§7.1 追寻守恒量

课标要求 学习水平为理解 教学目标 知识

与能力 1、了解"追寻守恒量"这一物理学的基本观点和思想；

2、知道动能和势能的概念；

3、会分析生活中有关机械能转化的问题； 过程

与方法 1、体会伽利略斜面实验的思想方法，了解能量概念的引入过程；2、体会"追寻守恒量"这种变化之中抓不变的研究策略； 情感态度价值观 1、通过"追寻守恒量"，使学生领会寻找守恒量是科学研究的重要思想方法，初步树立能量转化与守恒的观点；

2、通过展示生活中的一些物理现象，使学生进一步体会能量守恒的普遍性； 教材分析 重点 了解动能和势能的概念，在动能和势能的转化过程中体会能量守恒 难点 认识到守恒是自然界的重要规律 教学设计 教学环节 教师活动 学生活动 设计意图 一、引入新课

1、守恒的含义

2、守恒的普遍性

二、新课教学

1、分析伽利略斜面实验

2、能量概念

3、动能和势能

4、能量守恒的应用

三、课堂小结

介绍本节课的学习任务和学习目标。

提出问题： "守"是什么意思？"恒"是什么意思？两个字组成的"守恒"一词应是什么意思？"守恒量"又是什么意思？

小结："守恒"意为保持不变，"守恒量"也就是保持不变的量。

案例1：放学后，两个小孩在家中下象棋。下完棋后，当他们收拾象棋时，忽然发现少了3颗棋子，他们找啊找，发现门后有1颗，墙角有1颗，但还是少1颗。他们不放弃，继续寻找，终于在地毯下找到了最后1颗棋子。

问题：支撑两个小孩能够坚持找到最后1颗棋子的信念是什么？

小结：棋子的总数是不变的，我们可以说棋子的数量是守恒的。

案例2：自来水公司抄表员最近发现，某小区一单元楼的自来水管道的总表读数和各住户家中分表读数总和不一致。对于这个问题，你有什么想法？

　　问题：支撑你们提出这些想法的依据是什么？

小结：流过管道总表的水的总体积和单元楼内消耗的水的总体积是守恒的。

案例3：装有沙子的A、B两个小烧杯，将A中的沙子再倒入B中一些。两个烧杯A、B和沙子的总质量如何变化？

　　问题：支撑你们有这种想法的依据是什么？

小结：在上述过程中，A烧杯和杯中沙子的总质量减少，B烧杯和杯中沙子的总质量增加，但A、B两烧杯和沙子的总质量是守恒的。

案例4：化学反应方程式

问题：我们依据什么来配平化学方程式？

小结：我们需要根据原子数守恒、电荷守恒来配平化学反应方程式。

总结：由此可见，事物在变化过程中，某些量总是保持不变的，这种现象叫做守恒。守恒现象在生活中是普遍存在的。

问题：那我们为什么要追寻守恒量呢？

介绍诺贝尔物理学奖获得者、德国物理学家劳厄的名言：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。

小结：自然界中物质千变万化，但这种变化是有规律的，守恒现象就是自然界中是普遍存在的一种客观规律，物理学的研究任务就是要发现物质运动变化的规律性，而寻找守恒量也就是物理学研究的一个重要方向，我们在学习物理过程中追寻守恒量既是十分重要的，又是十分必要的。

