7.1 追寻守恒量
第七章 机械能守恒定律
说一说：生活中的守恒量
说一说：化学中的守恒量
说一说：生物中的守恒量
追寻物理学中的守恒量
“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
等高
如果斜面光滑，当小球到达B斜面的 h高度时，速度为0。
这一特点说明小球在运动过程中，有一个量不变，即存在守恒量。
1﹑伽利略斜面实验
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
你能否根据“速度”与“高度”的关系，将伽利略斜面实验的运动过程抽象化？
小球由加速过程过渡到减速过程，恢复到原来的高度；
加速过程与减速过程中与高度有关的一个物理量在变化的同时，一个与速度有关的物理量也在变化；
与高度有关的物理量的变化引起了另一个与速度有关的物理量的变化。
3﹑势能和动能
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。
相互作用的物体凭借其位置而具有的能量叫做势能（potential energy）。
它们具有势能
球
杠铃
被弹高的人
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？
势能消失
动能
参考面
速度最大
高度为0
小球到达最低点
（参考面）
势能去了哪里？
用“能量”描述伽利略斜面实验
物体由于运动而具有的能量叫做动能（kinetic energy）。
运动着的汽车具有动能
飞驰的足球具有动能
高速飞行的火箭具有动能
A
B
v0 = 0
v0 = 0
用“能量”描述伽利略斜面实验
用“力”描述伽利略斜面实验
为了提高小球，人施加了与重力相反的力。
当释放小球时，重力使小球滚下斜面。
在斜面的底部，小球由于惯性而滚上斜面Ｂ。
从“力”的角度分析伽利略斜面实验的运动过程，有何不足之处？
不能表达和解释一个重要的事实：
如果空气阻力和摩擦力小到可以忽略，小球必将准确的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。
“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。
1. 下列实例中,动能转化为势能的是 ( )
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．
A
课堂练习
解析：B、C、D中均为势能转化为动能．
A中为重力势能转化为小球的动能．
2. 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．
3. 举出生活中的一个例子，说明不同形式的能量之间可以互相转化．
例：游乐园中的海盗船，如果没有摩擦力和空气阻力，船在摇摆时都能达到一定的高度．这说明实际生活中的问题理想化后，确实存在着某一物理量是不变的．
“能量”概念发展史简介
1. 伽利略对摆的论证——为后人认识机械能守恒开辟一途径。
2. 莱布尼兹提出的物体运动的量与物体速度平方成正比被科里奥利称为“活力”。
3. 英国物理学家杨（T.Young）(在光的干涉方面作出贡献)将 mv2/2 称作能量。
课外拓展
4. 热学中永动机不可能实现的确认和各种物理现象之间的普遍联系的发现，导致了能量守恒定律的最终确立。
5. 能量守恒定律的发现最重要的贡献者当推迈耶（M.Meyer）、焦耳（J.P.Joule）和亥姆霍兹（H.von.helmholtz）三位伟大的科学家。
6. 能量守恒是自然界的基本规律. 自然界的一切过程都必须满足能量守恒，但满足能量守恒定律的过程不一定都能实现。
7. 经典物理认为物体的能量是连续值.量子物理中物体的能量是不连续的。
8. 在相对论中,将学到能量和质量是等价的 E=mc2 称质能关系。