾害中龙卷风和海啸中有关物理问题。

一、动能

1、定义：物体由于运动而具有的能量。

利用动能为人类服务，猜想：物体的动能由哪些因此决定？

问题：一个苹果和一个铅球

师生活动

问题：比较一质量为10g ，飞行速度为300m/s的子弹和一质量为4kg，飞行速度为10m/s的铅球谁的动能大？

物理情景：在光滑的水平面上，质量为m的物体在恒力作用下做匀速直线运动，经过位移为

x ，速度从v1变为v2。

讨论研究：

外力对物体所做的功为多大？（已知m、v1、v2）

动能和动能定理

6

问题：计算一下刚才问题谁的动能大？

一战期间，一飞行员抓住窗外一颗子弹，子弟有可能被抓住，动能还大吗？

2、表达式：EK1mv2

23、单位：J（焦耳）1J=1N·M=1Kg·(m/s)2

4、相对性：一般选取地面为参考系

问题：请问物体的质量没变，但速度变了，动能一定变了吗？（以匀速圆周运动为例）

5、标量

W=EK2-EK1 实验探究：

大胆猜想：合外力做功等于物体动能的变化

理论推导：

二、动能定理

1、内容：合外力所做功等于物体动能的变化量。

2、表达式：

教材P69 讨论与交流

理解注意：

问题：这种计算功的方法和功的计算式计算功的方法有什么不同？

三、动能定理的应用

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若小球由最低点沿圆轨道转动角θ时，小球的速度为多大？

解题注意：多过程问题，往往可忽略中间状态，直接选全过程的初末进行研究。

第三节

势能

引入新课

利用生活常见事例，创设问题情景，激发学生兴趣。

唐朝大诗人李白的《望庐山瀑布》。“飞流直下三千尺，疑是银河落九天”：

壮观的瀑布从高处急冲直流而下，真使人怀疑这是从天上倾泻下来的银河。这两句诗写出了庐山瀑布向下倾泻的磅礴的气势。

这个大缸，放在你脚边，并不觉得什么，但是如果把它高高的悬挂在你的头顶上，就变得可怕起来。

蓬松的白雪，给人以恬静、美丽的感觉。然而雪崩爆发时，以排山倒海之势，推毁沿途一切，给人类、自然界带来灾难！

这是因为物体一旦处在一定高度时，就具有了一定的能量。而当它从所处的的高处落下时，这些能量就会以做功的方式释放出来

在初中我们已经学过：物体由于被举高而具有的能量叫重力势能

（展示图片二：）这是一幅水力发电站图片，是利用水的重力势能来发电的。这些重力势能正在造福人类。（请同学们自己举些例子）

由以上资料可知，重力势能与我们的生活有密切关系。我们只有认识自然，才能更主动的改造自然。今天这节课我们将深入地学习重力势能知识及其应用。

一、重力势能

1．重力势能的概念

播放视频：物体被举高后落下砸在沙坑中的桌子上面，观察桌子陷入沙坑的深度。

8

视频1：同一物体从不同高度下落打在沙坑中的桌子上面；

视频2：不同质量的物体从同一高度下落打在沙坑中的桌子上面。

定义：地球上的物体由于位于高处而具有的能量，叫重力势能。

那么重力势能与什么因素有关呢？

提出问题一：重力势能的大小与什么因素有关呢？

建立假设：让学生们自己先去猜想一下，建立假设。

检验假设：设计实验，检验假设：运用控制变量法。

实验1：用同体积的铁球和橡胶球从相同高度落下，看打穿纸片的张数多少情况。

现象：铁球质量大，打穿纸片的张数多。

结论：相同高度时，质量大的小球具有的重力势能大。

实验2：用同一小球（铁球或橡胶球）从不同高度落下，看打穿纸片的张数多少情况。

现象：小球高度越大，看打穿纸片的张数越多。

结论：相同质量时，高度越大，小球具有的重力势能越大。

归纳总结：重力势能跟物体的质量和高度都有关系；物体的质量越大，高度越大，重力势能就越大。

现在我们知道了重力势能与物体的质量和高度有关，那么到底该怎样的定量计算它呢？

提出问题二：那么怎样定量计算重力势能的大小呢？

请同学们分别计算以下情况重力所做的功

WG＝mgh=mgh1－mgh2

“

mgh”是一个具有特殊意义的物理量。

这是因为mgh这个物理量的特殊意义在于它一

方面与重力做功密切相关，另一方面它随高度的变化而变化．恰与势能的基本特征一致。

2、重力势能的表达式：

我们把物理量mgh叫做物体的重力势能．

Ep=mgh 物体的重力势能等于它所受到的重力与所处高度的乘积．

说明：重力势能是标量．

