歡迎進(jìn)入物理課堂 情景切入自然界存在各種不同形式的能量 機(jī)械能 動能和勢能 內(nèi)能 電能 化學(xué)能 核能等等 各種不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化 在轉(zhuǎn)化過程中遵從能量守恒這個基本原理 如圖 這一章我們將探究動能 勢能及其相互轉(zhuǎn)化的規(guī)律 知識導(dǎo)航前面我們學(xué)習(xí)了運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)知識來解決力學(xué)問題的方法 本章引入了功和能 動能 勢能 等重要物理量和動能定理 機(jī)械能守恒定律等重要規(guī)律 為我們解決力學(xué)問題開辟了新的途徑 功和能的概念是物理學(xué)中的重要概念 能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界最基本的客觀規(guī)律 功和能的轉(zhuǎn)化關(guān)系不僅為解決力學(xué)問題開辟了一條重要途徑 能量觀點 同時它也是分析解決電磁學(xué) 熱學(xué)等領(lǐng)域中問題的重要依據(jù) 因此本章內(nèi)容在整個物理學(xué)中占有重要地位 本章第1節(jié)追尋守恒量 既展示了能量概念的發(fā)展過程 又介紹了科學(xué)研究和發(fā)展的一個重要方向 第2 3節(jié)主要學(xué)習(xí)做功多少 做功快慢的決定性因素及應(yīng)用 第4 5節(jié)通過重力做功的討論得出重力勢能的概念并進(jìn)一步探究彈性勢能的決定性因素 第6 7節(jié)探究 學(xué)習(xí)動能及動能定理 第8 9 10節(jié)學(xué)習(xí) 驗證機(jī)械能守恒定律 并拓展到能量守恒定律 本章的重點是功 功率 動能 勢能的概念及其動能定理 機(jī)械能守恒定律兩個重要規(guī)律 難點是動能定理和機(jī)械能守恒定律在各種不同情況下的具體應(yīng)用 學(xué)法指導(dǎo)1 科學(xué)探究是物理學(xué)中的重要研究手段 在本章的學(xué)習(xí)中同學(xué)們應(yīng)結(jié)合教材中的探究內(nèi)容 通過親自動手做實驗體驗探究過程的曲折和樂趣 提高探究過程中的學(xué)習(xí)質(zhì)量 增強(qiáng)對科學(xué)探究的理解 逐步提高自己科學(xué)探究的能力 2 逐步加深理解功和能的概念及功能關(guān)系 是學(xué)習(xí)本章教材的基本線索 做功的過程是能量轉(zhuǎn)化的過程 不同形式能量之間的轉(zhuǎn)化只有通過做功才能實現(xiàn) 動能和重力勢能的定量表達(dá)式就是按照這一思路通過探究來確定的 同學(xué)們?nèi)绻軌蚪Y(jié)合具體問題逐步理解這一線索 不但有助于把這一章知識融會貫通 而且有助于同學(xué)們今后從能量的角度學(xué)習(xí)其他部分知識 3 解決力學(xué)問題 同學(xué)們往往習(xí)慣于運(yùn)用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)知識解決 以為這樣具體可信 而不習(xí)慣于從能量的觀點和守恒的思想來分析 但是從本章學(xué)習(xí)過能量之后同學(xué)們會發(fā)現(xiàn)從能量的觀點來分析和解決 往往會給力學(xué)問題的解決帶來很大的方便 因此從本章起同學(xué)們應(yīng)注意培養(yǎng)自己從能量的觀點分析 解決問題的能力 蕩秋千是一種常見的娛樂活動 見下圖 如果空氣阻力和秋千各部分的摩擦力可以忽略 秋千就會不停地擺動下去 這說明秋千在運(yùn)動過程當(dāng)中有一個保持不變的 東西 你認(rèn)為這個 東西 是什么 1 如下圖所示 若不計摩擦阻力 小球從斜面A某一高度滾下 無論斜面B比斜面A陡些或緩些 