金版学案13-14物理(人教版)必修2课件：7.1追寻守恒量-能量

怎样认识动能和势能 能量与物体的运动相对应，是对物体不同运动形式的统一 量度，不同的运动形式对应不同的能量． 1 ．势能：相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做 势能． 注意：①两物体间有相互作用力，物体才会有势能． ②势能是与两物体相对位置有关的能量，又叫位能． 例如：地面附近的物体被提到一定的高度而具有的能量叫 重力势能；拉伸、压缩的弹簧，拉开的弓具有的能量叫弹性势 能．
5 ．一只乒乓球由高处静止下落撞击地板后又上升，在整 个过程中，不考虑空气阻力，乒乓球动能和势能的转化情况是
(
)
A．重力势能→动能→重力势能 B ．动能→弹性势能→重力势能 C．动能→弹性势能→动能→重力势能→动能 D．重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能
解析：乒乓球由于被举高而具有重力势能，在下落过程中， 高度降低，速度增大，重力势能减小，动能增大；在撞击地板 的一瞬间，由于球发生形变，球的动能转化为球的弹性势能， 球在恢复原状的过程中，弹性势能又转化为球的动能，使球产 生一个反方向的速度(如不考虑机械能的损失，则此速度与球撞 击地板前的速度大小相同)，向上跳起，在上升过程中，动能又 逐渐化成重力势能，直至动能为零，从下落到反弹上升的全过 程中，经历的能量变变化过程是：重力势能→动能→弹性势能 →动能→重力势能．
解析：上述步骤中，只有(2)是可以实际观察到的，而其他 步骤只是在实验事实基础上的合理推论，在实际实验中，只能 接近，不能实现． 答案：(2) (1)(3)(4)
用能量转化和守恒分析问题 下图表示撑杆跳高 运动的几个阶段：助跑、撑杆 起跳、越横杆．试定性地说明 在这几个阶段中能量的转化情 况． 解析：运动员的助跑阶 段，身体中的化学能转化为人和杆的动能；撑杆起跳过程中， 开始时运动员的动能和身体中的化学能转化为人的重力势能和 杆的弹性势能，然后动能和杆的弹性势能转化为人的重力
第一节 追寻守恒量——能量
《满江红· 游览刘家峡水电站》 “成绩辉煌，叹人力，真正伟大．回忆处， 新安鸭绿，都成次亚．自力更生遵教导，施工 设计凭华夏．使黄河驯服成电流，兆千瓦．绿 水库，高大坝，龙门吊，千钧闸．看奔腾泄水， 何殊万马．一艇风驰过洮口，千岩壁立疑 巫峡．想将来，高峡出平湖，更惊讶！”随着库区绿化和游览 项目的不断完善，库区周围山岭塬台，绿树成荫，游人如 织．地处高原峡谷的刘家峡水库，被誉为“高原明珠”．
解析：在伽利略斜面实验中，必须是阻力不计 ( 斜面光滑) 时，小球才能在另一个斜面上上升到相同高度，而不管另一个 斜面的倾角多大，所以，在A、B、C选项中A、C错，B项正确； 当B斜面的倾角减小到接近0°时，小球仍欲在斜面上上升到同 样高度，所以D项中设想是合理的． 答案：BD
名师归纳：伽利略的理想斜面实验虽然是想象中的实验， 但它是建立在可靠的事实基础之上的．这类理想实验以可靠的 事实为基础，经过抽象思维，抓住主要因素，忽略次要因素， 从而更深刻地揭示了自然规律．采用理想实验说明问题是物理 学的一种常用方法，理想实验在物理学的发展中起着重要的作 用．
尝试应用
2 ．在某灾区上空沿水平方向匀速飞行的一架飞机，正在 向灾区空投救灾物资，在空投过程中，飞机的动能和重力势能 变化情况是( ) A．动能、重力势能都在增加 B．动能、重力势能都在减小 C．动能减小，重力势能增大 D．动能增大，重力势能减小 解析：飞机在水平方向上匀速飞行，虽然速度和高度都没 发生变化，但飞机正向灾区空投救灾物资，在这个过程中飞机 整体的质量减小了，所以A、C、D错，B正确． 答案：B
势能，使人体上升到横杆以上的高度；越过横杆后， 运动员的重力势能转化为动能． 答案：见解析 名师归纳：同一物体在不同过程中，涉及的能 量转化形式可能不同，应分析不同过程中的能量转 化，建立能量守恒模型分析能量转化情况．
变式应用
2.“神舟七号”载人飞船是中国神舟号飞船 系列之一，是用长征号二号F火箭发射升空 的．如图所示，“神舟七号”飞船进入太空后， 首先在轨道倾角为42.4°、近地点高度为200 地点高度为 350 km的椭圆轨道上平稳运行．它在椭圆轨道上运 km、远 行的过程中，动能和势能如何变化？(假设飞船在运行过程中机 械能守恒) 解析：飞船从远地点向近地点运动过程中，势能减少，又 飞船运行过程中机械能守恒，故飞船动能增加；反之，飞船从 近地点向远地点运动时，势能增加，动能减少． 答案：见解析
怎样理解“能量”?
