2019-2020年高中物理7.9《实验：验证机械能守恒定律》教案新人教版必修2

2019-2020年高中物理7.9《实验：验证机械能守恒定律》教案新人教版
必修2
学生活动教学活动
［新课导入］
师：上一节课我们学习了机械能守恒定律，我们首先采复习一下什么叫做机械能
守恒定律?
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.
师：机械能守恒的条件是什么？
生：只有重力和弹力做功.
师：自由落体运动中机械能是不是守恒?
生：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.
师：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疋律和动能疋理推导机械能寸恒疋律，再一次熟悉这个疋律，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0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：
E A=, E B=
Q —~ 如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有h
E A=E B，即= 虫。

—|
1 2 1 2
上式亦可与成^mv B _§mv A =mgh A _mgh B 号0 如
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77777777777
图1
减少等于动能的增加。

为了方便，可以直接从开始下落的0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0点下落至A点的高度，V A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.
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一个点，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， 3
|
一定要让学生能够自己推导 ）
2、 如何求出A 点的瞬时速度 V A ? h
2 ------- T-
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
h 1 •—下 瞬时速度V A 。

h
图2是竖直纸带由下而上实际打点后的情况。

从
1” * * * * h
2
h h
v + v
0点开始依次取点1, 2, 3,图中S i, S2, S3,……图2
分别为0〜2点，1〜3点，2〜4点……各段间的距离。

根据公式，t=2X 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, v s, 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
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.
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I、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.
6 .用公式V n=h n+1+h n-1/2t，计算出各点的瞬时速度v1\v2\v3……并记录在表格中.
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 X 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—定，a % F；再F —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？（I • 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？（p。

）
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=p o+h）。

⑤欲使A管中气体体积增大，压强减小，的表达式(p=p o-h )。

⑥实验过程中的恒温是什么温度？为保
证应注意什么？(缓慢)
(2) 实验数据采集
压强单位：mmHg体积表示：倍率法
B管应怎样操作？写出A管中气体压强A管中气体的温度恒定，在操作B管时环境温度：室温大气压强：
p o= mmHg
①A
(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V i,压强为p i ；末态体积为Va,压强为p2。

有p i V i=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
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 20X 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 X
105Pa 。

解
设容器原装气体为研究对象。

初态 p i =20X 105Pa V i =10L T i =T 5
末态 P 2=1.O X 10 Pa V 2=? L T 2=T
由玻意耳定律
p i V i =p 2V 2得
即剩下的气体为原来的 5%。

20x]05 xlO
L = 200L
10L
200L
X100%#%。