人教部物理必修二 7.1追寻守恒量──能量 教学设计

7.1追寻守恒量──能量
在物理学中，能量并不是由功定义的。能量的概念是在人类追寻“运动中的守恒量是什么”的过程中发展起来的。能量概念之所以重要，就是因为它是一个守恒量。守恒关系是自然中十分重要的关系，从开始加强学生对守恒关系的认识是有益的，因为它是极为重要的研究方向。根据这种认识，所以本节从追寻守恒量出发引入能量概念，为能量学习奠定了基础并把这种物理思想渗透在能量学习的全过程。
“追寻守恒量”一节，主要是使学生了解守恒思想的重要性。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。“机械能守恒”这个词学生并不陌生，但是让学生说出自己对它的认识又不是一件容易的事。在教学中可以让学生先自己阅读教材，提出一些问题，例如：什么叫守恒？教材中说：在牛顿之前，伽利略的斜面理想实验已经显现了能量及其守恒的思想，这个实验中什么是不变的？使学生观察，当小球沿A斜面从h高处由静止滚下时，小球的高度不断减少，而速度不断增大，这说明小球凭借其位置而具有的能量不断减少，而由于运动而具有的能量不断增大。当小球从斜面底沿另一个斜面B向上滚时，小球的位置不断升高，而速度不断减小，说明小球凭借位置而具有的能量不断增加，由于运动而具有的能量逐渐减少。如果斜面是光滑的，当小球到达B斜面的h高度时，速度为零，小球好像“记得”自己起始的高度。
除了演示斜面的实验以外，还可以演示滚摆实验和单摆实验，同时说明：在运动过程中物体的动能和势能是可以相互转化的，如果没有摩擦和介质阻力，物体好像“记得”自己初始的高度，即某一量是守恒的。
但是，这样的描述不能表达一个最重要的事实：如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确地终止于同它开始点相同的高度，决不会更高一点，也决不会更低一点。这说明某种“东西”在小球运动过程中是不变的，这个“东西”就是能量。
引入能量的概念是在物理学发展中追寻守恒量的一个重要事例。
请用势能和动能描述一下理想斜面实验中的转化与守恒的事实。
（2）能量的转化与守恒是自然界普遍存在的现象
动能与势能相互转化，转化过程中总能量守恒的物理过程有很多，试着列举出几个动能与势能相互转化但总能量可能守恒的实例。
如游乐场中的海盗船、秋千、双线摆、单摆、悠悠球等。
视频：滚摆。悠悠球等演示。
三、追寻能量转化与守恒思想的意义
赫兹发现了电磁波，很快有人发明了电报；
气象预报说：“近年夏天会持续高温，而且干旱……”国美的老板听了会想到什么：空调会热销，发财的机会来了。使用价值：如果我掌握了守恒的规律，就可以用它来解决问题，看到了新技术，就要琢磨怎样应用它，就是创新。如果你对它无动于衷，就总是落后于人家。
追寻“守恒量”的意义：开辟一种新的简单的解决问题的途径。
【思考与讨论】
1．在伽利略斜面实验中，能不能用动力学和运动学的知识计算出小球滚上另一斜面时能达到相同的高度？从能量守恒的角度也达到相同的高度，两者相比较，哪种方法更简捷？
2．从能量转化与守恒的角度能分析、求解以前不容易解决的问题。
［小结］
本节课通过对斜面实验的分析，了解了动能、势能和能量的概念，能量的概念是人类在寻找“运动中的守恒量是什么”的过程中发展起来的。引入能量的概念是在物理学发展中追寻守恒量的一个重要事例。在自然界中能量的转化与守恒是普通存在的。通过本节课的学习，我们体会到，追寻“守恒量”能开辟一种新的简单的解决问题的途径。
［布置作业］
教材第56页“问题与练习”。
板书设计
1．追寻守恒量──能量
一、对理想斜面实验的分析
运动不需要力来维持的结论外，他还注意到实验中反映出一个转化与守恒的事实（或思想）。高度与速度相互转化，转化过程中与高度有关的量和与速度有关的量之和守恒。
二、动能、势能及其转化并守恒的普遍性
1．能量
在物理学中，相互转化且守恒的量叫做能量或能。
2．势能与动能
（1）势能
相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能。
（2）动能
物体由于运动而具有的能量叫做动能。
3．动能与势能的转化与守恒
（1）在理想斜面实验中，动能与势能相互转化，转化过程中总能量守恒
（2）能量的转化与守恒是自然界普遍存在的现象
三、追寻能量转化与守恒思想的意义
追寻“守恒量”的意义：开辟一种新的简单的解决问题的途径。
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