1、第一节追寻守恒量第一节追寻守恒量能量能量1.1.1集合的概念 荡秋千是一种常见的娱乐活动。如果空气阻力和秋千各部分的摩擦力可以忽略，秋千就会不停地摆动下去，这说明秋千在运动过程当中有一个保持不变的“东西”，你认为这个“东西”是什么？1.实验现象 让静止的小球沿一个斜面滚下，小球将滚上另一个对接斜面，没有摩擦时，hA_hB，如图所示。2能量概念的建立 始、末位置高度相同，小球运动中守恒的量叫_。伽利略斜面实验探究伽利略斜面实验探究 能量能量 1.能量(1)一个物体如果具备了_的本领我们就说这个物体具有能量。(2)能量是个状态量，是_，和物体的某一状态对应。能量概念能量概念 对外做功对外做功标量标
2、量 2势能(1)由物体间的_和物体间的_决定的能量叫做势能。如：重力势能，弹性势能，分子势能，电势能等。(2)势能是能量的一种具体形式，是_。相互作用力相互作用力相对位置相对位置标量标量 3动能(1)物体由于_而具有的能量叫动能。(2)动能与物体的质量和_有着密切的联系。(3)和物体运动过程中某一状态相对应，是_，并且总为正值。(4)一切_物体都具有动能，大到天体小到微观粒子。运动运动速度速度标量标量运动运动 一、对“守恒量”的理解 1所谓“守恒”是指数值保持恒定。对于伽利略斜面实验，我们可以这样理解，如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将滚到它原来的高度，小球好像记得“自己的起始高度”，
3、我们把小球“记得”的这个“东西”叫做守恒量。2守恒量是自然界在变化过程中隐藏于现象中的一个反映其本质的物理量，也就是说，自然界并不自动地展现其背后的本质、规律和内在联系，所以寻找守恒量必须讲究科学的方法。例如，观察此消彼长的物理量、研究其相互的关系、科学构思巧妙的实验、精确地论证、推理和计算等。伽利略的斜面实验反映了一个重要的事实：如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确地终止于同它开始点相同高度的点，决不会更高一点，也不会更低一点。这说明，小球在运动过程中有一个“东西”是不变的，这个“东西”应是()A弹力B势能 C速度 D能量 答案：D 解析：在伽利略的斜面实验中，小球从一个斜面滚到另
4、一个斜面，斜面弹力是不同的，势能先减小后增大，速度先增大后减小，所以A、B、C错，不变的“东西”应是能量，包括动能和势能，D对。二、理解动能、势能的含义 1动能 说到动能，一定要有运动着的物体。例如，当伽利略释放小球后，小球开始运动，获得速度，运动着的小球就具有了动能。流动的河水(如下图甲所示)，吹来的风即流动的空气(如下图乙所示)，运转的天体，绕原子核旋转的电子等都具有动能。2势能 它必须有相互作用的物体，而且一定与其位置有关。例如，小球受到地球施于它的重力作用，当伽利略把小球从桌面提高到斜面上起始点的高度时，他就赋予了小球一种形式的能量势能。当我们将弹簧拉伸或者压缩时，弹簧各部分发生相互作
5、用，各部分的相对位置与弹簧自然伸长时发生了变化，我们也就赋予了弹簧一定的势能。三、势能和动能的相互转化 从伽利略的斜面实验我们可以看出，势能和动能可以相互转化。如果斜面是光滑的，且空气阻力忽略不计，小球总可以沿斜面B上升到原来的高度。这说明了动能和势能在相互转化过程中能量是守恒的。古代战争中常用滚木和檑石作为武器来阻止敌人的进攻，你能用所学的知识说明其中的科学道理吗？这种战术适用于哪种情况？怎样才能使杀伤力更大？为什么？答案：滚木和檑石的重力势能转化为动能，利用其动能来杀伤敌人；这种战术适用于据高防守；提高其高度、增大其质量才有更大的杀伤力。动能越大，作用效果越强。寻找守恒量寻找守恒量 解析：
6、通过实验不难发现，在伽利略实验中有空气阻力的情况下，小球滚上B斜面高度减小了，因此与物体上升的高度对应的重力势能减小了，能量看起来不再守恒。由此引发两方面的思考：其一，物体系统减少的能量哪儿去了，是消失了吗？其二，如果没有消失，它转化为哪种形式出现？球减少的重力势能是否等量地以另一种形式出现？若球减少的重力势能以另外的形式等量出现，则能量仍是守恒的。联系所学过的知识和生活中的经验知道，球在运动过程中有摩擦便会产生热，与物体的高度、速率对应的机械能有一部分转化为大量分子组成的系统的热运动。设计精确的实验，收集测量这部分热能，便可以验证守恒量的存在。(原创题)2013年6月20日“神舟十号”航天员
7、王亚平在“天宫一号”开展基础物理实验，为全国青少年进行太空授课，她将摆球拉开一定距离后放手，摆球并没有来回摆动(如图所示)，这是为什么？此时我们探究的守恒量能量，还存在吗？答案：小球处于完全失重状态；存在 解析：在“天宫一号”中的物体处于完全失重状态，与重力有关的一切物理现象都消失了，所以小球不会来回摆动。此时小球随“天宫一号”一起绕地球高速旋转，其动能与势能之和保持不变，即能量守恒。能量的相互转化能量的相互转化 解析：对过山车来说，从最高处向最低处运动时，高度在减小，势能在减少，同时其速度在增大，动能在增加；对下落的果实来讲，其能量转化情况与过山车的情景相似；对斜抛物体来说，斜向上运动阶段，
8、高度增大，速度减小，动能转化为势能；斜向下运动阶段，高度减小，速度增大，势能又转化为动能。答案：a.过山车从高处到低处势能减少，动能增加，势能转化为动能；从低处到高处速度减小，高度增大，动能减少，势能增加，动能转化为势能。b下落的果实：果实的势能转化为动能。c斜抛的物体：斜向上运动过程，动能转化为势能；斜向下运动过程，势能转化为动能。点评：本题主要突出动能和势能可以相互转化，体现转化过程中的守恒问题。下图是上海“明珠线”某车站的设计方案。由于站台建得稍高，电车进站时要上坡，出站时要下坡。忽略斜坡的摩擦力，你能分析这种设计的优点吗？答案：这样设计的主要优点在于节约电能。解析：电车进站前虽关闭了电
9、动机，但仍具有动能，可使电车爬上斜坡，这是将动能转化为势能储存。出站时，电车可利用斜坡再将势能转化成动能。可见，这种设计方案可以节约电能。易错点：对“守恒量”认识不清导致错误 案例：如果我们把相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能；把物体由于运动而具有的能量叫做动能，那么，伽利略的斜面实验可以给我们一个启示。这个启示正确的是()小球在斜面A上运动时，小球离地面的高度减小，速度增加，小球的速度是由高度转变而来的 小球在斜面B上运动时，小球离地面的高度增加，速度减小，小球的高度是由速度转变而来的 小球在斜面A上运动时，小球离地面的高度减小，速度增加，小球的动能是由势能转化而来的 小球在斜面B上运动时，小球离地面的高度增加，速度减小，小球的势能是由动能转化而来的 AB CD 易错分析：本题易错选A，这是只从表面现象得出的结论。正确解答：守恒量是自然界在变化过程中隐藏于现象中的一个反映其本质的物理量。小球在斜面上滚动时，其守恒量是“能量”，小球的“能量”在动能与势能之间转化，而不是速度与高度之间转化。正确答案：B
