追寻守恒量教案

追寻守恒量——能量

重庆实验外国语学校周平一、【教学目标】

知识与技能：

1、通过实验体会感受机械运动过程中的守恒量

2、用运动学公式推导守恒量，知道动能、势能及能量的概念

3、知道能量守恒定律建立的历史过程，能列举不同形式的能量相互转化并守恒的实例过程与方法：

1、体会寻找守恒量的过程，知道守恒定律的意义，明白守恒思想有时也是解决问题的

捷径

2、通过生活实际、实验观察分析、猜想与数学推理等方法。体会一条定律得出的科学

过程。

3、通过物理学史的学习了解能量守恒定律建立的过程，知道能量守恒定律的普适性。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,

学会从物理现象中探求事物本质的科学态度和研究方法

2、通过本节教学，让同学们感受到科学前辈们建立能量守恒定律的不易。通过解密“永

动”纸片提高同学们对物理学习的兴趣，通过最后的提问培养学习的质疑精神。二、【教学重点】

守恒思想的建立，知道科学研究过程的步骤，对能量、动能、势能等概念的理解。三、【教学难点】

体会科学家的研究过程，怎样从实际情景中抽象出某些关键的因素。并利用已有的知识和方法，产生灵感，从而进行新的联系及产生得出新的概念。

四、【教学过程】

引入：欢迎同学们走进我的神奇物理课堂，每一堂精彩的物理课都是一台奇妙的魔法课。不信，我们一起来感受下？

展示：可以自己转动的纸片

同学们想知道其中的奥秘吗？让我们从今天的学习中寻找答案！

诺贝尔物理学奖获得者费曼曾说过“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……….”看来它也应该遵循着一条定律，今天就让我们一起来寻找这条定律。

生活示例：老师手上有两个完全相同的烧杯，其中一个装有500ml的水，另一个是空的。如果我将一部分水倒入另一个烧杯中，请问那个烧杯中有多少水？

生：200ml。

师：你是如何判断出来的？

生：水的总量是不变的，两个烧杯水加起来为500ml。

师：对，总量不变。不变就是守恒！

这类事例有很多，比如我们在书写化学方程式的时候。原子的守恒、电子的守恒、质量的守恒。。。。

请同学们总结一下上述案例中守恒的特点？

生：1、此消彼长，总量不变

2、过程中有变化，变化中有不变量

守恒现象在我们的生活中是如此的普遍，那在自然科学之父的物理学中是否也存在着某

种守恒关系呢？？？

在同学们的桌子上有我们为大家准备好的实验器材。

介绍斜面实验、单摆实验、滚摆实验。

请同学们利用实验器材实验，探索、感受、体会简单的物理运动，并完成导学案上的问题。在物体从高到低的运动中，哪些物理量是变化的？怎么变化？

实验完成后请每一小组推选一名代表上台交流分享实验结果。

实验、感受、体会、总结：

1、斜面实验

2、单摆实验

3、滚摆实验

好了，请同学们停止实验安静下来！

生（1、2、3）：高度和速度是变化的物理量，下降过程都是高度减小速度增加。

三个实验中都有高度与速度此消彼长的特点，那请同学们大胆的猜想在此过程中什么物理量是守恒的？

生：应该是一个与速度有关的物理量和一个与高度有关的物理量之和不变

有了猜想，接来下我们就要通过实验研究对理论进行论证（科学探究的一般步骤是提出问题、猜想与假设、实验推理、分析论证、得出结论、验证结论）。下面我们选取斜面实验进行研究。

学生活动：理论推导斜面运动中的守恒关系

设小球从倾角为θ光滑斜面顶端距水平面高H的地方由静止开始释放，某时刻运动到距离水平面高h的地方时速度为v，位移为x。

推导过程：

小球沿斜面向下做匀加速直线运动

位移x与H，h，θ的关系

末速度v与加速度的关系

得：

通过理论推导我们得到了一个守恒表达式，仔细观察我们发现确实是一个跟速度有关的量和一个跟高度（位置）有关的量之和是守恒的。后来的物理学家把这一不变量称为能量或能。把这个与速度有关的量叫做动能，动能是物体由于运动而具有的能量；把这个与位置有关的量叫做势能，势能是相互作用的物体凭借其位置而具有的能量。

