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7 1追尋守恒量 諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者費(fèi)恩曼曾說 有一個(gè)事實(shí) 如果你愿意也可以說是一條定律 支配著至今所知的一切現(xiàn)象 這條定律就是能量守恒定律 它指出有某個(gè)量 我們把它稱為能量 在自然界經(jīng)歷的多種多樣的變化中它不變化 那是一個(gè)最抽象的概念 然而正是這個(gè)最抽象的概念 卻是物理學(xué)中最重要 意義也最深遠(yuǎn)的概念之一 請(qǐng)列舉生活中能量轉(zhuǎn)化的例子 伽利略理想實(shí)驗(yàn) 等高 小球 記得 原來的高度 關(guān)于小球運(yùn)動(dòng)過程的描述 1 小球從一個(gè)斜面的某一高度由靜止滑下 并運(yùn)動(dòng)到另一個(gè)斜面的同一高度 經(jīng)歷了哪幾個(gè)運(yùn)動(dòng)過程 2 這些過程各有什么特點(diǎn) 1 小球經(jīng)歷了先加速后減速的過程2 在加速過程中 小球速度增大 位置高度減小 在減速運(yùn)動(dòng)過程中 小球速度在減小 但位置高度在增大 分析各個(gè)過程運(yùn)動(dòng)和力的關(guān)系 1 下滑過程小球所受合力方向與運(yùn)動(dòng)方向一致 小球做加速運(yùn)動(dòng) 直到斜面底端 速度達(dá)到最大2 上滑過程小球所受合力方向與運(yùn)動(dòng)方向相反 小球做減速運(yùn)動(dòng) 直到速度為零 可見 如果斜面是光滑的 當(dāng)小球滑上另一個(gè)斜面的相同高度時(shí) 速度為零 小球好像 記得 自己起始的高度 然后重復(fù)前面的運(yùn)動(dòng) 現(xiàn)在我們將過程的物理過程抽象化 1 小球由加速過程過渡到減速過程 恢復(fù)到原來的高度2 加速過程與減速過程中與高度有關(guān)的一個(gè)物理量在變化的同時(shí) 一個(gè)與速度有關(guān)的物理量也在變化3 與高度有關(guān)的物理量的變化引起了另一個(gè)與速度有關(guān)的物理量的變化 結(jié)論 伽利略斜面實(shí)驗(yàn)表明 小球在運(yùn)動(dòng)過程中 有某一量是守恒的 這個(gè)量叫能量 相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫做勢(shì)能 物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做動(dòng)能 請(qǐng)用動(dòng)能和勢(shì)能的概念來描述伽利略的斜面實(shí)驗(yàn) 伽利略理想實(shí)驗(yàn) 等高 A到B動(dòng)能增加 勢(shì)能減少B到C勢(shì)能增加 動(dòng)能減少 A B C 思考題 以豎直上拋的小球?yàn)槔f明小球的勢(shì)能和動(dòng)能的轉(zhuǎn)化情況 在這個(gè)例子中是否存在著能的總量保持不變 例題1 滑雪運(yùn)動(dòng)員沿光滑斜面下滑 在下滑過程中 動(dòng)能 勢(shì)能如何變化 能量守恒嗎 解析 運(yùn)動(dòng)員沿光滑斜面下滑 速度變大 高度降低 故其動(dòng)能越來越大 勢(shì)能越來越小 由于斜面光滑 沒有其他能量生成 因此能量守恒 例題2 在光滑地面上 一彈簧一端固定豎直墻上 另一端連著一個(gè)小球 用力壓縮彈簧 釋放后 試分析能量轉(zhuǎn)化關(guān)系 分析 彈簧被壓縮 貯存了能量 彈性勢(shì)能 然后又逐漸轉(zhuǎn)化為小球的動(dòng)能 當(dāng)彈簧恢復(fù)到原長(zhǎng)時(shí) 勢(shì)能為零 球的動(dòng)能最大 在彈簧伸長(zhǎng)過程中 球的動(dòng)能減少 彈簧的勢(shì)能又增加 球在往復(fù)運(yùn)動(dòng)過程中 球的動(dòng)能與彈簧的勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化 總的能量不變 課堂訓(xùn)練 1 諾貝爾物理獎(jiǎng)獲得者費(fèi)恩曼曾說 有一個(gè)事實(shí) 如果你愿意也可以說是一條定律 支配者至今所知的一切現(xiàn)象 這條定律就是 A 牛頓第一定律B 牛頓第二定律C 牛頓第三定律D 能量守恒定律 D 課堂訓(xùn)練 2 神州 六號(hào)飛船進(jìn)入太空后 首先在一個(gè)橢圓軌道上平穩(wěn)運(yùn)行 它在橢圓軌道上運(yùn)動(dòng)過程中 動(dòng)能和勢(shì)能如何變化 動(dòng)能和勢(shì)能的總和 機(jī)械能 如何變化 課堂訓(xùn)練 3 蘋果從樹上掉下時(shí) 速度越來越大 下列說法正確的是 A 高度轉(zhuǎn)變成了速度B 蘋果的能量增加C 勢(shì)能轉(zhuǎn)變成了動(dòng)能D 蘋果的機(jī)械能不變 C 課堂訓(xùn)練 4 相同的彈簧伸長(zhǎng)量越大 彈簧的彈性勢(shì)能越大 在同一個(gè)彈簧秤下分別掛5N和3N的物體時(shí) 彈簧秤上彈簧具有的彈性勢(shì)能 A 兩次具有相同的彈性勢(shì)能B 第一次比第二次的彈性勢(shì)能大C 第一次比第二次的彈性勢(shì)能小D 無法比較其大小 B 課堂訓(xùn)練 5 唐朝詩人杜甫的 登高 中有這樣兩句詩 無邊落木蕭蕭下 不盡長(zhǎng)江滾滾來 從物理學(xué)的角度來說 落木蕭蕭下 的過程是 能轉(zhuǎn)化為 能 而 滾滾來 的長(zhǎng)江水蘊(yùn)含豐富的 能 6 如果我們把相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫做勢(shì)能 把物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做動(dòng)能 那么 伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)可以給我們一個(gè)啟示 這個(gè)啟示正確的是 小球在斜面A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)變而來的 小球在斜面B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)變而來的 小球在斜面A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)化而來的 小球在斜面B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)化而來的A B C D B 小結(jié) 一 伽利略斜面實(shí)驗(yàn)表明 有某一量是守恒的 這個(gè)量叫做能量 二 能量1 勢(shì)能 相互作用的物體憑借其位置而具有的能量 2 動(dòng)能 物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量 三 追尋守恒量 的意義1 可行性 物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)變化過程中存在守恒量 2 重要性 物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)變化過程中都要滿足一定的守恒定律