习题主要内容及教案内容

机械能和能源的实验专项训练教学设计

1、教学目标

（1）会用打点计时器打下的纸带计算物体运动的速度；

（2）通过实验探究合外力对物体做的功与物体动能变化的关系；

（3）学习利用图像法研究合外力做功与物体动能变化的关系；

（4）掌握利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。

2、重难点

（1）利用图像法研究合外力做功与物体动能变化的关系；

（2）利用自由落体运动验证机械能守恒定律的原理和方法。

3、学情分析

学生已经初步的学习了探究动能定理和验证机械能守恒的实验，了解两个实验的步骤和一些注意点，本节课继续对所学的知识继续运用。

4.1、新课导入

探究动能定理和验证机械能守恒的两个实验是高考中非常重要的考点，在学习过程中要足够的重视，本节课继续对所学的知识继续运用。投影本节课学习目标

让学生回答课前预习单，回顾基本知识

1、探究a与F、m之间的定量关系时需要满足哪两个条件：

（1）

平衡摩擦力

；

（2）

M》m

。

2、恒力F做功的公式：

WFxcos

。

3、动能定理的公式：

W合EK

。

4、重力做功的公式：

WGmgh

。

5、验证机械能守恒定律时，若从打出的第一个点作为起点则需要验证的方程为：

v2gh

；若利用纸带中间某个点作为起点则需要验证的方程为：

22v2v12-gh

。

224.2教学活动

活动一

研究合外力做功和动能变化的关系

例1、如图1所示，某同学用“探究a与F、m之间的定量关系”的相关实验思想、原理及操作，进行“研究合外力做功和动能变化的关系”的实验：

①为达到平衡阻力的目的，取下细绳及托盘，通过调整垫片的位置，改变长木板倾斜程度，根据打出的纸带判断小车是否做匀速直线运动的理由是____．

答：纸带上的点是否均匀分布

②连接细绳及托盘，放入砝码，通过实验得到如图2所示的纸带．纸带上O点为小车运动起始时刻所打的点，选取时间间隔为0.1s的相邻计数点A、B、C、D、E、F、G．实验时小车所受拉力为0.2N，小车的质量为0.2kg．

请计算小车所受合外力做的功W、速度V、V2和小车动能的变化△Ek，补填表中空格(结果保留至小数点后第四位)．

O-B O-C O-D O-E O-F W/J V/(m/s) V2/(m/s)2

△Ek/J 0.0432 0.6555 0.4297 0.0430 0.0572 0.7550 0.5700 0.0570 0.0734 0.8570 0.7344 0.0734 0.0915 0.9525 0.9073 0.0907

分析上述数据可的结论：

答：WFx0.1115J，vxOF1.0510J2T，v21.1036J，EK12mv0.1104J。

2结论：在误差允许的范围内，合外力所做的功等于动能的变化量

(3)以V2为纵轴、W为横轴建立直角坐标系，描点作出V2-W图象，可知该图象是一条____，（若小车质量不知）根据图象还可求得____．

答：过原点的直线，小车质量

小结：

变式1、用如图甲所示的实验装置“探究做功与物体速度变化的关系”，当静止的小车在一条橡皮筋作用下弹出时，橡皮筋对小车做功记为W，则当用2条、3条、4条…橡皮筋并在一起进行实验时，橡皮筋对小车做功可分别记为2W、3W、4W…．每次实验中小车获得的速度v由打点计时器所打的纸带测出．

（1）打点计时器与学生电源按图(乙)连接，正确的连接是____(填“A”或“B”)．

答：打点计时器用交流电，选B (2)关于本实验的下列要求和操作中，必须得有____ A．每根橡皮筋的粗细和原长必须尽可能相同

B．用天平测量小车的质量

C．每次实验时小车都必须从同一个位置由静止释放

D．在接通打点计时器电源的同时释放小车．

答：AC (3)实验中木板略微倾斜，这样做____ A．是为了释放小车后，小车能匀加速下滑

B．防止纸带上打点不清晰

C．可使得橡皮筋做的功等于丁合力对小车做的功

D．可使得橡皮筋松弛后小车做匀速运动

答：C (4)图(丙)是某次实验得到的一段纸带，由此可算出小车获得的最大速度大小为____m/s．(保留两位有效数字)

