1 追寻守恒量——能量
演练提升
夯基达标
1.唐朝诗人杜甫的诗作《登高》中有这样两句诗:”无边落木萧萧下,不尽长江滚滚来”。从物理学的角度来说,”落木萧萧下”的过程是 能转化为 能;而”滚滚来”的长江水蕴涵丰富的 能。
解析:”落木萧萧下”,是指落木的位置由高到低的变化过程,因而势能由大变小,转化为自己的动能;”滚滚来”的长江水是运动的,因而含有大量动能。
答案:势 动 动
2.为什么在空中飞行的子弹对人体有杀伤力,而相同的子弹在静止时则没有杀伤力?为什么以相同速度飞行的炮弹比子弹的杀伤力大得多呢?
解答:因为动能不但与物体的速度有关,还与物体的质量有关。运动的子弹速度很大,对人体有杀伤力;炮弹比子弹的质量大,相同速度的炮弹比子弹具有的动能大,具有更大的杀伤力。
3.如图所示的伽利略理想斜面实验中,小球速度为零时的高度与它出发时的高度相同,我们把这一事实说成是”有某一量是守恒的”,下面说法正确的是( )
A.在小球运动过程中,它的速度大小是守恒的
B.在小球运动过程中,它的重力势能是守恒的
C.在小球运动过程中,它的动能是守恒的
D.在小球运动过程中,能量是守恒的
答案:D
4.自己设计一个实验方案,探究动能与势能的相互转化过程中总能量保持不变。
解答:伽利略的斜面实验中,使我们认识到当物体由于高度变化决定的某一量减少时,其由于运动速度决定的某一量在增大,反之亦然。说明势能与动能间发生转化并守恒。由此,我们可以联想类比,观察现实中动能与势能相互转化的实例,设计实验,从而定量地验证机械能守恒,即能量守恒。
能力提升
5.试以伽利略斜面实验为例,说明引入能量概念的理由。
解答:如果不引入能量概念,我们也可以对伽利略斜面实验作这样的描述:”为了提高小球,伽利略施加了与重力相反的力。当他释放小球时,重力使小球滚下斜面。在斜面的底部,小球由于惯性而滚上另一斜面”。然而,这样描述无法表达在空气阻力和摩擦力小到可以忽略的情况下,小球总是能够滚到与起始点相同的高度,无法描述小球运动过程中的守恒量。因此,从描述守恒量的需求来看,引入能量概念是十分必要的。
拓展探究
6.如图所示,将一个带轴的轮子用两根细线悬吊起来,使轮轴处于水平状态,做成一个”滚摆”。旋转滚摆,让细线绕在轮轴上,然后由静止开始释放滚摆。滚摆就会边旋转边下落,绕在轮轴上的细线也随之不断退出;到达最低点后,滚摆又会边旋转边上升,细线又随之逐渐绕在轮轴上。试分析滚摆运动过程中的能量转化情况。在阻力小到可以忽略的情况下,你猜想滚摆每次都能回升到起始点的高度吗?请说明你猜想的依据。
解答:在滚摆向下运动的过程中,滚摆的高度不断降低,下落速度和旋转速度不断增大,滚摆的势能转化为动能;在滚摆向上运动的过程中,滚摆的高度不断增加,上升速度和旋转速度不断地减小,滚摆的动能又转化为势能。依据能量守恒定律,在阻力小到可以忽略的情况下,滚摆机械能的总量保持不变,滚摆每次
