物理必修21.追寻守恒量——能量教案

追寻守恒量

授课人：林籽葵

一、教学目标

1、知识与技能

1． 理解能量这个物理量。知道动能和势能的物理意义。

2．学生能独立分析伽利略理想斜面实验的能量转换关系。

3．知道能量这个物理量是如何产生的

4．举例说明不同形式的能量之间是可以相互转化的。

2、过程与方法

1．  体会伽利略理想斜面实验的过程和方法。

2．  会分析动能与势能间的相互转化。

3、情感、态度与价值观

1．  通过“追寻守恒量”，使学生了解守恒思想的重要性，初步树立能量转化与守恒的观点。

2．  通过动能、势能间的相互转化来研究生活中物体的运动，培养热爱生活的情趣。

二、教学重点

理解动能、势能的含义，体会能量守恒的思想。

三、教学难点

 在动能和势能转化的过程中体会能量守恒。

四、课时安排

1课时

五、教学过程

新课导入：

德国物理学家劳厄说：物理学的任务是发现普遍的自然规律。因为这样的规律的最简单的形式之一表现为某种物理量的不变性，所以对于守恒量的寻求不仅是合理的，而且也是极为重要的研究方向。也就是说物理学是以最简洁的语言，最简单的方式研究最普遍的规律。诺贝尔物理奖获得者费恩曼说过：“有一个事实，如果你愿意，也可以说是一条规律，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，我们把它称作能量，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……”我们今天就一起来追寻这个守恒的量——能量。

师生一起举例生活中能量转化的例子，初步体会“能量”在人类生活中的重要性。

（现代化的生活离不开电厂供应的电能；现代交通离不开汽油燃烧释放的化学能；核电站要利用某些原子核裂变时释放的核能；人类生活需要摄入食物中的化学能；植物的生长依赖太阳能……）

“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。能量及其守恒的思想，在伽利略的实验中就已经显现出来了。

一．伽利略理想实验（见课本第2页图5.1-1，学生阅读课本后回答）

问题1：小球从一个斜面的顶端由静止滑下，并运动到另一个斜面的顶端，经历了哪几个特殊的状态？这些状态各有什么特点？

（小球从一个斜面的顶端由静止滑下，并运动到另一个斜面的顶端，然后从这个斜面的顶端再由静止滑下，并运动到另一个斜面的顶端，经历了四个特殊的状态，分别为左右两个最高点，速度为零，在最低点速度最大）

问题2：小球从一个斜面的顶端由静止滑下，并运动到另一个斜面的顶端，经历了哪几个特殊的过程？这些过程各有什么特点？

（小球从一个斜面的顶端由静止滑下，并运动到另一个斜面的顶端，经历了先加速再减速这样两个特殊的过程，在加速过程中，小球速度越来越大，位置高度越来越小；在减速过程，小球速度越来越小，但位置高度越来越大。在不断地往返运动过程中，要经历加速、减速、反向加速、减速……的运动过程）

小结：当释放小球时，由于受合外力不为零，小球开始沿光滑的斜面由静止开始做匀加速运动，当到达最底端时，小球速度达到最大，然后，在水平段上，由于小球受合外力为零，小球做匀速直线运动，直到水平断的末端。在另一个斜面上，小球受合外力不为零，并且与速度方向相反，小球做匀减速运动，直到速度为零。

问题3：观察并比较小球在两个斜面的高度，思考这两个相同的原因是什么？设两个光滑斜面的倾角分别为θ1和θ2，从第一个斜面上高h处由静止释放，试通过定量计算分析说明小球到达另一斜面的高度和第一个斜面的高度是相同的。