答：用6到8之间的距离算速度vx0.01950.95m/s

t0.02（5）列举一个产生实验误差的主要原因：____．

答：每根橡皮筋不可能完全相同或测量长度有误差

活动二、验证机械能守恒定律

例2、验证机械能守恒定律的实验装置如图1所示．现有的器材：带铁夹的铁架台、纸带、打点计时器、交流电源、带夹子的重物．回答下列问题：

(1)为完成此实验，除了所给的器材，还需要的器材有____．(填入选项前的字母) A．秒表

B．天平

C．毫米刻度尺

答：C (2)下列几个操作步骤中：

A．按照图示，安装好实验装置；

B．将打点计时器接到电源的“交流输出”上；

C．用天平测出重锤的质量；

D．先释放重锤，后接通电源，纸带随着重锤运动，打点计时器在纸带上打下一系列的点；

E．测量纸带上某些点间的距离；

F．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势是否等于增加的动能．

没有必要的是____，操作错误的是____．(填步骤前相应的字母) 答：C，D (3)部分实验步骤如下：

A．接通电源，待打点计时器工作稳定后放开纸带

B．手提纸带的上端，让重物静止在打点计时器附近

C．关闭电源，取出纸带

D．把打点计时器固定在铁夹上，让纸带穿过限位孔

上述实验步骤的正确顺序是；____(填入选项前的字母) 答：DBAC (4)实验中，夹子与重物的质量m=250g，打点计时器在纸带上打出一系列点．如图2所示为选取的一条符合实验要求的纸带，O为第一个点，A、B、C为三个连续点，已知打点计时器每隔0.02s打一个点，当地的重力加速度g=9.80m/s2．选取图中O点和B点来验证机械能守恒定律，则重物重力势能减少量△EP=____J，动能增量△EK=____J．(以上均要求保留2位有效数字)，实验结论：

．

答：EPmgh1.905J，先算B点速度，再算增加的动能EK12mv1.896J。

2结论是在误差允许的范围内，重力势能的减少量等于动能的增加量

(5)

本实验产生误差的原因

．

答：重物在下落过程中存在阻力

(6)若C点后还有D、E、F、G等点，根据纸带算出相关各点的速度v，量出下落的距离

h，则以h为横轴画出的图象应是下图中的哪个____

根据图像还可以求出：

v2gh可以看出是线性关系，且过原点的一条直线，选C。还有求出重力加速答：由2度。

小结：

变式2、用如图1所示的实验装置验证机械能守恒定律，实验室所用的电源有交流电(频率为50Hz)和直流电两种输出端，重锤从高处由静止开始下落，重锤拖着的纸带通过打点计时器打出一系列的点，对纸带上的点进行测量，即验证机械能守恒定律．

(1)某同学按如下步骤进行实验：

A．用天平测量出重锤的质量；

B．按图示的装置安装器件；

C．将打点计时器接到电源的直流输出端上；

D．接通电源后释放悬挂纸带的夹子，打出一条纸带；

E．换用另外纸带，重复步骤D；

F．选取合适的纸带；

G．测量所选纸带上某些点之间的距离；

H．根据测量的结果计算重锤下落过程中减少的重力势能和它增加的动能，比较二者是否相等．

指出其中没有必要进行的步骤是____；操作不恰当的步骤是____．

答：A，C （2）利用这个装置也可以测量重锤下落的速度数值，这位同学打出的纸带如图2所示，

A点为打下的第一个点，0，1，2，3，4，5，6为连续的计数点，现测得s1、s2、s3、s4、s5、s6分别为4.03cm、4.42cm、4.80cm、5.18cm、5.57cm、5.95cm，请你根据这条纸带算出打第1点和第5点的速度分别为v1=____m/s和v5=____m/s．(保留三位有效数字) 答：v1sss1s22.11m/s，v5562.88m/s

2T2T(3)某同学根据第(2)问求的速度数值得出从1到5点的过程中，重锤的重力势能的减少量△EP=____J，动能增加量△EK=____J(已知重锤质量为m)，进而验证机械能守恒定律，动能增加略小于重力势能减少的原因是

．

答：EPmgh1.957mJ，EK重锤在下落过程中受到阻力。

5、课堂总结

6、作业见附件

12mv1.921mJ。

2