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第七章机械能守恒定律1.追寻守恒量——能量1.领悟伽利略理想斜面实验中能量的转化和守恒的事实。2.理解能量这个物理量及动能、势能的物理意义。3.能独立分析伽利略理想斜面实验的能量转化和守恒关系。4.能够列举出不同形式的能量可以互相转化并可能守恒的实例。一二一、能量的概念1.诺贝尔物理学奖获得者费恩曼曾说过: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自然现象……这条定律就是能量守恒定律。2.伽利略在斜面小球实验中(如图所示),发现一个启发性的事实:无论斜面B比斜面A陡或缓,小球的速度总会在斜面上的某点变为零,这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度相同。在物理学中,我们把这一事实说成是“某个量是守恒的”,并且把这个量叫作能量或能。一二二、动能和势能1.相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫作势能;物体由于运动而具有的能量叫作动能。2.物体由高处向低处运动的过程中,它的势能在不断减少,而它的动能在不断增加,这里体现了一种动能和势能之间的相互转化。一二一、如何理解物体的势能与动能相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫作势能。一般情况下依据物体的位置进行判断。对于某一物体,物体的位置升高时,物体的势能也就增大;物体的位置降低时,物体的势能也就减小;物体的高度不变时,物体的势能也就不变。物体由于运动而具有的能量叫作动能。一般情况下依据物体的速度进行判断。对于某一物体,物体的速度增大时,物体的动能也就增大;物体的速度减小时,物体的动能也就减小;物体的速度不变时,物体的动能也就不变。一二二、怎样理解伽利略斜面实验本实验是物理学史上的著名实验,对实验要会描述看到的现象,提出问题,并设法去解决问题。1.观察到的现象:(1)小球滚下斜面A,速度越来越大。(2)滚上另一斜面B,速度越来越小。(3)无论斜面B比斜面A陡些或缓些,小球最后总会在B上的某点停下,这点距斜面底端的竖直高度与它出发时的高度相同。2.提出问题:(1)在B上某点停下时的高度与出发时高度相同,好像“记得”自己的起始高度,怎样解释?(2)怎样解释下坡时速度越来越大?(3)怎样解释上坡时速度越来越小?一二3.建立能量概念、能量守恒思想,解决上面提出的问题:(1)势能:把小球从桌面上升高到起始点高度时,小球被赋予一种形式的能量——势能,也可以说,相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫势能。(2)动能:小球释放后开始运动获得速度;到达桌面上,它在初始位置具有的势能已不存在,可理解为势能并未丢失,而是转化为另一种形式的能量——动能,可以说,物体由于运动而具有的能量叫动能。(3)能量守恒:小球继续沿斜面B升高,速度减小,不断失去动能,但高度在增加,势能不断被“回收”,最后小球静止时,全部动能转化为势能,小球相对桌面的高度又达到它起始时的高度。利用动能、势能的相互转化及总能量守恒就可以解决提出的问题了。温馨提示伽利略斜面实验为理想实验,如果空气阻力和斜面的摩擦力小到可以忽略,小球必将准确地上升到同它开始点相同的高度。类型一类型二类型一对伽利略斜面实验的理解【例题1】关于伽利略的理想实验,有下列实验和推论:(1)减小第二个斜面的倾角,小球在这个斜面上仍然要达到原来的高度(2)两个对接的斜面,让静止的小球沿一个斜面滚下,小球将滚上另一个斜面(3)如果没有摩擦,小球将上升到原来的高度(4)继续减小第二个斜面的倾角到零,小球将沿水平面做持续的匀速运动上述的设想步骤中有一个是实验事实,其他是理想化的推论,事实是,推论是。类型一类型二解析:题中设想步骤里,只有(2)是可以实际观察到的,而其他步骤只是在实验事实基础上的合理推论,实际实验中只能接近,不能实现。答案:(2)(1)(3)(4)题后反思伽利略的理想实验为能量概念的建立和能量守恒定律的发现奠定了良好的基础,这也正是这一实验的重大意义所在。类型一类型二类型二对能量转化和守恒的理解【例题2】(多选)在下列事例中,属于动能和势能相互转化,且动能和势能的总和保持不变的有()A.游乐园中的海盗船,如果没有摩擦和空气阻力,船在摇摆过程中的运动B.在不计空气阻力的情况下,将一小球竖直上抛,小球在抛出到落回抛出点过程中的运动C.物体以一定的初速度沿粗糙的固定斜面上滑而达到一定的高度D.自行车从斜坡顶端由静止滑下类型一类型二解析:在没有摩擦和空气阻力的条件下,海盗船在摆动时势能和动能相互转化,每次摇摆都能达到相同的高度,总能量保持不变;在不计空气阻力的条件下,小球竖直上抛又落回抛出点的运动是动能转化为势能、势能又转化为动能的过程,总能量保持不变;物体沿粗糙斜面运动和自行车沿斜坡下滑,是动能和势能的相互转化的过程,但因为摩擦,物体的动能和势能的总和减小。答案:AB题后反思不同形式的能量是可以相互转化的,一种形式的能量减少,其他形式的能量必然增加。如果存在摩擦或空气阻力时,动能和势能的总和不再保持不变,会转化为其他形式的能量。