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7.1追寻守恒量【学习目标】1．了解守恒思想的重要性。2．知道能量概念的形成过程。3．知道动能和势能的概念，了解势能和动能的决定因素。4．知道势能和动能可以相互转化，且在转化过程中能量守恒。【学习重点】在动能和势能转化的过程中体会能量守恒。【知识要点】1．寻找规律的基本步骤(1)观察和实验观察自然现象和实验现象是物理学研究的基本方法，伽利略通过对小球运动现象的观察和分析（如图），得到牛顿第一定律的基本内容：“如果斜面是光滑的，小球将一直沿水平直线运动下去。”同时得到：“无论斜面B比斜面A陡些或缓些，小球总会在斜面上的某点停下来，这点距斜面低端的竖直高度与它出发时的高度相同”的观察结论。(2)推理和概括通过对观察结论的分析和概括，抓住主要矛盾，忽略次要因素或干扰因素，抽象出物理的本质（规律性的东西），完成由感性向理性的上升。如图所示实验，如果忽略摩擦力这个干扰因素，可推断出此过程中隐含这某种守恒量，此守恒量就是初中物理中接触过的机械能（即动能和势能的总和）。2．关于“能量”的概念能量是一个抽象的物理概念，是物理学中研究问题的“工具”，书本并没有对能量下严格的定义，而是将“记得”说成是一个守恒量，这个守恒量叫做能量。其原因是在本节教材中无法对能量下严格的定义，因此在此不要去追求能量的严格定义，随着学习的深入会逐步得到准确的定义，但应该看到物理学中的守恒量有着十分重要的功能。3．势能(1)物体凭借其_________而具有的能量叫做势能（Poctentialenergy）(2)正确理解势能的概念，必须理解位置的概念，物体（看作质点）所处的位置是一个空间点，在一维空间（数轴）上用（x）表示，在二维空间（平面直角坐标系）中用（x、y）表示；在三维空间中用（x、y、z）表示。本处不讨论势能的大小到底有哪些因素决定，仅要知道势能与位置有关，当位置改变时，势能也随之改变。(3)势能和动能可以相互转化，在这种转化时，势能减少的同时，__________在增加，势能增加的同时，_________在减少。4．动能(1)物体由于_________而具有的能量叫做动能（Kineticenergy）。(2)正确理解动能的概念，必须理解运动的相对性，即前面学过的参考系问题，由于牛顿力学仅适用于________参考系，因此本处运动的参考系也是指____________，没有特殊说明，一般指地面参考系。本处不讨论动能到底由什么因素决定，但要知道当物体的速度大小发生变化时，物体的动能也将发生变化。(3)动能可以和势能发生转化，在这种转化过程中，动能减少同时，__________在增加，动能增加的同时，_________在减少.【问题探究】【问题1】小球从光滑的斜面Ａ上从高为h1处由静止滚下，滚上另一光滑的斜面Ｂ，速度变为零时的高度为h２，h1和h２的大小关系怎样？如果减小斜面的倾角呢？通过分析你有什么发现？结论：h1和h２的大小相等，减小斜面的倾角，大小仍然相等。可推断出此过程中隐含这某种守恒量，此守恒量就是初中物理中接触过的机械能（即动能和势能的总和）。【问题2】如果不采用能量的概念，用我们以前的语言能否解释这个实验？这种描述具有什么局限？结论：可以，但以前的语言不规范，不准确。【问题3】小球从斜面A的某一高度由静止滚下，并运动到斜面B的同一高度，在这个过程中小球的速度和高度是如何变化的？结论：速度增加，高度减小；速度减小，高度增大。【问题4】如右图所示，是一个车站的地理位置示意图，它在建设时利用了一些物理知识，试解释这样建设有什么好处？