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視頻標簽：追尋守恒量,能量
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視頻課題：人教版高中物理必修二第七章第一節7.1追尋守恒量.能量-天津
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人教版高中物理必修二第七章第一節7.1追尋守恒量.能量-天津市微山路中學
1、知識與技能
（1）領悟伽利略理想斜面實驗中的轉化和守恒的事實； （2）理解能量這個物理量及動能、勢能的物理意義； （3）獨立分析伽利略理想斜面實驗的能量轉換和守恒關系；
（4）除伽利略理想斜面實驗以外，能列舉出其它動能與勢能相互轉化和守恒的實例； （5）能夠列舉出不同形式的能量可以互相轉化并可能守恒；
（6）理解能量轉化與守恒是一種重要的自然規律，激發學生產生用這一規律解決問題的意識。
2、過程與方法
（1）體會伽利略分析問題的精妙，學習他能分析出事物本質的方法； （2）體會費恩曼所說話的深刻內涵，體會轉化與守恒的普遍性。 3、情感、態度、價值觀 （1）體會自然規律的和諧統一 （2）開辟了新的簡單的解決問題的途徑 2. 教學重點/難點 教學重點：
理解動能、勢能的含義，體會能量轉化、守恒的普遍存在性。 教學難點：
培養創新能力，使學生在發現了能量轉化、守恒的普遍存在性后，能馬上意識到這里面存在的巨大的使用前景（開辟解決問題的新的途徑）。 3. 教學用具
多媒體、板書 學情分析
本節課的教學對象為高一新生，所有學生在初中階段的學習中已經掌握了能量守恒的知識，但并沒有掌握為什么會有能量守恒這個概念，他們并不理解守恒量的重要性。 導入新課: 上課前同學們觀看一個電影片段
問題：沖浪運動是一種時尚極限運動，沖浪可以讓人們忘卻煩惱，體驗一次次與海浪搏擊、馳騁在海浪上的快感、刺激感。是什么能夠讓他在浪谷中翻飛，一浪緊沖一浪？通過這節課的學習我們就可以定性的給出解釋。 我這里還有兩個小故事跟同學們分享：
1我的女兒和她的小閨蜜特別喜歡玩跳棋,兩個小朋友都爭強好勝，誰也不讓誰，有一次不小心棋盤被打翻了,棋子散了一地，于是一起收拾，收拾到最后發現一顆棋子找不到了,于是就找啊找,在尋找的過程中，兩個小朋友都盡其所能，堅信一定能找到，最終在沙發底下找到了,支持他們倆找下去的信念是什么?
（提問）棋子的總個數是一定的，這是幼兒園階段就會的數的守恒。
2愛迪生是個沒有大學文憑之人，他與畢業于美國普林斯頓大學的高材生阿普頓一起工作，他經常受到阿普頓的歧視。有一次，愛迪生拿了個梨形燈泡，請阿普頓測算一下燈泡的容積。于是，阿普頓便拿起燈泡開始測算，他先測量燈泡的直徑和高度，然后進行計算。但是，由于燈泡的形狀很不規則，有像球形的地方，又有不像球形而像圓柱體之處，可是那里又不完全像圓柱體，測算起來十分繁瑣而復雜。此時，只見阿普頓桌子上擺滿他畫的草圖和多張白紙上寫著密密麻麻的數據和計算公式，其結果還是沒有算出來。阿普頓忙活了好一陣子，急得滿頭大汗，話也說不出來，„„。 愛迪生做完了自己的工作后，走到阿普頓跟前一看，觀察和沉思了一會后，笑著說：“阿普頓，你是否可以換用另一種方法計算呢？”接著，愛迪生取來一杯水，給阿普頓剛才反復測算的玻璃燈泡里注滿水，然后再把水倒入量筒，幾秒鐘就測量出水的體積，當然也就是玻璃燈泡的容積了。 （提問）同學們說這是什么原理？體積守恒
這兩個小故事都用到了守恒，其實守恒很常見，那么追尋守恒量有必要嗎？？？諾貝爾物理學獎獲得者勞厄說：物理學的任務是發現普遍的自然規律。因為這樣的規律的最簡單的形式之一表現為某種物理量的不變性，所以對于守恒量的尋求不僅是合理的，而且也是極為重要的研究方向。
