5－1追寻守恒量（教学设计）
【教学设计理念】
通过课堂教学，让学生体验科学探究过程，了解科学研究方法；增强创新意识和实验能力，发展探索自然、理解自然的兴趣与热情；促使学生进一步形成守恒的思想，使学生了解守恒思想的重要性。认识能量守恒思想对社会发展的影响，为形成科学世界观和科学价值观打下基础。
【章节内容分析】
在老教材中，本章的教学流程主线是：先学习功的概念，再了解功和能的关系，然后学习能量的概念以及能量转化过程中的规律。但实际上，在物理学的发展过程中，能量的概念几乎是与人类对能量守恒的认识同步发展起来的，能量的概念之所以重要，就是因为它是个守恒量。守恒关系是自然界中十分重要的一类关系，我们强调方法的教育、观念的教育，就要从中学时代开始加强学生对守恒关系的认识。根据这样的思想，新教材把守恒思想的提出放到了具体的能量概念之前，并把它渗透在能量学习的全过程。这实际上是还原了能量概念在科学史上本来的位置。
【本节内容处理】
“追寻守恒量”这节课是新课程的新增内容，内容很少，这需要教师进行扩展，也为教师发挥自身特长提供了很大的空间，因此关于这节课的教学，各位同仁都会有自己的构思，这里只是介绍一下本人的个人想法与实际课堂的教学情况，欢迎交流与批评指正。
【三维教学目标】
（一）知识与技能
1、知道自然界中存在着多种守恒的因素，守恒是自然界的重要规律。
2、知道自然界中存在着一种被命名为能量的守恒量。
3、知道相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫势能。
4、知道物体由于运动而具有的能量叫动能。
5、能分析生活中涉及机械能转化的问题。
（二）过程与方法
1、体会寻找守恒量是科学研究的重要思路，有时也是解决问题的捷径。
2、从物理学发展史来看，实验观察分析与数学推理分析都是非常重要的方法，并且往往是需要两种方法相结合才能取得实质性进展。从本节的探究过程来看，学生可以充分地体会到这一点。
3、体验遇到一些复杂的实际问题时，产生灵感，形成新思维的过程，从而也增强科学意识，提高科学探究的能力。
（三）情感、态度与价值观
1、了解人类追寻“能”这一守恒量的思维过程，体验守恒思想的重要意义。
2、通过体验产生新思维的过程，使学生感受到，即使是牛顿那样伟大的科学巨人，即使是他具有高超的数学天赋，也会缺乏某些灵感。而通过后人的研究，却创造了解决问题的捷径。同时也使学生感觉到这一新思维的产生离他们的思维水平很近，将来完全有可能做出一些力所能及的创新工作。
3、通过本节教学，可以使学生体会到自然界深藏奥秘，更深层次地体会到物理学的有趣。
4、通过机械能的转化问题来研究生活中物体的运动，培养学生热爱生活的情趣。
【教学重点难点】
重点：对守恒思想的领会，对科学研究过程的体验，对能量、动能、势能等概念的理解。
难点：类似于科学家的研究过程，怎样从实际情景中抽象出某些关键的因素，并利用已有的知识和方法，产生灵感，从而进行新的联系及产生得出新的概念。
【教法学法设计】
教的形式：创设情景，导入目标——自主探索，实践体验——表达交流，总结归纳。
学的形式：根据课堂所给情景，自主探究，在适当的教师的引导或暗示下，能够自己提出一些猜想，利用小组或全班的集体力量，通过分析、论证，排除不科学的成分，必要时利用一定的数学手段将物理问题数学化，从而产生新的灵感，最终得出新的发现。
【教学用具器材】
多媒体，铁架台，小球与细线，滚摆。
【教学过程设计】
一、引入新课：
1、守恒的含义性：
大家先来看一个问题：
问题1：中餐时，我们高一（10）班的胡古月同学的IC卡中还有100元，他买了一个红烧肉4元，一个豆腐炒咸菜2元，一个青菜1元，打完卡后，细心的他看到卡里余额显示是92元。
你认为这时他可能将会做什么？
你认为他发现问题依据是什么？
——（提问学生、回答、提炼——扣掉的钱与余额的钱的总量应该不变）
问题2 ：实时观察某一股票
——（讲解在交易过程中，股票的价格、成交量、涨幅、换手率、动态市盈率、股东数等都是变化的，但股本总数是不变的）