我们得到的守恒关系就可以写成：动能+势能=不变量。这个表达式就是能量守恒的表达式。

引入能量概念后请同学们用能量的观点来描述一下伽利略的理想斜面实验。

生：当小球从静止开始释到运动到最低点过程中势能减小，动能增加。总能量保持不变。

师：这位同学描述得很正确，我们发现引入能量的概念后我们对物体运动的描述变得更加的全面，不仅描述了能看到的速度、高度的变化，还能描述其内在的能量变化。

我们通过短短的半节课时间就认识就能量和能量守恒，而在物理学史上能量和能量守恒概念的建立经历了一个艰苦且漫长的过程！

因为“能量，那是一个最抽象的概念……..”。下面让我们通过一段视频来了解一下能量和能量守恒定律建立的过程。

视频：

公元前460年到370年，古希腊哲学家德谟克利特就提出过“运动只会从一个物体向另一个物体转移，但绝不会消灭”的观点。这是守恒思想的萌芽期。

在1200年左右，人们开始热衷于研究“永动机”。一种不需要提供能量就能一直动下去的机器，期间人们设计了大量的永动机模型。但经过600多年的努力，无一人成功。这也向我们暗示了能量的守恒。

历史的车轮滚滚向前，来到了第一次工业革命。期间各个学科领域成果不断。

1801年，英国科学家戴维发现摩擦生热，否定热质说。

1831年，英国物理学家法拉第发现了电磁感应现象，实现了电与磁之间的相互转化。

1842年，德国医生迈尔从生理学角度出发，分析了25种能量的转化和守恒，成为最先阐述能量守恒的人

1840-1878年，英国物理学家焦耳在近40年的时间里用各种方法测定了热和功之间的当量关系。为能量守恒定律的发现奠定了实验基础

1847年，德国物理学家亥姆霍兹给出了能量守恒定律的数学表达式。为能量守恒定律的发现奠定了理论基础。

在焦耳，迈尔，亥姆霍兹的带领下，全世界所有科学家的努力下。终于在19世界中叶能量守恒定律建立！

所谓前人栽树，后人乘凉。前人历经艰辛建立起来的能量守恒定律成为我们认识自然和改造自然的有利工具，让我们有了今天幸福舒适的生活。所以我们应当铭记科学前辈们的贡献，同时努力学习科学文化知识为我们的后人种下一颗大树！

随着社会和科技的发展，到目前为止人们已经认识和发现了各种各样的不同形式的能量，比如说：

举例说明能量的形式。。。。。

不同形式的能量之间可以相互转化吗？请举例说明。

生：汽车发动机将化学能转化为动能，点灯将电能转化为光能和热能。。。。。

那么接下来我们回到课堂之初，同学们现在知道神奇纸片转动的原理了么？

学生参与揭秘！

师：老师这里有一个装置，请同学们思考这个装置是将什么能转化为了什么能。

演示实验：热能发动机

生：将热能转化成动能

总结：你收获了什么？

我们运用能量守恒规律可以更好地了解和认识我们所生活的宇宙，这条定律支配着至今所知的一切自然现象。那“是否在任何领域，任何条件下能量守恒定律都成立呢？”

伟大的物理学家霍金于2018年3月14日逝世，霍金一生最主要的两个成就之一就是霍金辐射理论，他根据能量守恒定律认为黑洞除了吸收物质外还要向外辐射粒子和信息。但我们至今还未观测到！在已知的领域我们确定了能量守恒定律的正确性，但在未知领域该定律是否成立我们应该有质疑的精神。让我们追随伟人的脚步继续探索发现未知领域！