阿普頓用常規的辦法怎么也算不出來的結果，愛迪生非常快速巧妙的解決了，正是遵循了這種研究方向和思想，可見遵循守恒律是多么的重要。
守恒其實一直伴隨著我們的成長，幼兒園學習數的守恒，小學學習體積守恒，初中質量守恒那么高中我們則要學習比較抽象的能量守恒。
新課教學：從本章開始，我們研究力學中另外一個重要的物理量：能量，以及它所遵守的規律。大家知道，牛頓是經典力學的奠基人，他提出了三個定律和萬有引力定律，但是他沒有研究過能量（至少沒有深入研究），課本上有一句話：“„能量‟是牛頓沒有留給我們的少數力學概念之一”能量是一個最為抽象的概念-------費恩曼 下面用演示實驗來研究能量守恒的事實
1單擺實驗：小球拉離平衡位置后釋放就開始來回擺動，現在請一位同學來配合完成，將小球拉到鼻尖的位置釋放，要求這位同學不動，其他同學注意觀察，同學非常淡定，小球在擺回來的時候是否能撞到鼻尖，哎，絕對不能，其實小球好像人一樣有記憶力，記得自己的初始位置。
2滾擺實驗，將擺球卷到某一高度然后釋放，擺球轉動的同時上下往復運動，特別像咱們同學玩的悠悠球，也好像記得自己的初始高度。
這一事實的發現并不是牛頓之后才出現的，早在伽利略時代，能量及其守恒思想就已經出現。著名的一、伽利略理想斜面實驗（板書）同學們還記得嗎？他是為了研究力和運動的關系而引人的，兩個光滑斜面對接，讓小球沿一個斜面從靜止開始滾下，小球將滾上另一個斜面，如果空氣阻力也忽略，小球將上升到原來的高度。改變第二個斜面的傾角，那么小球將走的更遠去找與釋放點相同的高度，如果第二個斜面水平，那么小球為了找到相同的高度將一直運動下去，得出結論：運動不需要力來維持。
在研究力和運動關系的過程中，同學們是否注意到一個重要事實，就是小球每次都想且能夠找到與釋放點相同的高度，小球也像人一樣有“記憶力”能夠“記得”自己起始的高度； 以上實驗中都能說明小球“記得”自己的初始高度這個事實，那么我們從理論上應用力和運動的關系來分析，看看能不能用我們學過的知識證明這兩個高度一定相同？（在課本上寫出簡單的理論推導） 在A斜面上（受什么力，做什么運動）：a＝gsinα h/sinα＝v2/2a
在B斜面上（受什么力，做什么運動）：a‟＝－gsin β h‟/sinβ=（0－v2）/2a‟ ∴h‟＝h
“記憶力、記得”并不是物理學的語言，但這是伽利略的一個“靈感”，正是這種靈感的指引，才突出初末兩個狀態的比較，其結果高度相同與運動時間、路徑、斜面傾角無關。從直觀看是初末狀態的高度不變，但過程中高度是變化的，依據守恒思想的研究思路，并不是高度守恒，那么實質蘊含了另外的一個不變的物理量，下面分析這個不變的量到底是什么？
在A斜面上由出發點下降時小球做加速運動，速度增加，①速度與初中學過的哪種能量相對應----動能，速度增加動能增加；同時高度降低，②高度與初中哪個能量相對應-----勢能，高度降低勢能減小。在斜面B上上升時小球做減速運動，③速度與哪個能量相對應---動能，速度減小動能減小；同時高度升高，④重力勢能增大。⑤為什么能上升到相同高度？是什么不變-----在小球運動過程中動能和勢能的總和機械能不變，或者說機械能守恒。
如果斜面不光滑，小球還能上升到原來的高度嗎？---不能，為什么不能？有摩擦力做功，有內能產生，所以機械能減少，有守恒的信念引導著，一定有一個量不變，思考如果將機械能和內能加在一起，總的能量肯定是守恒的，
光滑斜面，機械能守恒，粗糙斜面總能量守恒，機械能是能量的一種，因此說不管什么樣的情景，在運動過程中能的總量保持不變。即能量總是守恒的，這個表示空間狀態的不變量稱之為能量。（板書）