单位：焦耳，1 J=1 kg·m·s-2·m=1 N·m 重力势能和重力做功的表达式非常相似，它们之间的关系是什么呢

？

3、重力做功和重力势能的关系

WG=Ep1-Ep2=-△EP

当物体受到的重力做正功时，物体重力势能减少；

当物体克服重力做功时，物体重力势能增加，所以说重力势能的变化量和重力做功之间的关系应该是互为相反数

课堂练习：

讨论在以下各种情况中，电梯中重力势必能怎样变化？

匀速下降、减速下降、加速下降；

匀速上升、减速上升、加速上升；

下降过程，重力做正功，重力势能总减小；

上升过程，重力做负功，重力势能总增加；

理解注意：

1）上述结论地成立，与物体的运动情况以及是否受到其它外力的作用无关。

2）重力做功等于物体重力势能的变化量。

例1、试比较一物体从斜面顶端P沿本条路径滑至底端，重力做功的大小，重力势能变化大小。

9

3）重力做功的特点：与路径无关，只与高度差有关

重力做功的特点是与运动的具体路径无关，只与初末状态物体的高度差有关，不论光滑路径还是粗糙路径，也不论是直线运动还是曲线运动，只要初末状态的高度差相同，重力做的功就相同．

4）合外力功等于物体动能的增量，WWG=--ΔEP

问题：如图所示，质量为1kg的小球在不同位置的重力势能各为多大？

参考平面选取不同，重力势能的数值就不同．可见，重力势能具有相对性．

1）重力势能具有相对性，重力势能的大小由参考平面决定，正负反映了物体在参考平面上面还是下面，也反映了物体势能的大小。

对选定的参考平面而言，上方物体的高度是正值，重力势能也是正值；

下方物体的高度是负值，重力势能也是负值。重力势能为负，表示物体在这个位置具有的重力势能比在参考平面上具有的重力势能少。

重力势能：－3 J＞

－

5 J

2）重力势能变化量与参考平面的选取无关。

选择哪个水平面作为参考平面，可视研究问题的方便而定，通常选择地面作为参考平面．选择不同的参考平面，物体的重力势能的数值是不同的，但并不影响研究有关重力势能的问题，因为在有关的问题中，有确定意义的是重力势能的差值，这个差值并不因选择不同的参考平面而有所不同

问题：重力势能是谁具有的呢?

3）重力势能的系统性：

重力势能应该是物体与地球组成的系统共同具有的，而不是地球上某一个物体单独具有的。

不只是重力势能，任何形式的势能，都是相应的物体系统由于其中各物体之间，或物体内的各部分之间存在相互作用而具有的能，是由各物体的相对位置决定的．

二、弹性势能

1、定义：发生弹性形变而具有的势能

2、弹性势能的大小

弹簧弹力做功与弹性势能变化关系：

弹簧弹力对物体做正功，弹性势能减小；

弹簧弹力对物体做负功，弹性势能增加。

弹簧弹性势能的表达式

10 合=ΔEK；重力对物体所做的功等于物体重力势能的减少量，

第五节

机械能守恒定律

实验引入：

如右图，从静止释放水桶,提桶会不会碰鼻？

①小球摆动过程中有哪几种形式的能？（动能、重力势能）

②动能和势能如何表示？

Ek1mv22Epmgh一、机械能

1、概

念：动能、重力势能和弹性势能的统称。

总机械能为动能和势能之和。

2、表达式：

EEkEP3、机械能是标量，具有相对性：

先选取参考平面和参考系才能确定机械能。（一般选地面为参考系）

在一定的条件下，动能和重力势能可以相互转化，如下图。

动能和重力势能的转化过程中存在怎样的数量关系呢？本节内容

实验探究：

1、观察小球到达两端的最大高度有什么关系

2、分析小球在摆动过程中能量转化情况。

3、P、Q设一个小钉，是否影响小球摆的高度。

理论推导：

自由下落的小球，只有重力做功，根据动能定理我们可以得

WG1122mv2mv122重力做的正功等于小球动能的增加

由重力做功与重力势能的关系

1WGmgh1mgh2重力做的正功等于重力势能的减小

12mv1mv1mgh1mgh222

2动能的增加等于重力势能的减少。

11

进一步整理得：

mgh1112mv12mgh2mv222始末位置动能和重力势能的总和不变，即机械能的总量保持不变。

EP1+EK1=EP2+EK2 ΔＥＫ增（减）＝

ΔＥＰ减（增）

ΔＥA增（减）＝

ΔＥB减（增）

结论：在只有重力做功的物体系统中，动能、重力势能相互转化，但总的机械能保持不变。

讨论：如何理解“只有重力做功”