小结：事物在发生、变化、发展的过程中，有些东西或某些量是保持不变的，这种现象叫做守恒。（板书：守恒）
2、守恒的普遍性：
问题3：守恒现象在社会、生活和自然界中是普遍存在的，请大家思考一下，举出一个实际守恒现象的例子？
——（教师提问、学生回答、点评）
3、守恒的适用性：
守恒现象既然普遍存在，那么了解和掌握守恒的规律有什么用途呢？
请大家思考和回答下列问题：
问题4：
（1）数学中的解方程：X ＋ 3＝10 ,则X = ？ —— X =7
（2）现在有一升橙汁，要装满50毫升的杯子，请问能装几杯？ ——20杯
（3）完成铁在氧气中燃烧化学反应方程式：3Fe + （ ）点燃 Fe3O4 —— 2O2
（4）用丝稠摩擦过的玻璃棒带什么电荷？如果玻璃棒带了+2库仑的电荷，那么丝稠带来多少什么电荷? —— -2库仑
（5）如图所示，在一个盛满水的容器内放入一块冰。在冰的融解过程中，容器内的水会溢出吗? —— 不 会
小结：这五个问题的求解我们分别运用了数的守恒、体积的守恒、原子的守恒、电荷的守恒和质量的守恒，说明守恒现象在既是普遍存在的，掌握守恒规律又是大有用处的，而且在我们物理学中也有守恒量和守恒规律。正如德国物理学家、诺贝尔物理学奖获得者劳厄所说的“物理学的任务是发现普遍的自然规律，因为这样的规律的最简单的形式之一表现为某种物理量的不变性，所以对于守恒量的寻求不仅是合理的的，而且也是极为重要的研究方向 ”，因此，追寻守恒量是必要的、也是重要的，所以今天我们就来学习第七章 《机械能守恒定律》第一节 追寻守恒量 （板书：1、追寻守恒量）
二、新课教学：
4、追求守恒量的必要性：
在物理学中，有些守恒量我们已经了解，但有些守恒量我们并不清楚，那么在物理学中追寻守恒量是不是可行呢？先看几个实验：
实验1：单摆的运动——
小球高度先降低，速度不断增大，当到达最低点时速度最大，然后上升速度不断减小高度不断增大到达最高点时速度最小，高速最大，且小球能上升到原来的高度。在悬点的下方当一个盯子，小球还是能到达原来的高度。
实验2：简谐运动——
物块在平衡位置两侧做来回运动
实验3：五个小球碰撞——
实验4：伽利略理想斜面实验——
小结：这四个实验中物体的运动都非常优美和谐，单摆小球都能摆到相同的高度，振动物块都能运动到相同的位置，碰撞小球都重复原来的运动，伽利略小球都能运动到相同的高度。
问题5：那么是不是它们运动过程中隐藏着或者“潜伏着”某个守恒量？我们来寻找试试看，那么在哪一个运动中寻找比较方便呢？
第一个单摆的运动是曲线运动、第二个是来回运动、第三个是多个物体运动、第四个是两个直线运动，我们知道曲线运动运动比直线运动复杂、往复运动比单向运动复杂、多个物体比单个物体复杂，而伽利略双斜面斜实验的运动是我们最熟悉而且是最简单的两个直线运动，所以我们先来研究伽利略双斜面斜实验的运动，来寻找伽利略小球运动过程中所“潜伏的”守恒量。
5、追求守恒量的可行性：
实验5：让小球从相同的位置由静止滑下。
问题6：小球运动状态如何变化？
——小球在左边斜面上，在重力和弹力的作用下，加速度与速度方向相同，做加速运动，小球在右边斜面上，在重力和弹力的作用下，加速度与速度方向相反，做减速运动。
实验5：改变右边斜面的倾角，让小球从相同的位置由静止滑下。
问题6：如果改变右边斜面的倾角，从实验中，观察到小球在不同的运动中有什么显著的特点？
——右边的斜面的倾角不同，但小球上升的高度相同，与原来等高。这个“伽利略小球”是有某种 “灵性”的小球，好像是“有记忆”、“有愿望”的小球，当它从斜面滚到水平面上时，总是“想着”回到原来的高度，当前方存在上倾的斜面时，小球的“愿望”得以实现，如果一直都是水平面，那么小球就一直带着这个“想要”回到原来高度的“愿望”一直运动下去。
问题7：如果不考虑摩擦阻力，小球从斜面A上距地面高度为H处滚下来，又滚上斜面B，两个斜面的倾角都未知， 能不能用学习过的知识证明小球滚上斜面B的最大高度也一定等于H?