能量的提出并不是一帆風順水到渠成的，，其實很難給能的概念下一個簡單的一般定義，荷蘭物理學家H·A·克拉默說過：“在物理科學中，最重要和最富有的成果的是那些不可能給予確切意義的概念．”
下面同學們通過屏幕來了解“能量”概念的發展史 1. 伽利略對擺的論證——為后人認識機械能守恒開辟一途徑。
2. 萊布尼茲提出的物體運動的量與物體速度平方成正比被科里奧利稱為“活力”
3. 英國物理學家楊（T.Young）(在光的干涉方面作出貢獻)將 mv2/2 稱作能量。
4. 熱學中永動機不可能實現的確認和各種物理現象之間的普遍聯系的發現，導致了能量守恒定律的最終確立。
機械運動中常見的幾種能量有
二、能量
1、相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫做勢能（potential energy）。中學階段主要學習重力勢能和彈性勢能提問：自然界中勢能處處存在，同學們舉出相應的實例來體悟能量。
（被舉高的杠鈴，被彈高的人，被捏癟的球）
2、物體由于運動而具有的能量叫做動能（kinetic energy）。為什么快速運動的物體能造成這么大的破壞呢？提問：自然界中動能也處處存在，同學們舉出相應的實例來體悟能量。
（運動的足球、奔馳的汽車，運行的火箭） 3、機械能（mechanical energy）: 動能與勢能的總和
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自然界存在各種不同形式的能量——機械能(動能和勢能)、內能、電能、化學能、核能等等，各種不同形式的能量可以相互轉化，在轉化過程中遵從能量守恒這個基本原理，沖浪這種極限運動為什么能在浪谷中翻飛，一浪緊沖一浪？沖浪板是利用勢能與動能之間的轉換而運動的.沖浪板處于浪峰時勢能最大.沖向浪谷時勢能轉換為動能, 利用慣性緊接著就能再沖上第二個浪尖，腳踩一塊沖浪板（長1.5-2.7米，寬0.6米，厚0.1米）能在海浪上馳騁。
諾貝爾物理學獎獲得者費恩曼說：“有一個事實，如果你愿意，也可以說一條定律，支配著至今所知的一切自然現象„„這條定律稱做能量守恒定律。它指出某一個量，我們把它稱為能量，在自然界經歷的多種多樣的變化中它不變化。那是一個最抽象的概念„„ 理想斜面試驗和單擺有共同之處“能量的觀點”描述單擺實驗 小球由最高點運動到達最低點時，能量怎樣變化？
小球高度降低的同時，速度在增加，也就是勢能減小，動能增加，小球到達最低點時高度為零，勢能消失，那么勢能去哪里了呢？全部轉化為動能，速度最大，在下落過程中勢能轉化為動能。
小球由最低點沿斜面B 運動到達最高點時，能量怎樣變化？
速度在減小的同時，高度在升高。也就是動能減小勢能增加，小球到達最高點時速度為零，動能消失，那么動能去哪里了呢？全部轉化為勢能，在能量轉化過程中能量總量保持不變，因此小球總是上升到同一高度。不會高一點也不會低一點，所以演示實驗中撞不到鼻尖。
其實我們之前學過的物理情景，不僅涉及力和運動關系，同時蘊含能量轉換和守恒的思想，下面我們用能量觀點解釋我們平時做題經常出現的物理情景。
以斜上拋的小球為例說明小球的勢能和動能的轉化情況．這個例子中是否存在著能的總量保持不變？
斜上拋運動的小球，首先由動能轉化為勢能，達到最高點時，動能為最小，勢能最大，在下落時，勢能逐漸減小，動能逐漸增大，勢能又轉化為動能．在小球運動的過程中，小球的機械能總量保持不變．
自然界中不僅動能勢能之間相互轉化，各種形式能無處不在，各種能量之間也是不停的轉移和轉化，其總量使保持不變的。我們會發現自然規律會顯得那么的和諧統一。
三、追尋能量轉化與守恒思想的意義（板書）
1.