结论：这样的设计，在火车进站时，使它的动能转化为势能，速度减小，最后停下来；在火车离开车站时，它的势能就转化为动能，速度增加，起到了节约能源的作用。【典型例题】［例1］以竖直上抛的小球为例说明小球的势能和动能的转化情况。在这个例子中是否存在着能的总量保持不变？【解析】竖直上抛运动的小球，首先由动能转化为势能，达到最高点时，动能为零，势能达到最大，在下落时，势能逐渐减小，动能逐渐增大，势能又转化为动能。在小球运动过程中，小球的机械能总量保持不变。［例2］如图所示，河道中的水在稳恒地流淌（各处的水流速度不随时间改变），设截面A1B1的面积为S1，流速与截面垂直，速度为V1；截面A2B2的面积为S2，速度为V2，通过观察和分析，本题中位于A1B1A2B2区域中的水的体积是否为一个守恒量？若是的话，你可以推断出S1、S2、V1、V2满足什么规律？车车站站【解析】由于水不可压缩，单位时间内流入A1B1的水的体积应等于流出A2B2面的体积，因此位于A1B1A2B2区域中的水的体积是一个守恒量。考察很短的时间Δt，流入A1B1的水的体积为ΔV1=S1V1Δt，流出A2B2面的的水的体积ΔV2=S2V2Δt，所以S1V1=S2V2，截面积越小的地方，水的流速越大。【说明】截面积和流速的乘积称为流量（单位时间内流过截面的液体的体积，单位为m3/s），通常用Q表示，即Q=SV。如果各处的流量不等，则水位就升高或降低，为非稳恒流动。【规律总结】1．能量：能量是一个守恒量，但它有不同的表现形式2．势能：有重力势能与弹性势能之分，其大小与物体所处高度或弹簧的形变量有关3．动能：物体由于运动而具有的能量4．动能和势能可以相互转化，而总的能旦保持不变．5．机械能可以和其他形式的能相互转化，而总能量保持不变【当堂反馈】1、诺贝尔物理奖获得者费恩曼曾说：有一个事实，如果你愿意也可以说是一条定律，支配着至今所知的一切现象……这条定律就是（）A、牛顿第一定律B、牛顿第二定律C、牛顿第三定律D、能量守恒定律2、下列说法正确的是（）A．“力”这个最抽象的概念，是物理学中最重要、意义最深远的概念B．“能量”这个最抽象的概念，是物理学中最重要、意义最深远的概念C．“力”是牛顿没有留给我们的少数力学概念之一D．“能量”是牛顿没有留给我们的少数力学概念之一3．在图所示的伽利略的斜面理想实验中（斜面光滑），以下说法正确的是()A．小球从A到B运动的过程动能保持不变B．小球从A到B运动的过程势能减少C．只有小球从B到C运动的过程中动能和势能的总和不变D．小球在斜面CD上运动的最大距离等于AB图5-1CDBA【参考答案】1、D2、B3、B【反思】收获疑问【阅读资料】太阳能的储存一直是个难题.科学家发现,盐水湖被太阳晒久了,湖底的湿度会越来越高,并难以通过湖水的对流将热散发出去，而淡水湖不具备这一特点.根据这一特点,可以利用盐水湖来储存太阳能.你能分析这是为什么吗?你能根据这规律设计出一种储存太阳能的具体方案吗？解答:在含盐量高的湖水的表面吸收了太阳能之后,部分水分被蒸发,使湖水表面水层含盐量变大且温度也随之升高.由于含盐量高的湖水密度大,所以这部分密度大、温度高的表层湖水就会在重力作用下下沉,将所吸收的郜分太阳能带到湖底,使湖底温度越来越高.由于湖底盐水密度大于上部湖水密度,因此湖底的盐水不会再向上运动,将热量散失,这就使得太阳能得到储存.建造一个具有一定深度的浓度足够高的盐水池,使其具有很好的保温性能,并且在水池底部安热传导装置,就可以实现利用盐水储存太阳能并且利用这部分储存的太阳能为生产生服务.