【連載】物理：人教版-高中 必修2-追尋守恒量——能量 教學(xué)設(shè)計(jì) 教案

導(dǎo)入新課

從本章開(kāi)始，我們研究力學(xué)中另外一個(gè)重要的物理量：能量，以及它所遵守的規(guī)律。大家知道，牛頓是經(jīng)典力學(xué)的奠基人，他提出了三個(gè)定律和萬(wàn)有引力定律，但是他沒(méi)有研究過(guò)能量（至少?zèng)]有深入研究），課本上有一句話：“‘能量’是牛頓沒(méi)有留給我們的少數(shù)力學(xué)概念之一”至于力學(xué)中還有哪些概念牛頓也沒(méi)有研究過(guò)，有興趣的同學(xué)可以自己查找資料。但是能量這一概念并不是牛頓之后才出現(xiàn)的，在伽利略時(shí)代，能量及其守恒思想就已經(jīng)出現(xiàn)。

理想斜面實(shí)驗(yàn)是誰(shuí)“做”的？為了說(shuō)明什么問(wèn)題？怎樣“做”的？（伽利略“做”的；為了研究力和運(yùn)動(dòng)的關(guān)系，證明運(yùn)動(dòng)不需要力來(lái)維持）

讓小球沿一個(gè)斜面從靜止開(kāi)始滾下，小球?qū)L上另一個(gè)斜面，如果沒(méi)有摩擦，小球?qū)⑸仙皆瓉?lái)的高度。減小后一斜面的傾角，小球在這個(gè)斜面上仍達(dá)到同一高度，但這時(shí)他要滾得遠(yuǎn)些。繼續(xù)減小后一斜面的傾角，小球達(dá)到同一高度，但滾得更遠(yuǎn)些，若將后一斜面放平，由于球永遠(yuǎn)達(dá)不到原來(lái)的高度，所以將永遠(yuǎn)滾動(dòng)下去。

伽利略在分析理想斜面實(shí)驗(yàn)時(shí)，除了得出：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）。

1、對(duì)理想斜面實(shí)驗(yàn)的初步分析

提問(wèn)1：猜一猜他看出的轉(zhuǎn)化的事實(shí)是什么？（高度與速度，還要具體說(shuō)一下，如下滑時(shí)高度轉(zhuǎn)化為速度等，若有人直接說(shuō)出勢(shì)能與動(dòng)能，則指出伽利略時(shí)代還沒(méi)有這兩個(gè)概念）

提問(wèn)2：猜一猜他看出的守恒的事實(shí)是什么？（一個(gè)與高度有關(guān)的量和一個(gè)與速度有關(guān)的量之和守恒，若回答出勢(shì)能、動(dòng)能之和守恒，引導(dǎo)同上，若回答出高度與速度之和守恒，引導(dǎo)出這是描述物體運(yùn)動(dòng)的兩個(gè)不同概念，單位都不一樣，無(wú)法相加）

提問(wèn)3：假設(shè)你是伽利略，而且掌握了牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，能不能從理論上證明出與高度有關(guān)的量和與速度有關(guān)的量之和守恒？（提醒：把h0、h、v放在一個(gè)公式中，分析從P點(diǎn)釋放到Q點(diǎn)過(guò)程中已知四個(gè)量，而學(xué)過(guò)的運(yùn)動(dòng)學(xué)公式中每個(gè)公式都有四個(gè)量）

總結(jié)1：伽利略對(duì)理想斜面實(shí)驗(yàn)的分析：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。

2、給出動(dòng)能與勢(shì)能的概念，體會(huì)動(dòng)能與勢(shì)能轉(zhuǎn)化并守恒的普遍存在性。

伽利略的發(fā)現(xiàn)在今天看來(lái)就是我們初中學(xué)過(guò)的能量轉(zhuǎn)換與守恒的思想。其中與高度有關(guān)的量我們現(xiàn)在叫它勢(shì)能；與速度有關(guān)的量我們現(xiàn)在叫它動(dòng)能。動(dòng)能與勢(shì)能的概念，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)。

提問(wèn)4：動(dòng)能與勢(shì)能相互轉(zhuǎn)化，但轉(zhuǎn)化過(guò)程中總能量守恒的物理過(guò)程肯定有很多，只是你沒(méi)有特意注意，現(xiàn)在在大腦中搜索一下，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？

重點(diǎn)列舉兩個(gè)：

（1）視頻：游樂(lè)場(chǎng)中的海盜船和秋千。雙線擺演示（老師給出雙線擺這個(gè)名字）；并演示證明左右最高點(diǎn)一樣高，若時(shí)間允許可以讓學(xué)生探究如何用這些器材證明左右一樣高（提醒證明方法不唯一）。最后采用底部放置直尺，左右擺開(kāi)的最大距離相等）

（2）視頻：滾擺。悠悠球演示

提問(wèn)5：課本開(kāi)頭給出了費(fèi)恩曼的一段話，（老師閱讀），費(fèi)恩曼是何許人，也同學(xué)們課下自己去了解，他的這段話的意思是自然界的一切現(xiàn)象都受能量的轉(zhuǎn)化與守恒定律支配，回憶初中所學(xué)知識(shí)，除了動(dòng)能和勢(shì)能外，還學(xué)過(guò)哪些能量？列舉出它們可以相互轉(zhuǎn)化且總能量可能守恒的實(shí)例？如電能轉(zhuǎn)化為光能等。

總結(jié)2：

（2）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。

（3）能量的轉(zhuǎn)化與守恒是自然界普遍存在的現(xiàn)象。

3、體會(huì)追尋能量轉(zhuǎn)化與守恒思想的意義。

能量的轉(zhuǎn)化與守恒是自然界普遍存在的現(xiàn)象，由此你想到了什么？或說(shuō)你意識(shí)到什么？

提醒：（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。

總結(jié)3：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。

一、伽利略斜面實(shí)驗(yàn)表明

“有某一量是守恒的”，這個(gè)量叫做能量。

二、能量

  1、勢(shì)能：相互作用的物體憑借其位置而具有的能量。

  2、動(dòng)能：物體由于運(yùn)動(dòng)而具有的能量。

三、“追尋守恒量”的意義

1、可行性：物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中存在守恒量。

2、重要性：物質(zhì)在運(yùn)動(dòng)變化過(guò)程中都要滿足一定的守恒定律。

第1節(jié)   追尋守恒量

（1）伽利略對(duì)理想斜面實(shí)驗(yàn)的分析：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。

（3）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

（4）能量的轉(zhuǎn)化與守恒是自然界普遍存在的現(xiàn)象。

（5）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。

（6）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。