小球總會 該點高度與它出發(fā)時的 在物理學(xué)中 把這一事實說成是 并且把這個量叫做 簡稱 2 如下圖所示 相互作用的物體憑借其 而具有的能量叫做 3 如下圖所示物體由于 而具有的能量叫做 答案 1 在B斜面的某點停下來高度相同有某一量是守恒的能量能2 位置勢能3 運(yùn)動動能 1 一個物體如果具備了對外做功的本領(lǐng)我們就說這個物體具有能量 2 能量是個狀態(tài)量 是標(biāo)量 和物體的某一狀態(tài)對應(yīng) 1 由物體間的相互作用力和物體間的相對位置決定的能量叫做勢能 如 重力勢能 彈性勢能 分子勢能 電勢能等 2 勢能是能量的一種具體形式 是標(biāo)量 1 物體由于運(yùn)動而具有的能量叫動能 如 流動的水 如下圖甲所示 吹來的風(fēng)即流動的空氣 如下圖乙所示 運(yùn)轉(zhuǎn)的天體 繞原子核旋轉(zhuǎn)的電子等都具有動能 2 動能與物體的質(zhì)量和速度有著密切的聯(lián)系 3 和物體運(yùn)動過程中某一狀態(tài)相對應(yīng) 是標(biāo)量 并且總為正值 4 一切運(yùn)動物體都具有動能 大到天體小到微觀粒子 古代戰(zhàn)爭中常用滾木和檑石作為武器來阻止敵人的進(jìn)攻 你能用所學(xué)的知識說明其中的科學(xué)道理嗎 這種戰(zhàn)術(shù)適用于哪種情況 怎樣才能使殺傷力更大 為什么 答案 滾木和檑石的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 利用其動能來殺傷敵人 這種戰(zhàn)術(shù)適用于據(jù)高防守 提高其高度 增大其質(zhì)量才有更大的殺傷力 動能越大 作用效果越強(qiáng) 1 自然界在千變?nèi)f化的過程中 存在著一些守恒量 它是自然界在變化過程中隱藏于現(xiàn)象中的一個反映其本質(zhì)的物理量 2 尋找守恒量必須講究科學(xué)的方法 如觀察此消彼長的物理量 研究其相互的關(guān)系 科學(xué)構(gòu)思巧妙的實驗 精確地論證推理和計算等 3 尋找守恒量需要大量富有創(chuàng)造性地艱苦細(xì)致的工作和堅韌不拔的毅力及持之以恒的精神 在伽利略實驗中 如果空氣阻力和摩擦阻力不能忽略 人們要尋找的守恒量還存在嗎 如圖所示 解析 通過實驗不難發(fā)現(xiàn) 在伽利略實驗中有空氣阻力的情況下 小球滾上B斜面高度減小了 因此與物體上升的高度對應(yīng)的重力勢能減小了 能量看起來不再守恒 由此引發(fā)兩方面的思考 其一 物體系統(tǒng)減少的能量哪兒去了 是消失了嗎 其二 如果沒有消失 它轉(zhuǎn)化為哪種形式出現(xiàn) 球減少的重力勢能是否等量地以另一種形式出現(xiàn) 若球減少的重力勢能以另外的形式等量出現(xiàn) 則能量仍是守恒的 聯(lián)系所學(xué)過的知識和生活中的經(jīng)驗知道 球在運(yùn)動過程中有摩擦便會產(chǎn)生熱 與物體的高度 速率對應(yīng)的機(jī)械能有一部分轉(zhuǎn)化為大量分子組成的系統(tǒng)的熱運(yùn)動 設(shè)計精確的實驗 收集測量這部分熱能 便可以驗證守恒量的存在 伽利略的斜面實驗反映了一個重要的事實 如果空氣阻力和摩擦力小到可以忽略 小球必將準(zhǔn)確地終止于同它開始點相同高度的點 決不會更高一點 也不會更低一點 這說明 小球在運(yùn)動過程中有一個 東西 是不變的 這個 東西 應(yīng)是 A 彈力B 勢能C 速度D 能量答案 D 解析 在伽利略的斜面實驗中 小球從一個斜面滾到另一個斜面 斜面彈力是不同的 勢能先減小后增大 速度先增大后減小 所以A B C錯 不變的 東西 應(yīng)是能量 包括動能和勢能 D對 試分析下列事例中能量轉(zhuǎn)化的情況 解析 對過山車來說 從最高處向最低處運(yùn)動時 高度在減小 勢能在減少 同時其速度在增大 動能在增加 