课件展示伽利略斜面实验。

　　问题：请描述小球从左侧斜面高度h处静止释放后，如何运动？

问题：小球从A到O，再从O到B，高度h和速度v如何变化？

问题：小球从A到O过程中，高度h降低，速度v增加；从O到B过程中，高度h升高，速度v减小；到达右侧高度hˊ与左侧高度h什么关系？

问题：为什么小球到达右侧高度 hˊ和左侧高度h相同，什么条件下才相同？

问题：在斜面是光滑的条件下，小球能够到达相同高度。如果我们将右侧斜面的倾角减小，让右侧斜面平缓一些，小球到达的最大高度还同左侧高度一样吗？

问题：小球在光滑的斜面上似乎记得原来自己的高度一样，不过"记得"两个字不是物理语言。小球在运动过程中，它的高度h和速度v之间存在着怎样的关系？

问题：小球在运动过程中，它的高度h和速度v此消彼长，这其中是否存在着某个守恒量呢？

问题：高度h守恒吗？为什么？

问题：速度v守恒吗？为什么？

问题：高度h和速度v之和守恒吗？为什么？

问题：h和v的单位不同，不能直接相加，因此它们的和不守恒。既然这样，是不是h和v背后隐藏着某个量，它同h和v的某种形式有关，是守恒量呢？这个守恒量是什么呢？

问题：回忆一下初中时候我们分析伽利略斜面实验，那时候我们提过，与小球高度h和速度v有关的量分别是什么来着？

问题：与小球高度h有关的是重力势能，与速度v有关的是动能，它们是能量的两种存在形式，前面高度h和速度v背后隐藏的守恒量就是能量，你能给出能量的概念吗？

展示诺贝尔物理学奖获得者、美国物理学家费曼的名言：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......

小结：能量是一个非常抽象的概念，它是伴随人类对能量守恒的认识同步发展起来的。伽利略斜面实验中已经蕴含着能量的概念，但伽利略、以及后来的牛顿都没有提出能量的概念。

展示高高堆起来的巨石和高速行驶的赛车图片。

问题：巨石和赛车所具有的能量分别是什么？

问题：我们把相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫势能；物体由于运动而具有的能量叫动能。

问题：常见的势能有重力势能，如巨石和小球凭借其高度而具有的势能，此外，还有一种势能，当我们将弹簧拉伸或压缩，弹簧具有的势能叫什么势能？

小结：动能、重力势能和弹性势能统称机械能，各种能量之间是可以相互转化的，但在转化过程中，能量的总量是守恒的。

问题：分析伽利略斜面实验中，小球从A到O，从O到B能量是如何转化的？

小结：在理想斜面实验中，斜面是光滑的，小球从左侧斜面高度h处静止释放，A点具有最大重力势能，动能为零；从A到O，重力势能减小，动能增加，O点具有最小重力势能，最大动能；从O到B，重力势能增加，动能减小，B点具有最大重力势能，动能为零，整个过程中机械能守恒。

　　问题： 若伽利略斜面不是光滑的，小球从左侧斜面高度h处滚下，还能到达右侧斜面高度h处吗？机械能还守恒吗？

问题：既然机械能不守恒，机械能减小了，那减小的机械能跑哪儿去了呢？

问题：除了机械能、内能外，自然界还存在着哪些形式的能量呢？

小结：由于小球和斜面之间的摩擦，以及空气阻力的影响，小球部分机械能转化成了内能，机械能虽然不守恒，但总能量仍然是守恒的。因此，能量守恒依然是成立的，同时根据能量守恒定律，我们还可以用来发现新的能量存在形式和新物质。

应用1：小球"碰鼻"游戏

　　将一个小铁球用细绳悬挂在黑板上，让一个勇敢的学生将小铁球拉到鼻尖处静止释放，其他学生观察小铁球的运动情况以及在小铁球摆回来时该学生的反应。

问题：小球在摆动过程中，参加游戏同学是否安全？为什么会这样？

小结：在小球运动过程中，忽略空气阻力影响下，小球的动能和势能相互转化，机械能守恒，小球摆回来的最高点不会超过起始高度。由于空气阻力的影响，小球摆回来的高度肯定没有原来的高度高，因此，参与游戏的同学是安全的。

应用2：播放一段游乐场过山车运动的情景片段，让学生观看。

问题：过山车沿轨道向轨道最高点运动过程中，以及从轨道最高点向轨道最低点运动过程中，能量如何转化？

问题：考虑到实际轨道并不是光滑的，过山车在上述运动过程中能量如何转化？

小结：过山车运动过程中动能和重力势能相互转化，如果考虑到过山车和轨道之间的摩擦，动能、重力势能和内能之间发生能量转化，但总能量守恒。

应用3：展示一幅行星绕太阳运行的Gif动态图片。

问题：行星绕日运动，行星在近日点和远日点哪个位置速度大？

问题：行星在近日点速度大，动能大；在远日点速度小，动能小；从远日点到近日点运动动能增加，从近日点到远日点动能减小，增加的动能是由什么能转化而来的，减小的动能又转化成了什么能？

