12 追寻守恒量—能量

追寻守恒量能量（预习案） 【预习目标】(1)知道动能、势能及能量的概念。(2)了解守恒思想的重要性，守恒关系是自然界中十分重要的关系。【预习内容】 阅读课本P55-P56页内容完成下面的问题。1关于“能量”的概念能量是一个抽象的物理概念，是物理学中研究问题的“工具”，书本并没有对能量下严格的定义，而是将“记得”说成是一个守恒量，这个守恒量叫做能量。其原因是在本节教材中无法对能量下严格的定义，因此在此不要去追求能量的严格定义，随着学习的深入会逐步得到准确的定义，但应该看到物理学中的守恒量有着十分重要的功能。2势能(1)物体凭借其_而具有的能量叫做势能（Poctential energy）(2)正确理解势能的概念，必须理解位置的概念，物体（看作质点）所处的位置是一个空间点，在一维空间（数轴）上用（x）表示，在二维空间（平面直角坐标系）中用（x、y）表示；在三维空间中用（x、y、z）表示。本处不讨论势能的大小到底由哪些因素决定，仅要求知道势能与位置有关，当位置改变时，势能也随之改变。(3)势能和动能可以相互转化，在这种转化时，势能减少的同时，_在增加，势能增加的同时，_在减少。3动能(1)物体由于_而具有的能量叫做动能（Kinetic energy）。(2)正确理解动能的概念，必须理解运动的相对性，即前面学过的参考系问题，由于牛顿力学仅适用于_参考系，因此本处运动的参考系也是指_，没有特殊说明，一般指地面参考系。本处不讨论动能到底由什么因素决定，但要知道当物体的速度大小发生变化时，物体的动能也将发生变化。(3)动能可以和势能发生转化，在这种转化过程中，动能减少同时，_在增加，动能增加的同时，_在减少.【预习自测】1诺贝尔物理奖获得者费恩曼曾说：有一个事实，如果你愿意也可以说是一条定律，支配者至今所知的一切现象这条定律就是 （ ）A牛顿第一定律 B.牛顿第二定律 C.牛顿第三定律 D.能量守恒定律2下列说法正确的是（ ）“力”这个最抽象的概念，是物理学中最重要、意义最深远的概念“能量”这个最抽象的概念，是物理学中最重要、意义最深远的概念“力”是牛顿没有留给我们的少数力学概念之一“能量”是牛顿没有留给我们的少数力学概念之一A B. C D.3在伽利略实验中，小球从斜面A上离斜面底端h高处滚下斜面，通过最低点后继续滚上另一个斜面B，小球最终会在斜面B上某点停下来而后又下滑，这点距斜面底端的竖直高度仍为h，在小球运动过程中，下列说法正确的是（ ）小球在A斜面上运动时，离斜面底端的竖直高度越来越小，小球的运动速度越来越大。小球在A斜面上运动时，动能越来越小，势能越来越大小球在B斜面上运动时，速度越来越大，离斜面底端的高度越来越小小球在B斜面上运动时，动能越来越小，势能越来越大A. B. C. D.【我的疑惑】探究案【学习目标】（1）理解伽利略的斜面实验，体会在该实验中蕴含的能量及其守恒的思想。（2）体会科学探究的思想，同时了解实验及科学的思维方法在探究中的重要作用，从中提炼自己的学习方法。（3）体会势能、动能概念提出的必要性和必然性，培养科学的方法观，避免盲目和急功近利思想，提高自己的认识观。【学习重点】 理解动能、势能及能量的概念与意义。【学习难点】 在动能和势能转化的过程中体会能量守恒。【方法指导】 自主阅读、思考，讨论、交流。【自主探究】（课文内容的再认识）探究一、伽利略的斜面实验 图711小球停下时的高度与它出发时的高度相同诺贝尔物理学奖获得者费恩曼曾说：“有一个事实，如果你愿意，也可说一条定律，支配着至今所知的一切自然现象这条定律称作能量守恒定律.它指出有某一个量，我们把它称为能量，在自然界经历的多种多样的变化中它不变化.那是一个最抽象的概念”然而，正是这个最抽象的概念，却是物理学中最重要、意义也最深远的概念之一.“能量”是牛顿没有留给我们的少数力学概念之一，但是在牛顿之前，我们就能发现它的萌芽.能量及其守恒的思想，在伽利略的实验中（图511）已经显现出来了.在这个实验中，小球一滚下斜面A，它就要继续滚上另一个斜面B.重要的是，伽利略发现了具有启发性的事实：无论斜面B比斜面A陡些还是缓些，小球最后总会在斜面上的某点停下来，这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度相同.看起来，小球好像“记得”自己起始的高度.然而，“记得”并不是物理学的语言.在物理学中，我们把这一事实说成是“有某一量是守恒的”，并且把这个量叫做能量（energy）或能.探究二、物体的势能与动能当伽利略把小球从桌面提高到起始点的高度时，他赋予小球一种形式的能量，我们称它为势能（potential energy），并且可以说：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能.图712被举高的物体具有势能当伽利略释放小球后，小球开始运动，获得速度，当它到达斜面的底部时，已经处于桌面的平面上.以前由于它在桌面上方的某一高度而具有的势能，现在已经消失.但是，小球获得了运动.这个事实可以理解为：势能并未丢失，而是转化成另一种形式的能量，我们称它为动能（kinetic energy），并且可以说：物体由于运动而具有的能量叫做动能。图713运动的物体具有动能探究三、追寻守恒量当小球继续沿斜面B升高时，它会变慢，因而不断失去动能；但它的高度在增加，势能不断被“回收”.当小球最后静止下来时，其全部动能都转化成势能，小球相对桌面的高度又达到它在实验起始时的高度.引入能量的概念是在物理学发展中追寻守恒量的一个重要事例.如果不采用能量的概念，我们也可以利用以前的语言来描述这个实验.我们可以说：“为了提高小球，伽利略施加了与重力相反的力.当他释放小球时，重力使小球滚下斜面A.在斜面的底部，小球由于惯性而滚上斜面B.”但是，这样的描述不能表达一个最重要的事实：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的高度，绝不会更高一点，也绝不会更低一点.这说明某种“东西”在小球运动过程中是不变的，这个“东西”就是能量.【合作探究】例题：如图所示，河道中的水在稳恒地流淌（各处的水流速度不随时间改变），设截面A1B1的面积为S1，流速与截面垂直，速度为V1；截面A2B2的面积为S2，速度为V2，通过观察和分析，本题中位于A1B1A2B2区域中的水的体积是否为一个守恒量？若是的话，你可以推断出S1、S2、V1、V2满足什么规律？思考题：伽利略的斜面实验使人们认识到引入能量概念的重要性，同时也提出了值得思考的问题：势能和动能如何定量地量度？势能和动能的转化是怎样进行的？【当堂检测】以竖直上抛的小球为例说明小球的势能和动能的转化情况。在这个例子中是否存在着能的总量保持不变？【课后作业】 1.完成课后问题与练习。 2.预习功。【学习反思】 训练案1.下列关于能量的说法中正确的是（ ）A.能量的概念是牛顿最早提出来的 B.伽利略的斜面理想实验体现出能量是守恒的C.能量有不同的表现形式，并可以相互转化，但总量不变 D.以上说法均不正确2.下列现象中，物体动能转化为势能的是（ ）A.秋千在最高处荡向最低 B.张开的弓把箭射出去C.骑自行车匀速驶向斜坡 D.正在上升的礼花弹3.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称为动能，那么，伽利略的斜面实验可以给我们一个启示，下列关于真个启示正确的是（ ）小球在斜面上运动时，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上运动