1）物体只受重力作用。

2）物体除受重力外还受到其他力的作用，但其他力不做功，或其他力做功的代数和为零。

讨论：弹簧系统的机械能是否不变？

在只有重力做功的情况下，机械能是守恒的；同样作为机械能组成部分的弹性势能，是否在只有弹力做功的情况下，机械能也能守恒呢？

这个问题希望由学生之间谈论并设计合适的物理情景得出结论：在只有弹力做功的物体系统中动能和弹性势能可以相互转化，总的机械能保持不变。

三、机械能守恒定律

1、内容：

2、表达式：EK1+EP1=

EK2+EP2 ΔＥＰ减（增）＝ΔＥＫ增（减）

3、守恒条件：只有重力和弹力做功

（1）物体只受重力，不受其他力。

（2）物体系统只受重力和弹簧弹力，不受其他力。

（3）物体受重力或弹簧弹力，还受其他力，但其他力不做功或其他力做的总功为0。

理解注意：“守恒”不等于“不变”，抓住内容中的“动能和势能相互转化”。比如：在水平面上匀速运动的物体。

思考与讨论

一个小球在真空中自由下落，另一个质量相同的小球在粘滞性较大的液体中匀速下落，它们都由高为h1落到高度为h2的地方。在这两种情况下，重力做的功相等吗？重力势能各转化成什么形式的能量。

机械能是否守恒，还可以通过机械能是否转化成其他形式能进行判断。

练一练

1、在下列列举的各个实例中（除a外都不计阻力）哪些情况机械能守恒？说明理由。

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二、机械能守恒定律的应用

例1、教材P73例题

一般步骤：

1、确定研究对象；

2、进行受力分析，确定各力做功，判断守恒条件；

3、选定参考平面，确定初末状态；

4、根据守恒定律；列式、求解、讨论。

1、单一物体的机械能守恒

2、多个物体机械能守恒

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解法一、动力学：

解法二、机械能守恒定律

E初=E末

注意：物体系统机械能守恒的三种表达式：

14

实验：验证机械能守恒定律

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=1122mvAmghA，

EB=mvBmghB

22如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有

1122mvAmghA=mvBmghB

221122上式亦可写成mvBmvAmghAmghB

22EA=EB，即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：12mvAmgh----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，2vA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?

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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．

师：打点计时器的作用是什么?

生：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．

师：低压交流电源是不是必需的? 生：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．

师：重物选取的原则是什么?为什么? 生：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．

师：实验中还有哪些应该注意的地方? 生：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1 m．

师：这样做的目的是什么? 生：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．

师：实验中的误差主要来源于哪里? 生：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50 Hz测量数据时的误差等等．

师：过程开始和终结位置是怎样选择的? 生：实验用的纸带一般小于1 m，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．

师：这样选取的目的是什么? 生：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．

师：在数据处理时，是不是必须从打的第一个点开始呢? 生：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．

师：在实验中是不是要先进行测量重物的质量呢? 生：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．

师：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，……4 hs3 s2 2 s1 h1 0 图2 h3 分别为0～2点，1～3点，2～4点…… 各段间的距离。

根据公式vs，t=2×0.02 s（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th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v1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。

速度的方法。

4、描绘图像

师：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．

16 s1，这就是点1处的瞬时速度v1。依次t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

师：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0.1 s为一个时间间隔呢? 生：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．

师：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2 mm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．

各计数点

下落高度

速度

势能

动能

结论

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．

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．

师：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？为什么？

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？

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. l

2

3

4

5

6

17

12vnghn22、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。

4.6能源的开发与利用

能量守恒定律

功能关系

问题：你对动能定理和机械能守恒定律应用的优点？

动能定律无条件限制，机械能守恒定律有条件限制，动单个物体，机系统

一、能量守恒定律

内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，在转化或转移的过程中基总量保持不变。

二、能源的利用

三、新能源的开发

ΔEP弹

四、功能关系

——

功是能量转化的量度

1、合外力所做的功等于动能的增加；W合=ΔEK 2、重力（弹簧弹力）所做的功等于重力（弹性）势能的减少；WG=-ΔEP重

WG=-ΔEP弹

3、重力和弹簧的弹力以外的力所做的功等于机械能的增加。W除重弹=ΔE机

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