對下落的果實來講 其能量轉(zhuǎn)化情況與過山車的情景相似 對斜拋物體來說 斜向上運(yùn)動階段 高度增大 速度減小 動能轉(zhuǎn)化為勢能 斜向下運(yùn)動階段 高度減小 速度增大 勢能又轉(zhuǎn)化為動能 答案 a 過山車從高處到低處勢能減少 動能增加 勢能轉(zhuǎn)化為動能 從低處到高處速度減小 高度增大 動能減少 勢能增加 動能轉(zhuǎn)化為勢能 b 下落的果實 果實的勢能轉(zhuǎn)化為動能 c 斜拋的物體 斜向上運(yùn)動過程 動能轉(zhuǎn)化為勢能 斜向下運(yùn)動過程 勢能轉(zhuǎn)化為動能 點評 本題主要突出動能和勢能可以相互轉(zhuǎn)化 體現(xiàn)轉(zhuǎn)化過程中的守恒問題 2010 廣州五校聯(lián)考 如圖所示表示撐桿跳高運(yùn)動的幾個階段 助跑 撐桿起跳 越橫桿 落地 未畫出 在這幾個階段中有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的情況 正確的是 A 助跑階段 身體中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為人和桿的動能B 起跳時 人的動能和化學(xué)能轉(zhuǎn)化為人和桿的勢能C 越過橫桿后 人的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能D 落地后 人的能量消失了答案 ABC 解析 運(yùn)動員在助跑 撐桿起跳 越橫桿下落的幾個過程中 能量的轉(zhuǎn)化分別為化學(xué)能轉(zhuǎn)化為動能 化學(xué)能和動能轉(zhuǎn)化為勢能 重力勢能轉(zhuǎn)化為動能 故A B C正確 人落地后 人的重力勢能會使地面發(fā)生形變及溫度升高 即人的能量并沒有消失 故D錯 下圖是上海 明珠線 某車站的設(shè)計方案 由于站臺建得稍高 電車進(jìn)站時要上坡 出站時要下坡 忽略斜坡的摩擦力 你能分析這種設(shè)計的優(yōu)點嗎 解析 電車進(jìn)站前雖關(guān)閉了電動機(jī) 但仍具有動能 可使電車爬上斜坡 這是將動能轉(zhuǎn)化為勢能儲存 出站時 電車可利用斜坡再將勢能轉(zhuǎn)化成動能 可見 這種設(shè)計方案可以節(jié)約電能 答案 這樣設(shè)計的主要優(yōu)點在于節(jié)約電能 點評 能量具有多種形式 能量能夠進(jìn)行轉(zhuǎn)移 不同形式地能量之間還可以進(jìn)行轉(zhuǎn)化 在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中 能量的總量雖保持不變 但不同形式能量的特征是不同的 我們要想方設(shè)法使能量朝有利于人類的方向轉(zhuǎn)化 2004年12月26日 國際標(biāo)準(zhǔn)時間00 58 50 一股壓抑許久的 怒氣 從印度洋深處狂躁地迸發(fā)而出 里氏9 0級 美國地震局測定 地震劈開周圍的海水 形成一道道相距百十公里的弧形水幕 以每小時800公里的起始速度排山倒海般向四周襲去 巨浪呼嘯 以摧枯拉朽之勢 越過海岸線 越過田野 迅猛地襲擊著岸邊的城市和村莊 瞬時人們都消失在巨浪之中 港口所有設(shè)施 被震塌的建筑物 在狂濤的洗劫下 被席卷一空 事后 海灘上一片狼藉 到處是殘木破板和人畜尸體 地震海嘯給人類帶來的災(zāi)難是十分巨大的 試查閱有關(guān)資料 談一談此次海嘯中存在哪些能量轉(zhuǎn)化 答案 1 印度洋深處積聚著內(nèi)能 2 內(nèi)能轉(zhuǎn)化為地震波的能量 3 地震波的能量使巖石震動 海浪狂嘯 4 高速的巨浪具有很大的動能和勢能 給人類帶來巨大災(zāi)難 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全 同學(xué)們 來學(xué)校和回家的路上要注意安全