高中物理必修2第七章

第七单元 机械能守恒定律
课时17 追寻守恒量 课时18 功 课时19 功率 课时20 重力势能 课时21 探究弹性势能的表达式 课时22 实验：探究功与速度变化的关 系 课时23 动能和动能定理


第六单元
万有引力与航天

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行星的运动 太阳与行星间的引力 万有引力定律 万有引力理论的成就 宇宙航行
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互动训练
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1．如图所示，用一轻绳系一小球悬于O点．现将小球拉 至水平位置，然后释放，不计阻力．小球下落到最低点的过 程中，下列表述正确的是[2009年高考· 广东文科基础]( )
热量到底是从哪来的？顶多 500 克的心脏，它的运动根本无 法产生如此多的热量，无法光靠它维持人的体温．那体温是 靠全身血肉维持的了，而这又靠人吃的食物而来，不论吃肉 吃菜，都一定是由植物而来，植物是靠太阳的光热而生长 的．太阳的光热呢？太阳如果是一块煤，那么它能烧 4600 年，这当然不可能，那一定是别的原因了,是我们未知的能量 了.他大胆地推出 ,太阳中心约2750万度 (现在我们知道是 1500 万度),迈尔越想越多,最后归结到一点：能量如何转化(转移)? 他一回到汉堡就写了一篇《论无机界的力》,并用自己的 方法测得热功当量为 365 千克 ( 力)米/千卡 .他将论文投到《物 理年鉴》, 却得不到发表 , 只好发表在一本名不见经传的医学 杂志上.他到处演说： “ 你们看,太阳挥洒着光与热 ,地球上的 植物吸收了它们，并生出化学物质 „„” 可是，即使如此物 理学家们也无法相信他的话，很不尊敬地称他为 “疯子”． 2013-12-6 锐辅教育中心
3．领会寻找守恒量是科学研究的重要思想方法. 发展要求 会分析生活中有关机械能转化的问题．
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知识精析
一、概念 1．能量
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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，我们就能发现它的萌芽．能量及其守恒的思想在 伽利略的实验中已经显现出来了．在伽利略的斜面实验中， 小球在另一个斜面上停下来的位置总是与它出发的竖直高度 相同，看起来好像小球“记得”自己的起始高度，由这一事 实我们认为是“守恒量”，并且把这个量叫做能量或能． 2．守恒 宇宙中有各种形式的能量，并且它们之间可以相互转 化，能量在任何过程中都守恒．但要注意自然界中某几种形 式的能量转化与守恒是有条件．
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二、关于动能、势能
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例3
以竖直上抛的小球为例说明小球的势能和动能的
相互转化情况，在这个例子中是否存在着能的总量保持不 变？(空气阻力不计) 解析 竖直上抛运动的小球，在上升过程中动能转化为 势能，达到最高点时，动能为零，势能达到最大；在下落过 程中，势能逐渐减小，动能逐渐增大，势能又转化为动 能．在小球运动的整个过程中，小球的能的总量保持不变． 答案 见解析
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方法探究
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一、关于守恒量 例 1 试以“伽利略的斜面理想实验”为例，说明引入 能量概念的理由． 解析 从描述守恒量的角度进行分析． 如果不引入能量概念，我们也可以对“伽利略的斜面理 想实验”做这样的描述：“为了提高小球，伽利略施加了与 重力方向相反的力．当他释放小球时，重力使小球滚下斜 面．在斜面的底部，小球由于惯性而滚上另一斜面． ” 然 而，这样的描述无法表达在空气阻力和摩擦力小到可以忽略 的情况下，小球总是能够滚到与起始点相同的高度，无法描 述小球运动过程中的守恒量．因此，从描述守恒量的需求来 看，引入能量的概念是十分必要的． 答案 见解析 点评 引入能量的概念，是在物理学发展中追寻守恒量 的一个重要实例． 2013-12-6
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在啤酒厂里汤姆孙见到了焦耳，看着焦耳的试验室里各 种自制的仪器，他深深为焦耳的坚韧不拔而感动．汤姆孙拿 出迈尔的论文，说道：“焦耳先生，看来您是对的，我今天 是专程来认错的．您看，我是看了这篇论文后，才感到您是 对的． ” 焦耳看到论文，脸上顿时喜色全失： “ 汤姆孙教 授，可惜您再也不能和他讨论问题了．这样一个天才因为不 被人理解 , 已经跳楼自杀了 , 虽然没被摔死，但已经神经错乱 了．” 汤姆孙低下头，半天无语．一会儿，他抬起头，说道： “真的对不起，我这才知道我的罪过．过去，我们这些人给 了您多大的压力呀．请您原谅，一位科学家在新观点面前有 时也会表现得很无知的．”一切都变得光明了，两人并肩而 坐，开始研究起实验来． 1853年，两人终于共同完成能量守恒和转化定律的精确 2013-12-6 锐辅教育中心 表述．
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四、动能 定义：物体由于运动而具有的能量叫做动能． 说明：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． 五、动能和势能的转化与守恒 图示为伽利略的理想斜面示意图．伽利略发现：无论斜 面B比斜面A陡些或缓些，小球最后总能上升到同一高度的斜 面上的某点，这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度 相同．这个过程中，势能先转化为动能，动能又转化为势 能，动能和势能的总量保持不变，因此小球还能上升到与出 发点等高处．
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由此可见，在很久以前人们就在变化中寻找不变的东西
了． 其实，尽管这个世界是千变万化的，但这种变化并不是 没有规律的，主宰这些变化过程的是某些守恒量．让我们一 起来追寻这些守恒量吧！
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基础梳理
1．知道守恒是自然界的重要规律，初步领会能量转
基本要求 化、变中有恒的思想． 2．了解势能、动能的概念．
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新课标
物理
必修2
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目


