追寻守恒量——能量

这一节课我们就来探究运动过程 中的守恒量——能量
7.1 追寻守恒量——能量
“能量”是一个最抽象的概念，却是物理学中 最重要，意义也最深远的概念之一。 人类的生活离不开能量：
能量对于科学事业和日常生活有 着巨大的影响，但要用一句话说清 楚能量究竟是什么却非易事。这也 许是牛顿未能把“能量”这一概念 留给我们的原因。但在牛顿之前， 我们就能在力学领域发现它的萌芽。 例如，能量及其守恒的思想，在伽 利略的试验中已经显现出来了。
第七章
机械能守恒定律
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。 ——德国物理学家 劳厄
两个同学下象棋，不小心棋盘被打 翻了，棋子撒了一地，于是两个同 学把地上的棋子捡起来，并在盒子 里摆放整齐，发现还缺3颗，于是他 们一起找啊找，门后有一颗，墙角 有一颗，还有一颗就是找不到，但 他们还是继续找，最终在地毯下发 现了这颗棋子。
小球到达最高点 速度为0 （与起始高度一样）
猜 想 什 么 量 是 守 恒 的 ？
h
A
B
h ‘
理 想 斜 面 实 验
动能和势能之和守恒，即 机械能守恒
单摆中的小球（忽略空气阻力）
各种形式的能量
无处不在
各种能量之间是 如何相互转化的？
以斜上抛的小球为例说明小球的 势能和动能的转化情况．这个例子 中是否存在着能的总量保持不变？
5. 能量守恒定律的发现最重要的贡献者当推 迈耶（M.Meyer）、焦耳（J.P.Joule）和亥姆霍 兹（H.von.helmholtz）三位伟大的科学家。 6. 能量守恒是自然界的基本规律. 自然界 的一切过程都必须满足能量守恒，但满足能量 守恒定律的过程不一定都能实现。 7. 经典物理认为物体的能量是连续值.量 子物理中物体的能量是不连续的。 8. 在相对论中,将学到能量和质量是等价 的 E=mc2 称质能关系。
斜上抛运动的小球，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．在小球运动的过程中，小球 的机械能总量保持不变．
有一种地下铁道，站台建得高些，电车进 站时要上坡，出站时要下坡，如图所示。 试解释站台为什么这样设计？
电车进站时上坡，可以把动能转化为重力 势能（减小进站减速刹车消耗的能量）， 出站时下坡再把储存的重力势能转化为动 能，以节省能量。
支持他们继续找下去的信念是什么？ 棋子不会凭空消失，也不会凭空产 生，棋子的个数是一定的，是守恒的
一个采购员，带着1000元现金到一些商店采购 了几样物品，但未及时把购买每件物品所用的钱记 在笔记本上，回单位报帐时，从口袋时搯出了6张 发票，合计金额为650元，而剩下的现金只有280元。 你认为他将会去做什么？促使他去这样做的依据是 什么？
—— Goodbye Everyone
回顾
用“力”描述伽利略斜面实验
v0 = 0
h
G
A
B
F
为了提高小球，人施加了与重力相反的力。 当释放小球时，重力使小球加速滚下斜面。 在斜面的底部，小球由于惯性而滚上斜面 Ｂ，向上滚动时受向下的重力而减速。 G
想一想
从“力”的角度分析伽利略斜面实验的 运动过程，有何不足之处？
动能增加
A
参考面 势能消失 全 部
势能去了 哪里？ 动能 速度最大
B
小球到达最低点 高度为0 （参考面）
想一想
用“能量”怎样描述伽利略斜面实验
当小球由最低点沿斜面 B 运动到达最高点 时，能量怎样变化？
速度在减小的同时，高度在升高。
动能减小 转化 势能增大
v0 = 0
h
A
动能去了 哪里？ 势能
B
参考面 动能消失 全 部
v0 = 0
h A
能量
B
在伽利略斜面实验中，将小球提高到起 始点的高度时，小球被赋予一种形式的能 量——势能。
名词解释
相互作用的物体凭借其位置而具有的 能量叫做势能（potential energy）。
它 们 具 有 势 能
跟高度有关的物理量 被举高的物 体具有势能
h
A
v
B
在伽利略斜面实验中，释放小球后，小球开 始运动，获得速度，小球被赋予一种形式的能 量——动能。
课后探究
伽利略的斜面实验使人们认识到能量概 念的重要性，我们又知道能量可以转化， 也有大小，那我们如何来量度它呢？（比 如动能和势能我们该如何来量度？） 势能和动能的转化又是怎么进行的呢？ （长度可以用尺子——多少米来量度，质 量可以天平——多少千克来来量度，那么 能量用什么来量度？）
THE END
采购员余下的现金与所花的钱之 和应该等于起初所带的钱，这个和总 是不变的，也就是守恒的！
问题1：1kg的冰融化成水，水的质 量是多少？ 问题2：化学课上，配平方程的依据 是什么？
2H ?H +O +O = = 2H ?H O O 22 22 22
在现实生活中蕴藏着普遍的 “守恒”思想
小资料
“有一个事实，如果你愿意，也 可以说一条定律，支配着至今所知 的一切自然现象……这条定律称做 能量守恒定律。它指出某一个量， 我们把它称为能量，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……” ——诺贝尔物理学奖获得者费恩曼
牛顿运动定律和运动学知识解决，以为这样 具体可信，而不习惯于从能量的观点和守恒 的思想来分析，但是从本章学习过能量之后 同学们会发现从能量的观点来分析和解决， 往往会给力学问题的解决带来很大的方便， 因此从本章起同学们应注意培养自己从能量 的观点分析、解决问题的能力.
