高中物理 第七章 機(jī)械能守恒定律 第一節(jié) 追尋守恒量——能量課堂探究學(xué)案(新人教版)必修2

1、第一節(jié) 追尋守恒量能量課堂探究探究一 對(duì)“守恒量”的理解問(wèn)題導(dǎo)引2013年6月20日，神舟十號(hào)航天員王亞平在天宮一號(hào)開(kāi)展基礎(chǔ)物理實(shí)驗(yàn)，為全國(guó)青少年進(jìn)行太空授課，她將擺球拉開(kāi)一定距離后放手，擺球并沒(méi)有來(lái)回?cái)[動(dòng)(如圖所示)，這是為什么？此時(shí)我們探究的守恒量能量，還存在嗎？提示：在天宮一號(hào)中的物體處于完全失重狀態(tài)，與重力有關(guān)的一切物理現(xiàn)象都消失了，所以小球不會(huì)來(lái)回?cái)[動(dòng)。此時(shí)小球隨天宮一號(hào)一起繞地球高速旋轉(zhuǎn)，其動(dòng)能與勢(shì)能之和保持不變，即能量守恒。名師精講1所謂“守恒”是指數(shù)值保持恒定。對(duì)于伽利略斜面實(shí)驗(yàn)，我們可以這樣理解，如果空氣阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必將回到它原來(lái)的高度，小球好像記得“自己的

2、起始高度”，我們把小球“記得”的這個(gè)“東西”叫作守恒量。2守恒量是自然界在變化過(guò)程中隱藏于現(xiàn)象中的一個(gè)反映其本質(zhì)的物理量，也就是說(shuō)，自然界并不自動(dòng)地展現(xiàn)其背后的本質(zhì)、規(guī)律和內(nèi)在聯(lián)系，所以尋找守恒量必須講究科學(xué)的方法。例如，觀察此消彼長(zhǎng)的物理量、研究其相互的關(guān)系、科學(xué)構(gòu)思巧妙的實(shí)驗(yàn)、精確地論證、推理和計(jì)算等。【例1】 伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)反映了一個(gè)重要的事實(shí)：如果空氣阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必將準(zhǔn)確地終止于同它開(kāi)始點(diǎn)相同高度的點(diǎn)，決不會(huì)更高一點(diǎn)，也不會(huì)更低一點(diǎn)。這說(shuō)明，小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有一個(gè)“東西”是不變的，這個(gè)“東西”應(yīng)是()A彈力B勢(shì)能C速度 D能量解析：在伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)中，小球從一個(gè)斜

3、面滾到另一個(gè)斜面，斜面彈力是不同的，勢(shì)能先減小后增大，速度先增大后減小，所以A、B、C錯(cuò)。不變的“東西”應(yīng)是能量，包括動(dòng)能和勢(shì)能，D對(duì)。答案：D題后反思 (1)運(yùn)用理想模型結(jié)合實(shí)驗(yàn)事實(shí)推導(dǎo)物理規(guī)律，是研究物理問(wèn)題常用的思路和方法。(2)伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)使人們認(rèn)識(shí)到了能量這一物理量。探究二 對(duì)物體的動(dòng)能和勢(shì)能的理解問(wèn)題導(dǎo)引如圖所示，上?！懊髦榫€”某車(chē)站的設(shè)計(jì)方案。由于站臺(tái)建得稍高，電車(chē)進(jìn)站時(shí)要上坡，出站時(shí)要下坡。忽略斜坡的摩擦力，你能分析這種設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)嗎？提示：電車(chē)進(jìn)站前雖關(guān)閉了電動(dòng)機(jī)，但仍具有動(dòng)能，可使電車(chē)爬上斜坡，這是將動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能儲(chǔ)存。出站時(shí)，電車(chē)可利用斜坡再將勢(shì)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能?？梢?jiàn)，這種

4、設(shè)計(jì)方案可以節(jié)約電能。名師精講1動(dòng)能說(shuō)到動(dòng)能，一定要有運(yùn)動(dòng)著的物體。例如，當(dāng)伽利略釋放小球后，小球開(kāi)始運(yùn)動(dòng)，獲得速度，運(yùn)動(dòng)著的小球就具有了動(dòng)能。流動(dòng)的河水，吹來(lái)的風(fēng)即流動(dòng)的空氣，運(yùn)轉(zhuǎn)的天體，繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子等都具有動(dòng)能。2勢(shì)能它必須有相互作用的物體，而且一定與其位置有關(guān)。例如，小球受到地球施于它的重力作用，當(dāng)伽利略把小球從桌面提高到斜面上起始點(diǎn)的高度時(shí)，他就賦予了小球一種形式的能量勢(shì)能。當(dāng)我們將彈簧拉伸或者壓縮時(shí)，彈簧各部分發(fā)生相互作用，各部分的相對(duì)位置與彈簧自然伸長(zhǎng)時(shí)發(fā)生了變化，我們也就賦予了彈簧一定的勢(shì)能。3勢(shì)能和動(dòng)能的相互轉(zhuǎn)化從伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)我們可以看出，勢(shì)能和動(dòng)能可以相互轉(zhuǎn)化。如果

5、斜面是光滑的，且空氣阻力忽略不計(jì)，小球總可以沿斜面B上升到原來(lái)的高度。這說(shuō)明了動(dòng)能和勢(shì)能在相互轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量是守恒的。【例2】 (多選)如果我們把相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫作勢(shì)能，把物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量稱(chēng)為動(dòng)能，那么，伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)可以給我們一個(gè)啟示，下列關(guān)于這個(gè)啟示正確的是()A小球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球離地面的高度減小，速度增加，小球的速度是由高度轉(zhuǎn)變而來(lái)的B小球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球離地面的高度增加，速度減小，小球的高度是由速度轉(zhuǎn)變而來(lái)的C小球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球離地面的高度減小，速度增加，小球的動(dòng)能是由勢(shì)能轉(zhuǎn)變而來(lái)的D小球在斜面上運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球離地面的高度增加，速度減小，小球的勢(shì)能是由動(dòng)能轉(zhuǎn)變而來(lái)的解析：在斜面上運(yùn)動(dòng)的小球，首先由動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能，達(dá)到最高點(diǎn)時(shí)，動(dòng)能為零，勢(shì)能達(dá)到最大，在下落時(shí)，勢(shì)能逐漸減小，動(dòng)能逐漸增大，勢(shì)能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能。在小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，小球的機(jī)