5.追寻守恒量教案

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1、课时总课时第1节追寻守恒量理解领悟能量的概念是在人类追寻“运动中的守恒量是什么”的过程中发展起来的。能量概念之所以重要，就是因为它是一个守恒量。守恒关系是自然界中十分重要的关系。本节教材从追寻守恒量出发引入能量概念，要把这种物理思想渗透在能量学习的全过程。基础级1.对伽利略斜面理想实验的再认识在牛顿之前，伽利略的斜面理想实验已经显现了能量及其守恒的思想。关于这一理想实验，我们在第四章第一节学习牛顿第一定律时已经有所了解，这一理想实验对牛顿第一定律的建立起到了极其重要的作用。现在，让我们从一个新的角度再来讨论一下这个理想实验。图5—

2、1hhBA如图5—1所示，当小球沿斜面A从h高处由静止开始滚下时，小球的高度不断减小，而速度不断增大，这说明小球凭借其位置而具有的某个量不断减少，而由于运动而具有的某个量不断增大。当小球从斜面底沿另一个斜面B向上滚时，小球的位置不断升高，而速度不断减小，说明小球凭借位置而具有的某个量不断增加，由于运动而具有的某个量逐渐减少。如果斜面是光滑的，空气阻力也可忽略，当小球到达斜面B的h高度时，速度为0。小球好像“记得”自己起始的高度。这说明某种“东西”在小球运动过程中是不变的。2.如何理解能量概念？正如教材所指出的，“记得”并不是物理学

3、的语言。在摩擦力和空气阻力小到可以忽略的条件下，小球能准确地终止于同它开始点相同的高度，不会高一点，也不会低一点。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或能。能量的概念是在人类追寻“运动中的守恒量是什么”的过程中发展起来的。能是描述物质（或系统）运动状态的一个物理量，是物质运动的一种量度。任何物质都离不开运动，在自然界中物质的运动是多种多样的，相对于各种不同的运动形式，就有各种不同形式的能量。自然界中主要有机械能、热能、光能、电磁能和原子能等。各种不同形式的能可以相互转化，而在转化过程中，能的总

4、量是不变的，这是能的最基本的性质。3.什么是势能？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。可见，说到势能，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。同样，构成物质的分子之间有相互作用，也存在凭借其位置而具有的势能。4.什么是动能？我们把物体由于运动而具有的能量叫做动能。可见

5、，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、转动的飞轮、飞行的炮弹、无规则运动的分子等，都具有一定的动能。5.引入能量概念的重要性伽利略的斜面理想实验，使我们认识到引入能量概念的重要性。在物理学的发展过程中，能量的概念几乎是与人类对能量守恒的认识同步发展起来的。能量守恒定律的发现告诉我们，尽管物质世界千变万化，但这种变化不是没有规律的，基本的规律就是守恒定律。也就是说：一切运动变化无论属于什么运动形式，反映什么样的物质特性，都要满足一定的守恒定律。能量的

6、概念之所以重要，就是因为它是个守恒量。守恒关系是自然界中十分重要的一类关系。发展级1.追寻守恒量的历史足迹长期以来，人们为追寻守恒量做出了不懈的努力。早在力学初步形成时就已有了能量守恒思想的萌芽。例如，伽利略研究斜面问题和摆的运动，斯梯芬研究杠杆原理，惠更斯研究完全弹性碰撞等都涉及能量守恒问题。17世纪法国哲学家笛卡尔已经明确提出了运动不灭的思想。以后德国哲学家莱布尼茨引进活力的概念，首先提出活力守恒原理，他认为用mv2度量的活力在力学过程中是守恒的，宇宙中的“活力”是守恒的。D·伯努利的流体运动方程实际上就是流体运动中的机械能守

7、恒定律。永动机不可能实现的历史教训，从反面提供了能量守恒的例证，成为导致建立能量守恒原理的重要线索。至19世纪20年代，力学的理论著作强调“功”的概念，提供了一种机械“能”的量度，这为能量转换建立了定量基础。1835年哈密顿发表了《论动力学的普遍方法》一文，提出了哈密顿原理。至此，能量守恒定律及其应用已经成为力学中的基本内容。另外，在化学、生物学、热学、电磁学等方面，科学家们也做了大量的研究工作，德国的迈尔、赫姆霍兹和英国的焦耳都对能量转化与守恒定律做出过明确的叙述。能量转化与守恒定律是自然界基本规律之一。恩格斯对这一规律的发现给

8、予了崇高的评价，把它和达尔文进化论及细胞学说并列为三大自然发现。能量转化与守恒定律这个全面的名称就是恩格斯首先提出来的。应用链接本节知识的应用主要涉及伽利略斜面理想实验中关于能量问题的思考，对能量、势能和动能概念的理解，以及对建立能量概念重要性的认