——能，(证明：略)
问题8：小球在运动过程中是否存在一个不变的量或守恒量？可能是什么量呢？
——回答1：小球的质量不变。（对质量不变，但质量只是小球本身的，不运动质量也是不变的，所以与运动过程和状态无关，不能反映运动过程规律）
——回答2：高度不变或高度守恒。（小球在整个运动过程中的初、末两个状态的高度是不变的，实际上小球在整个运动过程中高度是在变化的，怎么能说“高度守恒”）
——回答3：速度守恒。（速度在过程中是变化的）
——回答4：速度的变化率即加速度守恒。（加速度在同一个斜面上是不变的，而在两个斜面上是不同的）
——回答5：能量守恒。（伽利略等科学家们当时在研究时还没有能量这个概念）
——回答6：高度和速度都是变化的，但小球高度减小时，速度就增大；反之，高度增大时，速度就减小。是不是有可能高度与速度加起来可能守恒的。（两者单位不一样，不属于同一类物理量，其大小之和是没有意义的，是不可以相加的）
——回答7：高度和速度是不能直接相加，但是不是可能一个与高度有关的量和一个与速度有关的量加起来是守恒的，即可能守恒。（很有道理，是个有创意的想法）
问题9：如果可能是的话，这两个与高度有关的量和与速度有关的量，它们必定要有什么特征？
——两个量必须是同一类物理量，具有相同的单位
问题10：如果这个物理量在运动过程中要守恒（不变），而守恒（不变）就意味着在两个状态存在某种等式。如果存在这种等式，那这个等式的两边所对应的“量”必然是单位相同的，是同一类的“物理量”。高度可以联系到位移量x上去，那么在我们已知的物理公式中是否有涉及位移x与速度v关系等式的？ 请回忆：
——有，（1）v22－v12＝2ax
（2）如果小球从静止开始运动，有：v2＝2ax
（3）如果小球从静止开始在斜面上运动，有： 从而可以得出： 或
（4）进一步猜想： 跟高度有关的量可能是2gh或gh，跟速度有关的量可能是v2或v2/2，，那么对一定的小球v2与2gh之和是守恒的，或可能是守恒的。
问题11：如果伽利略小球不是沿斜面运动，而是沿曲面运动，你猜想一下小球能否到达相同的高度？是否也是守恒的？理由是什么？
——可以把曲面无限分割，用微元法；也可以用单摆来验证。同样在运动过程中有一个量是守恒的、不变的。
科学家们把这个守恒的量叫做能量或能。
问题12：物体在运动过程中的能量是否只跟有关呢？如果伽利略小球用不同的小球，例如一次用小的乒乓球，一次用大的铅球，你认为两次运动的能量会相同吗？
——不会相同，（可以启发：让乒乓球从天花板掉下，你可以用头顶一下；让铅球从天花板掉下，你敢用头顶吗？）可见，这个守恒量（能量）还跟物体的质量也应该有关，质量越大，守恒量（能量）也越大。
小结：不管小球沿斜面还是沿曲面，一个质量有关、跟v2与2gh之和或之和有关的量（能量）在小球运动过程中是守恒的。这个猜想很有合理性，定量我们以后有机会再研究，
6、追求守恒量的重要性：
我们把其中跟高度h有关的能量叫势能，
我们把其中跟速度v有关的能量叫动能
（板书：势能——相互作用的物体凭借其位置而具有的能）
（板书：动能——物体由于运动而具有的能量）
展示势能图片：
展示动能图片：
分析：当释放小球后，位置降低，高度减小，小球的势能减小，小球的速度增大，小球动能增大，当它到达斜面底部时，小球的势能最小，速度达到最大，动能达到了最大，小球在运动过程中，动能和势能相互转化。
放映动能和势能相互转化的录像：
雪崩
杭州西湖第一高爆破
闯红灯引发致命车祸—— 严 禁 超 速 ！！
严 禁 闯 红 灯 ！！
严禁酒后驾车 ！！
下面再看一个演示实验：
演示实验——滚摆
分析：在没有阻力的情况下，下降时，势能减小动能增大，上升时动能减小势能增大，动能和势能相互转化，总的能量保持不变（守恒）。
问题13：滚摆在有阻力的情况下，能量还守恒吗？
——学生可能会回答“不守恒”。 动能与势能的和是不守恒，动能和势能我们叫做机械能，也就是机械能不守恒，机械能还要转化为其他形式的能，如热能。但总的能量还是守恒的。
问题14：能量有各种不同的形式，说说能量有哪些形式？
——机械能、热能、电能、电磁能、化学能、光能、原子能等。不同形式的能之间是可以相互转化的。
物理学家、诺贝尔物理学奖获得者费恩曼曾说“有这样一个事实，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。它指出有某一个量，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……
（板书：能量——有各种不同的形式，不同形式的能之间是可以相互转化的。）
演示实验：（1）电磁感应发光二极管
（2）灯泡电动机
请学生讲能量形式转化过程
问题14：不同形式的能的相互转化是通过什么过程来实现的呢？
——要知后事如何，且听下回分解。
板书设计
追寻守恒量
1、能量——有不同的形式
可以相互转化
2、势能——相互作用的物体凭借其位置
而具有的能
3、动能——物体由于运动而具有的能量