1．物体具有能量就能够对外做功． 流动的河水能够推动水轮机做功，高处的重锤落下能够把 木桩打入地里做功，被压缩了的弹簧能够把物体弹开做功，高 温高压的气体膨胀时能够带动机器做功．可见，“流动的河 水”、“高处的重锤”、“被压缩了的弹簧”、“高温高压的 气体”等都具有能量．
2．能量的多样性． 自然界中存在着各种不同的运动形式，不同的运动形式对 应不同形式的能量．如：机械运动对应着机械能，热运动对应 着内能，电磁运动对应着电磁能，原子核内部的变化对应着原 子能等． 3 ．能量是一个状态量，是标量和物体所处的某一状态对 应． 名师提示： “能量”这一物理量与我们前面学习的“力”、 “速度”等量不一样．“能量”的引入是在物理学发展中追寻 守恒量的一个重要事例．
伽利略的理想斜面实验 关于伽利略的斜面实验，下列描述正确的是( )
A．伽利略斜面实验对于任意斜面都适用，都可以使小球 在另一个斜面上上升到同样的高度 B．只有斜面光滑时，才有可能重复伽利略实验 C．在伽利略斜面实验中，只有B斜面“坡度”较缓才有可 能使小球上升到同样高度 D．设想在伽利略斜面实验中，若斜面光滑，并且使B斜面 变成水平，则可以使小球沿平面运动到无穷远处
答案：A
2．在伽利略的斜面实验中，小球停下来的高度为h1与它出 发时的高度h2相同，我们把这一事实说成是“有某个量守恒”， 下面说法中正确的是( ) A．小球在运动的过程中速度是守恒的 B．小球在运动的过程中高度是守恒的 C．小球在运动的过程中动能是守恒的 D．小球在运动的过程中能量是守恒的 解析：伽利略的斜面实验中，小球的高度、速度、势能都 随时间变化，而能量恒定不变，故只有D正确． 答案：D
基础练
1．关于动能，下列说法中正确的是( A．运动物体所具有的能量叫做动能 B．动能的大小只与物体的速度有关 C．无论选什么样的参考系，同一物体的动能都相同 D．以上叙述都不对 )
解析：物体由于运动具有的能量为动能，A正确．动能的 大小与质量和速度大小有关， B错；选择不同的参考系，物体 的速度大小不一样，动能不同，C错．
相对性，但动能不会为负值；势能具有相对性，对于选定的参 考零势能面来说，任何物体在此处的势能都为零，在参考面以 上，物体的势能为正，在参考面以下则为负值． 名师提示：两物体间有相互作用力，物体才会有势能．势 能是与两物体的相对位置有关的能量，又叫位能．
动能是与运动速度有关的能量，静止的物体动能为零，质 量相同的物体速度越大，动能越大．
答案：D
6 ．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的 是( ) A．机械能守恒 B．能量正在消失 C．只有动能和重力势能的相互转化
D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒
解析：秋千在摆动时由于存在阻力，动能与势能之和逐渐 减小，减少的机械能转化为内能，但总能量不变．
答案：D
提高练
7.如图，一根不可伸长的细绳拴着一个小球在 竖直平面内摆动，图中a 、b 、 c 三点分别表示小球 摆动过程中的三个不同位置，其中a、c等高．在小 球摆动的整个过程中，动能最大时是在________点， a 、 b 、 c 三点，在 ________ 点时重力势能大；如果 没有空气阻力的影响，小球在 a 点的动能 ________ 在c点的动能． 解析：小球从高处下落的过程中，势能转化为动能，所以 b 点动能最大．从低处向高处运动时势能增加，所以在 a 、 c 两 点的势能大，若没有空气阻力时，a点和c点动能相等． 答案：b a、c 等于
4．下列现象中，物体动能转化为势能的是( A．秋千在最高处荡向最低处
)
B．张开的弓把箭水平射出去
C．骑自行车匀速驶上斜坡 D．正在腾空上升的礼花弹 解析：正在腾空上升的礼花弹，高度越来越高，上升的速 度越来越慢，所以是动能转化为势能；秋千在荡向最低处时， 速度越来越快，是势能转化为动能；匀速驶上斜坡的自行车， 动能没变，势能增加；用弓把箭射出是弹性应用
1 ．伽利略的斜面实验反映了一个重要的事实：如果空气 阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确地达到与它出发时 相同高度的点，绝不会更高一点，也不会更低一点．这说明小 球在运动过程中有“某个量”是不变的，这个“量”应是( ) A．力 B．势能 C．速度 D．能量 解析：在伽利略的斜面实验中，小球从一个斜面到另一个 斜面，斜面弹力是不同的，势能先减小后增大，速度先增大后 减小，所以选项A、B、C错误；不变的“量”应是能量，包括 动能和势能，选项D正确． 答案：D
2．动能：物体由于运动而具有的能量叫做动能． 动能是一个状态量，动能的大小与物体的运动方向无关， 只与物体的质量和运动速度的大小有关．例如：高速运动的炮 弹具有很大的动能，可能穿透军舰厚厚的钢板进入船体；运动 的水流、气流(风)可以推动叶轮转动而使发电机发电． 不同的运动形式在相互转化的过程中对应的能量也在不断 地转化着，总的能量守恒意味着运动是守恒的．能量守恒定律 使人类对自然界有了本质的定量认识． 3．关于动能和重力势能的大小比较． 动能、势能都是标量，只有大小没有方向．动能虽然具有
变式应用
1．关于伽利略的理想实验，有下列实验和推论：
(1)减小第二个斜面的倾角，小球在这个斜面上仍然能达到 原来的高度．
(2)两个对接的斜面，让静止的小球沿一个斜面滚下，小球 将滚上另一个斜面． (3)如果没有摩擦，小球将上升到原来的高度． (4)继续减小第二个斜面的倾角到零，小球将沿水平面做持 续的匀速运动． 上述步骤中有一个是实验事实，其他的是理想化的推 论．事实是________，推论是________．
三、运用动能和势能的概念来描述伽利略的理想斜面实验 减小 ． 增加 ，势能________ 1．小球从斜面滑下，动能________ 减小 ，势能________ 增加 ． 2．小球滑上斜面，动能________ 3 ．在动能与势能相互转化的过程中，两者的总量保持 不变 ． ________