录
曲线运动

第五单元
课时1 课时2 课时3 课时4 课时5 课时6 课时7 课时8 课时9 课时10 课时11 课时12 课时13 课时14
课时15 经典力学的局限性 课时16 《万有引力与航天》小结


曲线运动 质点在平面内的运动 抛体运动的规律 实验：研究平抛运动 圆周运动 向心加速度 向心力 生活中的圆周运动 《曲线运动》小结
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焦耳没把人们的不理解放在心上，他继续做实验，这样 一直做了 40 年，他把热功当量精确到了 423.9 千克 ( 力 ) 米 / 千 卡．1847年，他带着自己新设计的实验又来到英国科学协会 的会议现场．在他极力恳求下，会议主席才给他很少的时间 让他只做实验，不做报告．焦耳一边当众演示他的新实验， 一边解释： “你们看，机械能是可以定量地转化为热的，反 之一千卡的热也可以转化为423.9千克(力)米的功……”突然， 台下有人大叫道：“胡说，热是一种物质，是热素，他与功 毫无关系．”这人正是汤姆孙．焦耳冷静地回答道： “热不 能做功，那蒸汽机的活塞为什么会动？能量要是不守恒，永 动机为什么总也造不成？”焦耳平淡的几句话顿时使全场鸦 雀无声．台下的教授们不由得认真思考起来，有的对焦耳的 仪器左看右看，有的就开始争论起来． 汤姆孙碰了钉子后 ,也开始思考,他自己开始做试验 ,找资 料,没想到竟发现了迈尔几年前发表的那篇文章，其思想与焦 耳的完全一致！他带上自己的试验成果和迈尔的论文去找焦 耳，他抱定负荆请罪的决心，要请焦耳共同探讨这个发现． 2013-12-6 锐辅教育中心
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二、能量的转化 各种不同形式的能量可以 相互转化，并且在转化过程中 能量总是守恒的． 说明：(1)某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增 加，且减少量和增加量一定相等． (2) 某个物体的能量减少，一定存在 其他物体的能量 增 加，且减少量和增加量一定相等． 三、势能 同一物体位置越高，我们就认为它的势能越大． 1 ．定义：相互作用的物体凭借 其位臵 而具有的能量叫 做势能． 2 ．特征：势能存在于 相互作用 的两物体之间，即势能 属于系统． 3 ．势能的表现形式：重力势能、弹性势能，以后还要 学到的电势能、分子势能等． 2013-12-6
课时24 机械能守恒定律
课时25 实验：验证机械能守恒定律 课时26 能量守恒定律与能源 课时27 《机械能守恒定律》小结
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追寻守恒量
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古人常常会看到一些百思不得其解的现象．一颗小不点 儿的种子，会发芽，会成长；鹅黄的幼芽会成长为一棵亭亭 如盖的巨树．这些构成树木的物质是从哪儿来的呢？是无中 生有的吗？木头燃烧后只剩下一点点灰；蜡烛燃烧后变得无 影无踪．它们都到哪儿去了呢？每到秋天，大地铺满了落 叶；可是，春天来了，这些落叶又不知到哪儿去了，难道是 不翼而飞了吗？ 2400 多年前，古希腊哲学家德谟克利特写了这样一首 诗：无中不能生有，任何存在的东西也不会消灭．看起来万 物是死了，但是实则犹生；正如一场春雨落地，霎时失去踪 影；可是草木把它吸收，长成花叶果实，依然欣欣向荣． 2013-12-6