4.自由摆动的秋千摆动的幅度越来越小，下 列说法正确的是（ D ） 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.整个过程中的总能量守恒
小 结
一、伽利略斜面实验表明 “有某一量是守恒的”，这个量叫 做能量。 二、能量 1、势能：相互作用的物体凭借其位置 而具有的能量。 2、动能：物体由于运动而具有的能量。 三、“追寻守恒量”的意义 物质在运动变化过程中都要满足一 定的守恒定律。
名ห้องสมุดไป่ตู้解释
物体由于运动而具有的能量叫做 动能（kinetic energy）。
它 们 具 有 势 能
跟速度有关的物理量 运动的物体具 有动能。
想一想 用“能量”怎样描述伽利略斜面实验
当小球由最高点沿斜面 A 运动到达最低点 时，能量怎样变化？
小球高度降低的同时，速度在增加
v0 = 0
h
势能减小
转化
不能表达和解释一个重要的事实： 如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略， 小球必将准确的终止于同它开始点相同的高 度，决不会更高一点，也决不会更低一点。 这说明某种“东西”在小球运动过程中 是不变的，这个“东西”就是能量。
课外拓展
“能量”概念发展史简介
1. 伽利略对摆的论证——为后人认识机 械能守恒开辟一途径。 2. 莱布尼兹提出的物体运动的量与物体 速度平方成正比被科里奥利称为“活力”。 3. 英国物理学家杨（T.Young）(在光的干 涉方面作出贡献)将 mv2/2 称作能量。 4. 热学中永动机不可能实现的确认和各种 物理现象之间的普遍联系的发现，导致了能量 守恒定律的最终确立。
2.苹果从树上掉下时，速度越来越大， 下列说法正确的是（ C、D ） A.高度转变成了速度 B.苹果的能量增加 C.势能转变成了动能 D.苹果的机械能不变(忽略空气阻力)
3.一个物体在光滑的水平面上匀速滑行，则 （ B ） A.这个物体没有能量 B.这个物体的能量不发生变化 C.这个物体的能量发生了变化 D.以上说法均不对
自然界存在各种不同形式的能量— —机械能(动能和势能)、内能、电能、 化学能、核能等等，各种不同形式的 能量可以相互转化，在转化过程中遵 从能量守恒这个基本原理，本章我们 引入了功和能(动能、势能)等重要物 理量和动能定理、机械能守恒定律等 重要规律，为我们解决力学问题开辟 了新的途径．
解决力学问题，同学们往往习惯于运用
将一物体从粗糙斜面上匀速滑下来， 分析这一过程中的能量转化？
铁锁会碰到鼻子吗？
课堂练习
1. 下列实例中,动能转化为势能的是 (
A. 竖直上抛的正在上升的小球．
A
)
B. 上紧发条的玩具汽车汽车正在行驶.
C. 从高处下落的石块． D. 从斜槽上滚下的小球．
解析：B、C、D中均为势能转化为动能． A中为重力势能转化为小球的动能．
观 察 伽 利 略 理 想 实 验
h
A
B
h
伽利略理想斜面实 验（斜面均光滑）
h
A
α
β
B
h’
实验表明斜面上的小球在运动过程中 好像“记得 ”自己起始的高度（或与高度 相关的某个量）。
“记得”并不是物理学的语言，物理学家把这
一事实说成是：某个量是守恒的
。
后来的物理学家把这一事实说成是 “某个量是守恒的”,并且把这个量叫 做能量或能。