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追尋守恒量──能量 教材分析 在物理學(xué)中，能量并不是由功定義的。能量的概念是在人類追尋“運(yùn)動(dòng)中的守恒量是什么”的過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的。能量概念之所以重要，就是因?yàn)樗且粋€(gè)守恒量。守恒關(guān)系是自然中十分重要的關(guān)系，從中學(xué)開(kāi)始加強(qiáng)學(xué)生對(duì)守恒關(guān)系的認(rèn)識(shí)是有益的，因?yàn)樗菢O為重要的研究方向。根據(jù)這種認(rèn)識(shí)，所以本節(jié)從追尋守恒量出發(fā)引入能量概念，為能量學(xué)習(xí)奠定了基礎(chǔ)并把這種物理思想滲透在能量學(xué)習(xí)的全過(guò)程。 學(xué)情分析 設(shè)計(jì)思想 “追尋守恒量”一節(jié)，主要是使學(xué)生了解守恒思想的重要性。在物理學(xué)的發(fā)展過(guò)程中，能量的概念幾乎是與人類對(duì)能量守恒的認(rèn)識(shí)同步發(fā)展起來(lái)的，能量的概念之所以重要，就是因?yàn)樗莻€(gè)守恒量。守恒關(guān)系是自然界中十分重要的一類關(guān)系?！皺C(jī)械能守恒”這個(gè)詞學(xué)生并不陌生，但是讓學(xué)生說(shuō)出自己對(duì)它的認(rèn)識(shí)又不是一件容易的事。在教學(xué)中可以讓學(xué)生先自己閱讀教材，提出一些問(wèn)題，例如：什么叫守恒？教材中說(shuō)：在牛頓之前，伽利略的斜面理想實(shí)驗(yàn)已經(jīng)顯現(xiàn)了能量及其守恒的思想，這個(gè)實(shí)驗(yàn)中什么是不變的？使學(xué)生觀察，當(dāng)小球沿A斜面從h高處由靜止?jié)L下時(shí)，小球的高度不斷減少，而速度不斷增大，這說(shuō)明小球憑借其位置而具有的能量不斷減少，而由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量不斷增大。當(dāng)小球從斜面底沿另一個(gè)斜面B向上滾時(shí)，小球的位置不斷升高，而速度不斷減小，說(shuō)明小球憑借位置而具有的能量不斷增加，由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量逐漸減少。如果斜面是光滑的，當(dāng)小球到達(dá)B斜面的h高度時(shí)，速度為零，小球好像“記得”自己起始的高度。 除了演示斜面的實(shí)驗(yàn)以外，還可以演示滾擺實(shí)驗(yàn)和單擺實(shí)驗(yàn)，同時(shí)說(shuō)明：在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中物體的動(dòng)能和勢(shì)能是可以相互轉(zhuǎn)化的，如果沒(méi)有摩擦和介質(zhì)阻力，物體好像“記得”自己初始的高度，即某一量是守恒的。 但是，這樣的描述不能表達(dá)一個(gè)最重要的事實(shí)：如果空氣阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必將準(zhǔn)確地終止于同它開(kāi)始點(diǎn)相同的高度，決不會(huì)更高一點(diǎn)，也決不會(huì)更低一點(diǎn)。這說(shuō)明某種“東西”在小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中是不變的，這個(gè)“東西”就是能量。 引入能量的概念是在物理學(xué)發(fā)展中追尋守恒量的一個(gè)重要事例。 請(qǐng)用勢(shì)能和動(dòng)能描述一下理想斜面實(shí)驗(yàn)中的轉(zhuǎn)化與守恒的事實(shí)。 （2）能量的轉(zhuǎn)化與守恒是自然界普遍存在的現(xiàn)象 動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程中總能量守恒的物理過(guò)程有很多，試著列舉出幾個(gè)動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化但總能量可能守恒的實(shí)例。 如游樂(lè)場(chǎng)中的海盜船、秋千、雙線擺、單擺、悠悠球等。 視頻：滾擺。悠悠球等演示。 三、追尋能量轉(zhuǎn)化與守恒思想的意義 赫茲發(fā)現(xiàn)了電磁波，很快有人發(fā)明了電報(bào)； 氣象預(yù)報(bào)說(shuō)：“近年夏天會(huì)持續(xù)高溫，而且干旱……”國(guó)美的老板聽(tīng)了會(huì)想到什么：空調(diào)會(huì)熱銷，發(fā)財(cái)?shù)臋C(jī)會(huì)來(lái)了。使用價(jià)值：如果我掌握了守恒的規(guī)律，就可以用它來(lái)解決問(wèn)題，看到了新技術(shù)，就要琢磨怎樣應(yīng)用它，就是創(chuàng)新。如果你對(duì)它無(wú)動(dòng)于衷，就總是落后于人家。 追尋“守恒量”的意義：開(kāi)辟一種新的簡(jiǎn)單的解決問(wèn)題的途徑。 【思考與討論】 1．在伽利略斜面實(shí)驗(yàn)中，能不能用動(dòng)力學(xué)和運(yùn)動(dòng)學(xué)的知識(shí)計(jì)算出小球滾上另一斜面時(shí)能達(dá)到相同的高度？從能量守恒的角度也達(dá)到相同的高度，兩者相比較，哪種方法更簡(jiǎn)捷？ 2．從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度能分析、求解以前不容易解決的問(wèn)題。 ［小結(jié)］ 本節(jié)課通過(guò)對(duì)斜面實(shí)驗(yàn)的分析，了解了動(dòng)能、勢(shì)能和能量的概念，能量的概念是人類在尋找“運(yùn)動(dòng)中的守恒量是什么”的過(guò)程中發(fā)展起來(lái)的。引入能量的概念是在物理學(xué)發(fā)展中追尋守恒量的一個(gè)重要事例。在自然界中能量的轉(zhuǎn)化與守恒是普通存在的。通過(guò)本節(jié)課的學(xué)習(xí)，我們體會(huì)到，追尋“守恒量”能開(kāi)辟一種新的簡(jiǎn)單的解決問(wèn)題的途徑。 ［布置作業(yè)］ 教材第56頁(yè)“問(wèn)題與練習(xí)”。 板書(shū)設(shè)計(jì) 1．追尋守恒量──能量 一、對(duì)理想斜面實(shí)驗(yàn)的分析 運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持的結(jié)論外，他還注意到實(shí)驗(yàn)中反映出一個(gè)轉(zhuǎn)化與守恒的事實(shí)（或思想）。高度與速度相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程中與高度有關(guān)的量和與速度有關(guān)的量之和守恒。 二、動(dòng)能、勢(shì)能及其轉(zhuǎn)化并守恒的普遍性 1．能量 在物理學(xué)中，相互轉(zhuǎn)化且守恒的量叫做能量或能。 2．勢(shì)能與動(dòng)能 （1）勢(shì)能 相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫做勢(shì)能。 （2）動(dòng)能 物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量叫做動(dòng)能。 3．動(dòng)能與勢(shì)能的轉(zhuǎn)化與守恒 （1）在理想斜面實(shí)驗(yàn)中，動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過(guò)程中總能量守恒 （2）能量的轉(zhuǎn)化與守恒是自然界普遍存在的現(xiàn)象 三、追尋能量轉(zhuǎn)化與守恒思想的意義 追尋“守恒量”的意義：開(kāi)辟一種新的簡(jiǎn)單的解決問(wèn)題的途徑。