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7.1追寻守恒量--能量我的


7.1

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jbm

举例说一说:

丝绸摩擦玻璃棒,玻 璃棒带正电,丝绸带 负电 毛皮摩擦橡胶棒,橡 胶棒带负电,毛皮带 正电

守恒量:电 子的总量 (电荷数)

如图所示,在一个盛满水的容器内放入一块冰。不考虑水的热膨胀, 在冰的溶解

过程中,容器内的水会继续溢出吗?为什么? 注:阿基米德定律:浸入液体中的物体所受浮 力的大小等于其排开液体所受重力的大小 。

分析探究: 当冰静止在水面时,由阿基 米德定律可以推理出冰的质量等于冰排 开的水的质量。而冰融解成水的前后质 量不变,实际上就相当于冰在融解过程 中将体积缩小成虚线以下部分的体积, 所以水不会溢出。 在这里,虽然冰发生了物态变化,但 我们如果找到了变化中的守恒量——冰 的质量。

F浮

即冰块 的质量等于“水块” 的质量 F浮=M冰g 从而很容易地推理出它们在体积上存在 的置换关系,圆满地解决了所提出的问题。 M冰g= M水g

M冰 g

M水 g
F浮= M水g

M冰= M水

小资料

“有一个事实,如果你愿意,也 可以说一条定律,支配着至今所知 的一切自然现象……这条定律称做 能量守恒定律。它指出某一个量, 我们把它称为能量,在自然界经历 的多种多样的变化中它不变化。那 是一个最抽象的概念……” ——诺贝尔物理学奖获得者费恩曼

一.伽利略理想实验

小球“记得”原来的高度

证 明

无 摩 擦
h β α 在A斜面上:a=gsinα x=h/sinα=v2/2a h/sinα = v2/ 2gsinα h= v2/2g 在B斜面上:a’=-gsinβ x’=h’/sinβ=(0-v2)/2a’ h’= v2/2g ∴h’=h

A

B

h’

观 察

1、小球从一个斜面的某一高度由静止滑下,并运动到另 一个斜面的同一高度,经历了哪几个运动过程? 2、这些过程各有什么特点?

h

A

B

h

伽利略理想斜面实 验(斜面均光滑)

在伽利略的斜面理想实验 中,是否存在守恒量?

1、小球经历了先加速后减速的过程 能量:伽利略斜面实验表明,小球在运动过程中, 2、在加速过程中,小球速度增大,位置高度减小;在减速运动 “有某一量是守恒的”,这个量叫做能量或能。 过程中,小球速度在减小,但位置高度在增大

在伽利略的斜面理想实验中,存在什么样的守恒量? 高度? 运动快慢? 其他?

动能和势能可以相互转化,而总的能量保持不变

滚摆中的轮子

O

O

通过以上实验我们可以观察到斜面上的小球、单摆 中的小球、滚摆中的轮子、弹簧振子好像“记得 ”自己 起始的高度(或与高度相关的某个量)。

后来的物理学家把这一事实说成是“某个 量是守恒的”,并且把这个量叫做能量或能。

能量无处不在

二﹑势能和动能
v0 = 0
h

A

B

在伽利略斜面实验中,将小球提高到 起始点的高度时,小球被赋予一种形式的 能量——势能。

名词解释
相互作用的物体凭借其位置而具有的 能量叫做势能(potential energy)。

它们具有重力势能

杠铃
被弹高的人



流动的水

它们具有弹性势能

起跳时的跳板

h

A

v

B

在伽利略斜面实验中,释放小球后,小球开始运 动,获得速度,小球被赋予一种形式的能量——动能。

名词解释
物体由于运动而具有的能量叫做动能 (kinetic energy)。

它们都具有动能

飞驰的足球

高速飞行的火箭 奔驶的赛车

名词解释

机械能:动能与势能的总和 。
用“能量”怎样描述伽利略斜面实验

想一想

当小球由最高点沿斜面 A 运动到达最低 点时,能量怎样变化? v0 = 0 势能去了 哪里?

h

A
参考面
全 势能消失 部 高度为0 动能

B

小球到达最低点 (参考面)

速度最大

机械能

“追寻守恒量”的意义
(1)可行性:物质在运动变化过 程中存在守恒量。

(2)重要性:物质在运动变化过 程中都要满足一定的守恒定律。

学生讨论:用能量的观点来描述
? 摩擦生热
? 玩滑梯的过程

? 过山车

跳板跳水运动员在弹离跳板后,先 上升到一定的高度,在空中完成一 系列复杂而优美的动作后入水。将 运动员视为质点,请你分析一下从 运动员起跳到入水全过程,有哪些 能量发生了转化?