课件29张PPT。 中餐时，我们高一（6）班的陈 朗同学的IC卡中还有100元，他买了一个红烧肉4元，一个豆腐炒咸菜2元，一个青菜1元，打完卡后，细心的他看到卡里余额显示是92元。
你认为这时他可能将会做什么？
你认为他发现问题依据是什么？（1）数学中的解方程：X ＋ 3＝10 ,则X = 问题（2）现在有一升橙汁，要装满50毫升的杯子，
请问能装几杯？（4）用丝绸摩擦过的玻璃棒带什么电荷？ 如果玻璃棒带了+2库仑的电荷，
那么丝绸带了多少什么电荷？720杯2O2- 2库仑不会 物理学的任务是发现普遍的自然规律，因为这样的规律的最简单的形式之一表现为某种物理量的不变性，所以对于守恒量的寻求不仅是合理的，而且也是极为重要的研究方向 。● 能否证明上升最大高度一定等于h?● 小球运动最显著的特点是什么？● 小球运动状态如何变化？ ● 小球运动过程中是否存在守恒量？可能是什么量呢？ 探究探究● 能否证明上升最大高度一定等于h?● 小球运动最显著的特点是什么？● 小球运动状态如何变化？ ● 小球运动过程中是否存在守恒量？可能是什么量呢？ ● 如果小球是沿曲面运动，还能否上升相同的高度？
运动过程中是否还存在守恒量？雪 崩杭州西湖第一高楼爆破闯红灯引发致命车祸严 禁 超 速 ！！
严 禁 闯 红 灯 ！！
严禁酒后驾车 ！！闯红灯引发致命车祸能量存在的主要形式?电能热能电磁能机械能化学能核能光能能量守恒定律费恩曼 “有这样一个事实，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。它指出有某一个量，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……不同形式的能的相互转化
是通过什么过程来实现的呢问题与思考？非常感谢机械能守恒定律经典设想可行 ?一条道走到黑 能量守恒的思想方法----检验真伪永动机德国的一张明信片（上世纪20年代）幻想玩笑焦耳
要科学不要永动机中子电子质子中微子泡利预言--能量“小偷”
王淦昌 莱因斯 (1941年)(1956年)(1930年)设计--捕获方案抓住--“中微子 ”
能量守恒的思想方法----科学预言[问题二]
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，在冰的融解过程中，容器内的水会继续溢出吗?为什么？ [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。即冰块 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。的质量等于“水块”的质量注：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 。F浮=M冰g F浮= M水gM冰g= M水g M冰= M水猜想:不变的”东西”守恒量X不变是仅表现在特殊位置还是在整个过程中?现有的量新的量?方法铁在氧气中燃烧：3Fe + 2O2 点燃 Fe3O4 例题：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？
伽利略的斜面实验反映了一个重要事实：如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略不计，小球必将准确地终止于同它开始点相同的点，绝不会更高一点，这说明，小球在运动过程中有一个“东西”是不变的，这个“东西”是( )
A 弹力 B 速度 C 势能 D 能量问题：在一个大热天，小强和小明呆在小强家里玩游戏，两人热得是满头大汗，可小强家里没有空调，怎么办呢？最后还是小明反应快，他对小强说：“你家不是有冰箱吗，咱们把冰箱的门开着，不就可以降温了吗！”于是，他们把门窗关好，把冰箱门开着，他们能达到预期的效果吗？老师：能量概念的形成和发展，始终是和能量守恒定律的建立过程紧密相连的。能量守恒定律发现告诉我们，尽管物质世界千变万化，但这种变化不是没有规律的，基本的规律就是守恒定律。也就是说：—切运动变化无论属于什么运动形式，反映什么样的物质特性，都要满足守恒定律。这一节课我们从一个较高的角度去认识这个问题。提出问题：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？[问题三]如图所示为液压机的工作原理图。
1、使用液压机为什么能够省力？[分析探究] 守恒量—— 作用——结论1——2、为什么使用液压机能够省力却不省距离？[分析探究] 守恒量—— 作 用——结 论2——压强（帕斯卡定律）力的大小与活塞横截面积成正比液体体积活塞移动的距离与横截面积成反比注意该式，它可能是一个新的守恒量加在密闭液体任一部分的压强，必然按其原来的大小，由液体向各个方向传递。伽利略理想实验等 高小球“记得”原来的高度 [问题四]
在伽利略的斜面理想实验中，是否存在守恒量？ 在伽利略斜面实验中，
势能和动能是怎样转化的?分析"此消彼长"