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例2 行驶中的汽车制动后滑行一段距离 ,最后停下来； 流星在夜空中坠落，并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速 下降．上述不同现象中所包含的相同的物理过程是( ) A．物体的动能转化为其他形式的能量 B．物体的势能转化为其他形式的能量 C．物体的能量从一种形式转化为其他形式 D．物体的能量只会减小不会增加 分析 一切运动过程都满足一定的守恒定律．能量是一 切运动物体最普遍的守恒量． 解析 汽车制动后受到摩擦阻力的作用，动能转化为内 能；流星在空中坠落时受到空气阻力的作用，机械能转化为 内能和光能；降落伞在空中匀速下降，受到空气阻力的作 用，势能转化为内能．故C选项正确． 答案 C 点评 能量转化有不同的过程与形式，而在不同的转化 过程中，能量的总量总是保持不变的，即能量是守恒的． 2013-12-6
点评
在本题中，若存在空气阻力，则这一过程还伴随
着内能的转化，动能与势能的总量不再守恒，故某几种能量 的转化和守恒需要特定的条件．
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能量守恒定律的发现 这个伟大的定律的完成得益于三位科学家，最早的一位 是被称为 “ 疯子”的德国医生迈尔 (1814—1878)．1840年迈 尔开始在汉堡独立行医，他对万事总要问个为什么，而且必 亲自观察、研究、实验． 1840 年 2 月 22日，他作为一名随船 医生跟着一支船队来到了印度尼西亚．一天，船队在加尔各 达登陆，船员因水土不服都生起病来，于是迈尔依老办法给 船员们放血治疗．在德国，医治这种病时只需在病人静脉血 管上扎一针，就会放出一股黑红的血来，可是在这里，从静 脉里流出的仍然是鲜红的血．于是，迈尔开始思考：人的血 液所以是红的是因为里面含有氧，氧在人体内燃烧产生热 量，维持人的体温．这里天气炎热，人要维持体温不需要燃 烧那么多氧了，所以静脉里的血仍然是鲜红的．那么，人身 2013-12-6 锐辅教育中心 上 的
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另外两位是英国科学家焦耳 (1818—1889) 和数学教授威 廉· 汤姆孙(1824—1907)． 1840年，焦耳发现将通电的金属丝 放入水中，水会发热，通过精密地测试，他发现：通电导体 所产生的热量与电流强度的平方、导体的电阻以及通电时间 成正比．这就是焦耳定律．1841年10月，他的论文在《哲学 杂志》上刊出．随后，他又发现无论化学能，电能所产生的 热都相当于一定的功，即 460 千克 ( 力 ) 米 / 千卡． 1845 年，他 带上自己的实验仪器及报告，参加在剑桥举行的学术会 议．他当场做完实验，并宣布：自然界的力 ( 能 )是不能毁灭 的，哪里消耗了机械力 ( 能 )，总得到相当的热．可台下那些 赫赫有名的大科学家对这种新理论都摇头，连法拉第也说： “这不太可能吧．”当时的威廉· 汤姆孙(1824—1907)是一位 数学教授，他 8 岁随父亲去大学听课， 10 岁正式考入该大 学，乃是一位科学奇才，而今天听到一个啤酒匠在这里乱嚷 一些奇怪的理论，就非常不礼貌地当场退出会场． 2013-12-6