化学能


弹性势能






重力势能 动 能

重力势能









在全球能源短缺的今天,科学家也在绞尽 脑汁,设想了许多非同寻常的发电招数。 道路发电、绿叶发电、体温发电,这些发 电方式您可能听都没有听过,但它们却正 悄悄走向我们的生活。

“巨蟒”发电--------向海浪要能 量 “巨蟒”不是真正的莽,它因像蛇一样的外形而得名,

它在巨浪中沉浮,可以大量收集能量,并将其转化为电 能。首先充分发挥一下你的想像力,一根巨大的橡胶 管———因其像蛇一样的外形而得名“巨蟒”,被安放 在辽阔的海面上,一个巨浪打来,它被吞没,但过不一 会,它又出现了,短暂的起伏瞬间,连接这根管子的特 殊装置已经收集到了可观的电能。 “巨蟒”装置的两端都是密封的,里面装满了水。这 种设计可以使其固定在海水表面以下,一端朝向海浪袭 来的方向。每次海浪拍打到管子的一端使之受到挤压, 在内部形成“激突波”,即内部压力波。激突波在管子 里面传动,而引起激突波的海浪则在管外以同样的速度 流动,这样就对管子形成了越来越大的挤压,于是激突 波也会越来越大。随之,激突波使得固定在装置另一端 的涡轮启动,于是电能产生,并通过一根电缆传送到海 岸上。一直以来,人们知道海浪能制造巨大的能量但苦 于没有途径收集,现在,“巨蟒”就可以解决这个问题。

道路发电-------1公里发电400千瓦
这条神奇的路是以色列技术研究院下属公司的一个 项目,它在普通路面的沥青中植入大量的压电晶体,通 过汽车驶过时的压电转换来发电,1公里的路面能产生约 100—400千瓦的电力。 科学家表示,理论上,这些植入沥青的压电晶体能使 用至少30年,因此,该技术可以用于任何大流量的道路, 包括铁路和公路。目前,其路面改造成本约为每公里65 万美元,但在大规模生产启动后,造价还能降低2/3。该 发电方法的远期目标是,由该系统产生的电力价格能降 到每度3—10美分(约合人民币0.2元—0.7元)———非常 接近目前的民用电价了,甚至还更低,而且由此带来的 减碳效应不可估量,尤其是对我国这种严重依赖煤电的 国家而言,更是具有相当的意义:截至2008年底,我国 共有高速公路4.1万公里,如果全部应用了此种技术,那 么它们一年最多将发电1436亿度。 目前,这种技术已进行了小规模的试验,而大范围的 试验已在2010年开始。

绿叶发电-----树木也能成电厂
绿叶具有光合作用,这是众所周知的,但绿叶还具有光电效应这个奇特功 能,恐怕很少有人知道。 科学家们深入研究发现,当太阳光照射到绿叶上时,绿叶就能吸收光能, 并且从水分中夺取电子,这些夺取来的电子不断地自由活动并渐渐聚集起来。 如果在这些电子自由活动前就用固定的电流场使他们定向移动,就能形成电 子流,这就是绿叶电流。一棵大樟树或梧桐树约有20多万片树叶,每片树叶 细胞内部结构中有许许多多的叶绿体。如果将这些叶片摊开来计算,其叶绿 体的总面积可达2300平方米,按能量换算,相当于覆盖36亩土地的巨型太阳能 转换站,这毕竟还是一棵树,要是一片茂密的树林呢?显然,绿叶的发电能 力十分可观。 科学家正尝试把这样的“发电厂”从实验室里搬出来,比如在房屋周围 广泛植树,在墙边种植青萝、紫藤、爬山虎等植物,以构成厚厚的多层覆盖 的叠式植物群。这样一来,不仅房屋周围绿树成荫,环境大改善,而且每户 人家还可以自成体系地建立一个个小型发电厂,这将是世界上真正的无灰、 无尘、无污染、无噪音的最富有生命力的新型绿叶发电厂。叶绿体的优点还 在于不论春夏秋冬或阴晴雨雪,它都能吸收光能并把它转化为电能。这种奇 妙的发电方式无疑将受到城乡居民的普遍欢迎,对于居住在交通不便的深山 密林中的人们来说,“绿叶发电”就更是方便实用了。

体温发电------办公楼会“吸热”

美国新泽西州电信电话公司不久前设计建造了一座新颖 的办公大楼,利用装在楼内的能量收集置换装置将在大楼 工作的3000多名员工所散发的热量收集起来并置换为电能, 用于照明、电脑办公,甚至调节室内温度,使之保持在 18—29摄氏度之间,只有当室外温度降到零下9摄氏度以 下时,才需开暖气供热。 科学家们还发明了一种袖珍温差电池,可以将人体的 热能(体温)直接转化为电能,继而为小型助听器、微型收 音机、迷你电视机供电。这些袖珍家用电器体积小、重量 轻、携带方便,不必为其供电而犯愁,因此非常受欢迎。 体温供电手表也在受欢迎之列。手表的表底盖就是一 块微型温差电池,手的温度能产生电能推动手表准确地运 转起来。您的运动也可以转化为电能,这种通过走路振动 发电的系统可以安装到人流拥挤的公共场所 。