小结：行星绕日运行，伴随着动能和引力势能的转化，行星从远日点到近日点运动，引力势能转化为动能，引力势能减小，动能增加；从近日点到远日点运动，动能转化为引力势能，动能减小，引力势能增加，但机械能守恒。

应用4：展示一幅弓箭手拉弓射箭的Gif动态图片。

问题：被拉伸的弓箭具有什么能？当弓箭被射出去过程中，能量如何转化？

小结：发生形变的弓箭具有弹性势能，弓箭被射出去过程中，弹性势能转化为动能，总能量守恒。

应用5：播放一段有关潭柘寺"怪坡"的新闻视频片段。

问题：关闭发动机的汽车，沿怪坡的低处从静止开始往高处运动，重力势能如何变化？动能如何变化？机械能如何变化？

问题：汽车自动向坡顶运动，机械能增加，违反了能量守恒定律。如何解释这一现象？

小结："怪坡"所谓的下坡路是个假象，实际上汽车所在的下坡路实为上坡路，汽车空挡是从"怪坡"的高处向低处运动，并没有违反能量守恒定律。

对本堂课的学习内容进行小结。

总结：同学们从小开始，就已经在生活中逐步认识体会到了数量守恒、体积守恒和质量守恒等守恒现象，随着认识的深入，今天又认识到了更抽象的能量守恒现象。能量的转化和守恒定律是自然界普遍遵循的重要基本规律，今后，同学们在分析解决实际物理问题过程中，应积极利用能量转化和守恒的观点来思考问题。

问题：不同形式的能量之间可以相互转化，但转化过程又是通过什么方式来完成的呢？

积极思考，回答问题。

积极思考，回答问题。

积极思考，各抒己见，给出各种想法。

积极思考，回答问题。

积极思考，回答问题。

积极思考，回答问题。

积极思考，回答问题。

回忆伽利略理想斜面实验。

积极思考，提问学生回答问题。

积极思考，回答问题。

积极回答问题。

积极回答问题。

积极回答问题。

积极思考，回答问题。

积极思考。

积极回答问题。

积极回答问题。

积极思考，回答问题。

积极思考，回答问题。

积极思考，回答问题。

积极思考。

全班大声朗读费曼的名言。

积极思考，回答问题。

积极回答

积极思考，提问学生回答问题。

积极思考，回答问题。

积极思考，回答问题。

积极参与，观察同学仔细观看，回答问题。

积极回答问题。

认真观看

积极思考，回答问题。

积极思考，回答问题。

回忆开普勒行星运动定律。

积极回答问题。

积极思考，回答问题。

认真观察图片。

积极思考，回答问题。

认真观看。

积极回答问题。

积极思考，回答问题。

首先弄清"守恒量"的字面含义，明确"追寻守恒量"的学习任务。

展示生活中的一些守恒关系的案例，使学生体验守恒的普遍性。

根据建构主义理论，学生在对生活案例的认识过程中完善自己对守恒量的认知结构。

使学生体会生活中数量的守恒。

使学生体会生活中体积的守恒。

使学生体会生活中质量的守恒。

使学生体会化学中原子数和电荷的守恒。

引用物理学家劳厄的名言，强调追寻守恒量的重要性和必要性。

精确描述伽利略理想斜面实验，经历发现能量守恒的过程。

使学生领会能量的概念。

激发学生的兴趣，利用实验说明小球运动的最高点不会超过起始高度，加深学生对能量守恒的直观认识，在游戏中体验能量守恒。

密切联系学生生活，感受游戏中能量的守恒。

使学生领会行星绕日运动过程中机械能守恒。

使学生领会弹性势能和动能之间的转化过程，机械能守恒。

在分析实际问题过程中，强化学生对能量守恒正确性的认识。

为功的学习埋下伏笔。