高中物理 第7章 第1節(jié)追尋守恒量能量課件 新人教版必修2.ppt

成才之路 物理 路漫漫其修遠(yuǎn)兮吾將上下而求索 人教版 必修2 萬(wàn)有引力與航天 第七章 1 1 1集合的概念 第一節(jié)追尋守恒量 能量 第七章 1 1 1集合的概念 蕩秋千是一種常見(jiàn)的娛樂(lè)活動(dòng) 如果空氣阻力和秋千各部分的摩擦力可以忽略 秋千就會(huì)不停地?cái)[動(dòng)下去 這說(shuō)明秋千在運(yùn)動(dòng)過(guò)程當(dāng)中有一個(gè)保持不變的 東西 你認(rèn)為這個(gè) 東西 是什么 1 實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象讓靜止的小球沿一個(gè)斜面滾下 小球?qū)L上另一個(gè)對(duì)接斜面 沒(méi)有摩擦?xí)r ha hb 如圖所示 2 能量概念的建立始 末位置高度相同 小球運(yùn)動(dòng)中守恒的量叫 伽利略斜面實(shí)驗(yàn)探究 能量 1 能量 1 一個(gè)物體如果具備了 的本領(lǐng)我們就說(shuō)這個(gè)物體具有能量 2 能量是個(gè)狀態(tài)量 是 和物體的某一狀態(tài)對(duì)應(yīng) 能量概念 對(duì)外做功 標(biāo)量 2 勢(shì)能 1 由物體間的 和物體間的 決定的能量叫做勢(shì)能 如 重力勢(shì)能 彈性勢(shì)能 分子勢(shì)能 電勢(shì)能等 2 勢(shì)能是能量的一種具體形式 是 相互作用力 相對(duì)位置 標(biāo)量 3 動(dòng)能 1 物體由于 而具有的能量叫動(dòng)能 2 動(dòng)能與物體的質(zhì)量和 有著密切的聯(lián)系 3 和物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中某一狀態(tài)相對(duì)應(yīng) 是 并且總為正值 4 一切 物體都具有動(dòng)能 大到天體小到微觀粒子 運(yùn)動(dòng) 速度 標(biāo)量 運(yùn)動(dòng) 一 對(duì) 守恒量 的理解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 小球必將滾到它原來(lái)的高度 小球好像記得 自己的起始高度 我們把小球 記得 的這個(gè) 東西 叫做守恒量 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 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 能量答案 d 解析 在伽利略的斜面實(shí)驗(yàn)中 小球從一個(gè)斜面滾到另一個(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) 二 理解動(dòng)能 勢(shì)能的含義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 如下圖甲所示 吹來(lái)的風(fēng)即流動(dòng)的空氣 如下圖乙所示 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 三 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 古代戰(zhàn)爭(zhēng)中常用滾木和檑石作為武器來(lái)阻止敵人的進(jìn)攻 你能用所學(xué)的知識(shí)說(shuō)明其中的科學(xué)道理嗎 這種戰(zhàn)術(shù)適用于哪種情況 怎樣才能使殺傷力更大 為什么 答案 滾木和檑石的重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 利用其動(dòng)能來(lái)殺傷敵人 這種戰(zhàn)術(shù)適用于據(jù)高防守 提高其高度 增大其質(zhì)量才有更大的殺傷力 動(dòng)能越大 作用效果越強(qiáng) 尋找守恒量 解析 通過(guò)實(shí)驗(yàn)不難發(fā)現(xiàn) 在伽利略實(shí)驗(yàn)中有空氣阻力的情況下 小球滾上b斜面高度減小了 因此與物體上升的高度對(duì)應(yīng)的重力勢(shì)能減小了 能量看起來(lái)不再守恒 由此引發(fā)兩方面的思考 其一 物體系統(tǒng)減少的能量哪兒去了 是消失了嗎 其二 如果沒(méi)有消失 它轉(zhuǎn)化為哪種形式出現(xiàn) 球減少的重力勢(shì)能是否等量地以另一種形式出現(xiàn) 若球減少的重力勢(shì)能以另外的形式等量出現(xiàn) 則能量仍是守恒的 聯(lián)系所學(xué)過(guò)的知識(shí)和生活中的經(jīng)驗(yàn)知道 球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中有摩擦便會(huì)產(chǎn)生熱 與物體的高度 速率對(duì)應(yīng)的機(jī)械能有一部分轉(zhuǎn)化為大量分子組成的系統(tǒng)的熱運(yùn)動(dòng) 設(shè)計(jì)精確的實(shí)驗(yàn) 收集測(cè)量這部分熱能 便可以驗(yàn)證守恒量的存在 原創(chuàng)題 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 答案 小球處于完全失重狀態(tài) 存在解析 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 能量的相互轉(zhuǎn)化 解析 對(duì)過(guò)山車來(lái)說(shuō) 從最高處向最低處運(yùn)動(dòng)時(shí) 高度在減小 勢(shì)能在減少 同時(shí)其速度在增大 動(dòng)能在增加 對(duì)下落的果實(shí)來(lái)講 其能量轉(zhuǎn)化情況與過(guò)山車的情景相似 對(duì)斜拋物體來(lái)說(shuō) 斜向上運(yùn)動(dòng)階段 高度增大 速度減小 動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能 斜向下運(yùn)動(dòng)階段 高度減小 速度增大 勢(shì)能又轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 答案 a 過(guò)山車從高處到低處勢(shì)能減少 動(dòng)能增加 勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 從低處到高處速度減小 高度增大 動(dòng)能減少 勢(shì)能增加 動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能 b 下落的果實(shí) 果實(shí)的勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 c 斜拋的物體 斜向上運(yùn)動(dòng)過(guò)程 動(dòng)能轉(zhuǎn)化為勢(shì)能 斜向下運(yùn)動(dòng)過(guò)程 勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能 點(diǎn)評(píng) 本題主要突出動(dòng)能和勢(shì)能可以相互轉(zhuǎn)化 體現(xiàn)轉(zhuǎn)化過(guò)程中的守恒問(wèn)題 下圖是上海 明珠線 某車站的設(shè)計(jì)方案 由于站臺(tái)建得稍高 電車進(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 答案 這樣設(shè)計(jì)的主要優(yōu)點(diǎn)在于節(jié)約電能 解析 電車進(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) 電車可利用斜坡再將勢(shì)能轉(zhuǎn)化成動(dòng)能 可見(jiàn) 這種設(shè)計(jì)方案可以節(jié)約電能 易錯(cuò)點(diǎn) 對(duì) 守恒量 認(rèn)識(shí)不清導(dǎo)致錯(cuò)誤案例 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(lái)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(lái)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(lái)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