运动发电-----走三万步驱动火车
美国麻省理工学院的两名学生设计了一种地板系统,可以在 火车站、舞厅、商场等人流集中的地方收集人们走路、跳舞以及 跳跃等运动产生的机械能,并将其转化成电能。他们称这种“发 电”形式为“人群电场”。 这种所谓的“人群电场”是由麻省理工学院的两名研究生詹姆 斯· 拉雷姆和赛迪斯· 朱斯楚克设计的,他们计划将这样一种通过走 路振动来发电的地板系统安装到人流拥挤的公共场所,利用这里 密集的人流所产生的振动来产生电力。 这种地板系统是由很多木块交错组成的,人们走路时会对地 板产生压力,使与木块相连的摇杆也被压下。摇杆从一个方向带 动中心轴旋转,从而将机械能转化成电流。当众多行人连续在地 板上行走时,摇杆不断被压下,使中心轴不停地转动发电。这种 装置安装在大街、商场、火车站等处,所发出的电可以用来照明 和驱动电风扇。 根据格拉雷姆和朱斯楚克的实验,通过这样一套系统,每个人 行走一步所产生的电力大约只能支持一个60瓦的灯泡闪一下,但 是如果收集28527步产生的能量,就足以推动一辆火车移动一秒。

核电站不会像原子弹那样发生爆炸
核燃料中有效成分是铀-235,铀-235同样也是原 子弹中的核炸药,那么核电站会不会像原子弹那样爆 炸呢?不必担心,绝没有这种可能性!核燃料中铀235的含量约为3%,而核炸药中的铀-235含量高达90 %以上,正像啤酒和白酒都含有酒精,白酒因酒精含 量高可以点燃,而啤酒则因酒精含量低却不能点燃一 样。原子弹同样是一项高技术产品,形成核爆炸有非 常严格的条件。原子弹必须用高浓度的铀-235或钚239作核装料,以一套精密复杂的系统引爆高能烈性 炸药,利用爆炸力在瞬间精确地改变核装料的形状或 位置,才能形成不可控的链式裂变反应,发生核爆炸。 这种苛刻的条件,在核电站里是不可能有的。 压水型 反应堆具有设计所赋予的内在安全的特性。更何况核 反应堆还有多重的安全保护系统,确保反应堆不会失 控。

课堂练习
1. 下列实例中,动能转化为势能的是 ( A )

A. 竖直上抛的正在上升的小球.
B. 上紧发条的玩具汽车汽车正在行驶. C. 从高处下落的石块.

D. 从斜槽上滚下的小球.

课堂练习
2.苹果从树上掉下时,速度越 来越大,下列说法正确的是 ( C ) A.高度转变成了速度 B.苹果的能量增加 C.势能转变成了动能 D.苹果的机械能不变

课堂练习
3.相同的弹簧伸长量越大,弹簧的弹性势能 越大,在同一个弹簧秤下分别挂5N和3N的 物体时,弹簧秤上弹簧具有的弹性势能 ( B) A.两次具有相同的弹性势能 B.第一次比第二次的弹性势能大 C.第一次比第二次的弹性势能小 D.无法比较其大小

课堂练习
4. 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.这个例子中是 否存在着能的总量保持不变?

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.在小球运动的过程中,小球 的机械能总量保持不变.

课堂练习
5.在伽利略的斜面实验中,如果空气阻力和 摩擦阻力不能忽略不计,则下列说法正确的 是( C ) A 动能和势能之和仍然守恒 B 动能和势能之和将增大 C 动能和势能之和将逐渐减小,但总能量 还是守恒 D 以上说法均不正确

课堂练习
6. 将一物体从粗糙斜面上滑下来,最终 停到水平面上,这一过程中的能量转化?

7、下图表示撑杆跳运动的几个阶段:助跑、撑杆 起跳、越横杆.试定性地说明在这几个阶段中能 量的转化情况.

分析:运动员 的助跑阶段,身体 中的化学能转化为 人和杆的动能; 起跳时,运动 员的动能和身体中 的化学能转化为人的重力势能,使人体上升至横 杆以上; 越过横杆后,运动员的重力势能转化为动能. 答案 化学能→动能→重力势能→动能


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7.1追寻守恒量-能量导学案
§7.1 追寻守恒量 命题人:郑州星源外国语学校 王留峰 一、预习指导: 1、初步领会能量转化、转变中有恒的思想 2、了解势能动能的概念 3、领会寻找守恒量是科学...
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