(小球做匀加速运动的加速度a1＝gsinθ1；在第一个斜面上匀加速运动的距离，其中为到达斜面底端时的速度；小球在另一个斜面上匀减速运动的加速度a2＝－gsinθ2；设小球到达另一个斜面的高度为h′，则小球在另一个斜面上匀减速运动的距离；由以上四式解得小球到达另一个斜面的高度h′＝h。可见：如果斜面是光滑的，无论斜面是陡些还是缓些，当小球到达另一斜面的相同高度时，速度为零，小球好像“记得”自己起始的高度，然后重复前面的运动。)

抽象总结（抽象是法宝）：①小球由加速过程过渡到减速过程，恢复到原来的高度。

②加速过程和减速过程中与高度有关的一个物理量在变化的同时，一个与速度有关的物理量也在变化。

③与高度有关的物理量的变化引起了另一个与速度有关的物理量的变化。

④伽利略理想实验表明：小球在运动过程中，“有某一量是守恒的”，这个量叫做能量。

二．势能

定义：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能。

举例：见课本第2页图5.1-2“巨石阵”，巨石由于被举高而具有势能。……

为了扩大学生知识面，提高学生综合素质，激发学生学习兴趣，进一步介绍“巨石阵”：距英国首都伦敦130公里的一个叫索尔兹伯里的地方，遗留下一个迄今为止仍难解其奥秘的建筑奇迹：几十块巨石形成一个大圆圈，高的达6米，每块重数十至数百吨，在这一马平川的平原上矗立了几千年之久。考古学家们至今仍不能断定当初建造此“巨石阵”的确切目的，而只是推测这是早期的英国某宗教部落举行仪式的地点，或观测天象的地方。

    不过，英国考古学家对“巨石阵”的建造年代，已取得了较准确的结论。他们认为，“巨石阵”最早在4000－5000年前时就开始动工兴建了，工程前后延续了数百年，最后才大体上形成与今天相似的格局。专家们指出，建筑期经历了三个阶段。第一阶段可追溯至公元前1800年左右的新石器时代的晚期，不过当时尚无巨石，而只是建造了一圆形土堤，并在紧挨着土堤的沟里挖了56个坑，形成了一个圆圈。由于发现坑的考古学者名叫奥布里，故这些坑也被称作“奥布里坑”。

“巨石阵”最令人困惑的是：当时的人们是如何从几百公里以外的威尔士运来这么多每块重达几十吨甚至上百吨的巨石。去年4月，40多名专家进行了一次试验，试图用几千年前的工具和方法将1块重约25吨的巨石从威尔士运来，但花了九牛二虎之力，才将其挪动了100米。据此专家们相信，这些巨石不可能是通过人力运来的，而更可能是由覆盖地面的冰川带来的，但此后显然又经过人为的排列，否则不会在夏至那天与太阳升起的位置恰恰排列成一条直线。

三．动能

定义：物体由于运动而具有的能量叫做动能。

所以，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已经消失，但是小球获得了动能。这个事实可以理解为势能并未消失，而是转化成动能；当小球继续沿另一斜面上升时，它会变慢，因而不断失去动能，但高度在增加，势能不断被“回收”，当小球最后静止停下时，其全部动能转化成势能，小球相对桌面的高度又达到它在实验起始时的高度。

提问：被举到相同高度的不同质量的物体落到地面上，有什么不同的作用效果？把相同质量的物体举到不同高度释放，落到地面又有什么不同？

学生结合生活经验思考，并在老师的启发下，理解什么是势能和动能，而且他们可以相互转化。

例题（课本第3页“问题与练习”）：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？

解析：竖直上抛运动的小球，首先由动能转化为势能，达到最高点时，动能为零，势能达到最大，在下落时，势能逐渐减小，动能逐渐增大，势能又转化为动能。在小球运动过程中，小球的机械能总量保持不变。

伽利略的理想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？我们以后将一起来继续学习。

四．板书设计           一.追寻守恒量

1．伽利略斜面实验——“有某一量是守恒的”，这个量叫做能量

2．势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能

3．动能：物体由于运动而具有的能量叫做动能

4．“追寻守恒量”的意义