普遍性自然界的一切過程都必須滿足能量守恒，如中午食堂吃完飯下午體育課
能跑800，但是能不能因為跑800就飽飽的，不用吃晚飯了呢？不會，那是因為滿足能量守恒定律的過程不一定都能實現。所以食堂才有提示：吃多少打多少，節約能源是必須的，同時還要開發新能源。
同學們每天都要觀看新聞，5月18日，新聞報道，我國在南海北部神狐海域可燃冰試開采成功，標志著中國在全球第一個實現了在海域可燃冰試開采中獲得穩定連續產能的國家，可燃冰的學名為“天然氣水合物”，是一種高效清潔，儲量巨大的新的能源。是天然氣和水在高壓低溫條件下形成的類冰狀的結晶化合物，可直接點燃，可燃冰就像變形金剛當中機器人爭奪的能量塊，占用體積小蘊含能量卻不可估量，燃燒后幾乎不產生任何殘渣和廢氣，是綠色清潔的戰略能源。
2. 能量的轉化與守恒是自然界普遍存在的現象，由此你想到了什么？或說你意識到什么？
提醒：（赫茲證明電磁波存在以后，很快有人發明了電報）氣象預報說：“近年夏天會持續高溫，而且干旱……”企業的老板聽了會想到什么：空調會熱銷，發財的機會來了。自然規律的發現能發揮它的使用價值并提升經濟效益：如果咱們掌握了守恒的規律，就可以用它來解決力學問題，看到了新工具，就要琢磨怎樣應用它，就是創新。
例如滾擺，運動過程比較復雜，既有平動又有轉動，若想求某一位置的速度，同學們想一想用什么思想?從力和運動分析不適合，若能用能量的觀點則非常簡潔。因此能量2.開辟一種新的簡單的解決問題的途徑。
其實我們在解決力學問題時，往往習慣于運用牛頓運動定律和運動學知識解決，以為這樣具體可信，通過本節課的學習使我們認識到能量概念的重要性，我們又知道能量可以轉化且總量保持不變，只要分析對比兩個狀態的能量即可，不必注重細致的過程推導，同學們會發現從能量的觀點來分析和解決，能夠更好的處理復雜運動，是一種新的簡單的解決問題的途徑。因此從本章起同學們應注意培養自己從能量的觀點分析、解決問題的能力.
課后探究：各種形式的能量無處不在，各種能量之間是如何相互轉化的？
提醒：（長度可以用尺子——多少米來量度，質量可以天平——多少千克來來量度，那么能量用什么來量度？）
知識梳理 （由學生進行）
一、伽利略斜面實驗表明
“有某一量是守恒的”，這個量叫做能量。 二、能量
1、勢能：相互作用的物體憑借其位置而具有的能量。
2、動能：物體由于運動而具有的能量。 三、“追尋守恒量”的意義 1、普遍性
2、解題方法：開辟一種新的簡單的解決問題的途徑。 課堂總結：
同學們可以延伸到人文科學中的守恒：塞翁失馬焉知非福有得必有失有失必有得 這也是哲學原理：在變化中尋求不變，在不變中尋找變化能量轉化的原因就是我們課后探究中的內容，也就是我們下節課要研究的問題。
練習題
例1. 關于伽利略的斜面實驗,以下說法正確的是 （BCD） A.無論斜面是否光滑,小球滾上的高度一定與釋放的高度相同. B.實際上,小球滾上的高度會比釋放的高度要小一些.
C.只有在斜面絕對光滑的理想條件下,小球滾上的高度才與釋放的高度相同. D.伽利略的斜面理想實驗反映了在小球的運動過程中存在某個守恒量 2.關于能量轉化的說法中正確的是（）
A.舉重運動員把重物舉起來，體內的一部分化學能轉化為重力勢能 B.電流通過電阻絲使電能轉化為內能 C.內燃機的做功沖程是內能轉化為動能 D.煤炭燃燒的過程中能量不守恒
3、“神州”六號飛船進入太空后，首先在一個橢圓軌道上平穩運行，它在橢圓軌道上運動過程中，動能和勢能如何變化？動能和勢能的總和（機械能）如何變化？
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