物理：第1章第五节《自然界中的守恒定律》课件（粤教版选修3-5）

欢迎进入物理课堂 第五节自然界中的守恒定律 课前自主学案 核心要点突破 课标定位 课堂互动讲练 第五节 知能优化训练 课标定位 学习目标 1 知道守恒定律在自然界中普遍存在 知道什么是对称和对称性 对称和守恒定律的关系 2 知道能量守恒 动量守恒 质量守恒三大定律 正确地理解以上三大定律 重点难点 利用守恒定律分析解决实际问题 课前自主学案 一 守恒与不变1 能量守恒 能量是物理学中最重要的物理量之一 而且具有多种多样的形式 各种形式的能量可以相互转化 但总能量 可以说 能量的守恒是最重要的守恒形式 2 动量守恒 动量守恒定律通常是对相互作用的物质所构成的系统而言的 适用于任何形式的运动 因此常用来推断系统在发生碰撞前后运动状态的变化 事实上 动量守恒定律与碰撞过程的具体细节无关这一点是很重要的 不变 二 守恒与对称所谓对称 其本质也是具有某种 物理规律的每一种对称性 即不变性 通常都相应于一种守恒定律 对称和守恒这两个重要概念是紧密地联系在一起的 不变性 思考感悟在中学物理中 我们学过的守恒定律都有哪些 提示 三大守恒定律 质量 能量 动量 机械能守恒定律 电荷守恒定律等 核心要点突破 一 守恒与不变1 守恒与不变物质世界三大守恒定律是物质 能量 动量三个方面 1 各种形式的能量可以相互转化但总能量不变 可以说能量守恒是最重要的守恒形式 2 动量守恒通常是对相互作用的物体所构成的系统而言的 适用于任何形式的运动 在中学物理中 我们学过的守恒定律有 机械能守恒定律 动量守恒定律 电荷守恒定律 质量守恒定律 能量守恒定律等 守恒定律中所涉及的守恒量的形式可以改变 但它既不会凭空产生 也不会消失掉 无论何时 如果这个守恒的量在某个地方有所增加 那么在系统的另一个地方一定有相同数量的减少 2 守恒定律的本质物理学中各种各样的守恒定律 本质上就是某种物理量保持不变 例如能量守恒对应着某种时间变换中的不变性 动量守恒则是对应着某种空间变换下的不变性 与转动变换不变性对应的是角动量守恒 与空间反射 镜像 操作不变性对应的是宇称守恒 因此 守恒定律其实正是自然界和谐统一规律的体现 这种和谐的规律以数学的形式表现出来 向人们展现出自然科学理论的美学价值 3 守恒定律的意义在符合守恒条件时 可以不分析系统内相互作用过程的细节 而对系统的变化状态或一些问题作出判断 这是守恒定律的特点和优点 即时应用 即时突破 小试牛刀 双选 2011年济南模拟 一陨石自高空落到山谷中 有一目击者 他先是看到火光 随后听到巨大声响 最后他走到陨石旁用手摸了摸陨石 感觉烫手 就上述现象所得出的下列认识中正确的是 A 陨石的动量消失了 转化为声 光 热等形式的能量B 陨石的动量消失了 这表明陨石与地球碰撞中动量不守恒C 陨石与地球碰撞中动量是守恒的 陨石的动量传递给了地球D 陨石与地球碰撞中 陨石的机械能转化声 光 热等形式的能量 解析 选CD 动量不可能转化为能量A项错误 陨石在与地球碰撞的过程中内力远大于外力 动量守恒 陨石的动量没有消失 而是传递给了地球 B项错误 C项正确 碰撞过程中陨石的机械能转化为声 光 热等形式的能量 D项正确 二 守恒与对称1 对称性的概念最初来源于生活 在艺术 建筑等领域中 所谓 对称 通常是指左右对称 人体本身就有近似左和右的对称性 各类建筑 特别是古代建筑都较有对称性 概念是逐步发展的 今天它已具有十分广泛的含义 2 另一类对称性是物理定律的对称性 它是经过一定的操作后 物理定律的形式保持不变 因此物理定律的对称性又叫不变性 这类对称性在物理学中具有更深刻的意义 1 物理定律的空间平移对称性 设想我们在空间某处做一个物理实验 然后将该套实验平移到另一处 如果给以同样的起始条件 实验将会以完全相同的方式进行 这说明物理定律没有因平移而发生变化 这就是物理定律的空间平移对称性 它表明空间各处对物理定律是一样的 所以又叫做空间均匀性 2 物理定律的转动对称性 如果在空间某处做实验后 把整套仪器转一个角度 则在相同的起始条件下 实验也会以完全相同的方式进行 这说明物理定律并没有因转动而发生变化 这就是物理定律的转动对称性 它表明空间的各个方向对物理定律是一样的 所以又叫做空间的各向同性 3 物理定律的时间平移对称性 如果我们用一套仪器做实验 该实验进行的方式或秩序是和此实验开始的时刻无关的 无论在什么时候开始做实验 我们都能得到完全一样的结果 这个事实表示了物理定律的时间平移的对称性 课堂互动讲练 单选 一颗子弹水平射入置于光滑水平面上的木块A中 并留在其中 A B用一根弹性良好的轻质弹簧连在一起 如图1 5 1所示 则在子弹打中木块A及弹簧被压缩的过程中 对子弹 两木块和弹簧组成的系统 图1 5 1 A 动量守恒 机械能守恒B 动量不守恒 机械能守恒C 动量守恒 机械能不守恒D 无法判断动量 机械能是否守恒 思路点拨 要正确理解机械能的守恒条件 1 只有重力 或弹力 做功 2 受其他力 但其他力不做功或其他力做功为零 自主解答 由于子弹打入木块及压缩弹簧的整个过程中 系统所受的合外力等于零 则系统的动量守恒 由于子弹在打入木块过程中与木块间的阻力做功 使机械能的一部分转化为内能 所以系统机械能不守恒 答案 C 变式训练如图1 5 2所示 A B两个木块用弹簧连接 它们静止在光滑水平面上 A和B的质量分别是99m和100m 一颗质量为m的子弹以速度v0水平射入木块A内没有穿出 在后来的过程中弹簧弹性势能的最大值是多大 图1 5 2 双选 2011年高考大纲全国卷 质量为M 内壁间距为L的箱子静止于光滑的水平面上 箱子中间有一质量为m的小物块 小物块与箱子底板间的动摩擦因数为 初始时小物块停在箱子正中间 如图1 5 3所示 现给小物块一水平向右的初速度v 小物块与箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中间 并与箱子保持相对静止 设碰撞都是弹性的 则整个过程中 系统损失的动能为 图1 5 3 答案 BD 方法总结 本题考查动量守恒定律 能量守恒定律及摩擦内能的决定因素等知识 对物体受力分析和物理过程的分析以及确定始 末状态是解决此类问题的关键 同学们 来学校和回家的路上要注意安全 同学们 来学校和回家的路上要注意安全