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1、第五节自然界中的守恒定律第五节自然界中的守恒定律 课前自主学案课前自主学案核心要点突破核心要点突破课标定位课标定位课堂互动讲练课堂互动讲练第第五五节节知能优化训练知能优化训练课标定位课标定位学学习习目目标标：1.知知道道守守恒恒定定律律在在自自然然界界中中普普遍遍存存在在，知知道道什什么么是是对对称称和和对对称称性性，对对称称和和守守恒恒定律的关系定律的关系2知知道道能能量量守守恒恒、动动量量守守恒恒、质质量量守守恒恒三三大大定律，正确地理解以上三大定律定律，正确地理解以上三大定律重点重点难难点：利用守恒定律分析解决点：利用守恒定律分析解决实际问题实际问题课前自主学案课前自主学案一、守恒与不一
2、、守恒与不变变1能能量量守守恒恒：能能量量是是物物理理学学中中最最重重要要的的物物理理量量之之一一，而而且且具具有有多多种种多多样样的的形形式式，各各种种形形式式的的能能量量可可以以相相互互转转化化，但但总总能能量量_可可以以说说，能量的守恒是最重要的守恒形式，能量的守恒是最重要的守恒形式2动动量守恒：量守恒：动动量守恒定律通常是量守恒定律通常是对对相互作相互作用的物用的物质质所构成的系所构成的系统统而言的适用于任何而言的适用于任何形式的运形式的运动动，因此常用来推断系，因此常用来推断系统统在在发发生碰生碰撞前后运撞前后运动动状状态态的的变变化事化事实实上，上，动动量守恒量守恒定律与碰撞定律与
3、碰撞过过程的具体程的具体细节细节无关无关这这一点是很一点是很重要的重要的不不变变二、守恒与对称二、守恒与对称所所谓谓对对称称，其其本本质质也也是是具具有有某某种种_物理规律的每一种对称性物理规律的每一种对称性(即不变性即不变性)通常都通常都相应于一种守恒定律对称和守恒这两个重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要概念是紧密地联系在一起的不不变变性性思考感悟思考感悟在在中中学学物物理理中中，我我们们学学过过的的守守恒恒定定律律都都有有哪哪些？些？提示：提示：三大守恒定律三大守恒定律(质量、能量、动量质量、能量、动量)、机械能守恒定律、电荷守恒定律等机械能守恒定律、电荷守
4、恒定律等核心要点突破核心要点突破一、守恒与不一、守恒与不变变1守恒与不守恒与不变变物物质质世世界界三三大大守守恒恒定定律律是是物物质质、能能量量、动动量量三个方面三个方面(1)各种形式的能量可以相互各种形式的能量可以相互转转化但化但总总能量不能量不变变，可以，可以说说能量守恒是最重要的守恒形式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、电荷守恒定械能守恒定律、动
5、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，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那么在系统的另一个地方一定有相同数量的减少减少2守恒定律的本质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物理量保持不变，例如能量守恒对应着某种时间
6、变换中的不变性；动量守恒则是对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；与空间反射不变性对应的是角动量守恒；与空间反射(镜像镜像)操作不变性对应的是宇称守恒因此，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，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在符合守恒条件时
7、，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些问题作出判断，这是守恒定律的特点和优点点即时应用即时应用(即时突破，小试牛刀即时突破，小试牛刀) (双选双选)(2011年济南模拟年济南模拟)一陨石自高空落到一陨石自高空落到山谷中，有一目击者，他先是看到火光，随山谷中，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下列认识中正确的是()A陨石的动量消失了，转化
8、为声、光、热陨石的动量消失了，转化为声、光、热等形式的能量等形式的能量B陨石的动量消失了，这表明陨石与地球陨石的动量消失了，这表明陨石与地球碰撞中动量不守恒碰撞中动量不守恒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、热等形式的能量声、光、热等形式的能量解析：解析：选选CD.动量不可能转化为能量动量不可能转化为能量A项错项错误；陨石在与地球碰撞的过程中内力远大于误；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，而外力，动量守恒，陨石的
9、动量没有消失，而是传递给了地球，是传递给了地球，B项错误，项错误，C项正确；碰项正确；碰撞过程中陨石的机械能转化为声、光、热等撞过程中陨石的机械能转化为声、光、热等形式的能量，形式的能量，D项正确项正确二、守恒与对称二、守恒与对称1对称性的概念最初来源于生活在艺术、对称性的概念最初来源于生活在艺术、建筑等领域中，所谓建筑等领域中，所谓“对称对称”，通常是指左，通常是指左右对称人体本身就有近似左和右的对称性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，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概念是逐步发展的，今天它已具有十分广泛的含
10、义的含义2另一类对称性是物理定律的对称性，它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，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，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实验将会以完全相同的方式进行这说明物理定律没
11、有因平移而发生变化，这就是物理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生变化，这就是物理定律的转动对称性它表明空间的各个
12、方向对物理定律是一样的，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结果这个事实表示了物理定律的时间平移的对称性的对称性课堂互动讲练课堂互动讲练动量守恒和机械能守恒动量守恒和机械能守恒类型一类型一 (单选单选)一颗子弹水
13、平射入置于光滑水一颗子弹水平射入置于光滑水平面上的木块平面上的木块A中，并留在其中，中，并留在其中，A、B用一用一根弹性良好的轻质弹簧连在一起，如图根弹性良好的轻质弹簧连在一起，如图151所示则在子弹打中木块所示则在子弹打中木块A及弹簧被压及弹簧被压缩的过程中，对子弹、两木块和弹簧组成的缩的过程中，对子弹、两木块和弹簧组成的系统系统()例例例例1 1图图151A动量守恒、机械能守恒动量守恒、机械能守恒B动量不守恒、机械能守恒动量不守恒、机械能守恒C动量守恒、机械能不守恒动量守恒、机械能不守恒D无法判断动量、机械能是否守恒无法判断动量、机械能是否守恒【思路点拨思路点拨】要正确理解机械能的守恒条要
14、正确理解机械能的守恒条件：件：(1)只有重力只有重力(或弹力或弹力)做功；做功；(2)受其他力，受其他力，但其他力不做功或其他力做功为零但其他力不做功或其他力做功为零【自自主主解解答答】由由于于子子弹弹打打入入木木块块及及压压缩缩弹弹簧簧的的整整个个过过程程中中，系系统统所所受受的的合合外外力力等等于于零零，则则系系统统的的动动量量守守恒恒，由由于于子子弹弹在在打打入入木木块块过过程程中中与与木木块块间间的的阻阻力力做做功功，使使机机械械能能的的一一部部分转化为内能，所以系统机械能不守恒分转化为内能，所以系统机械能不守恒【答案答案】C变式训练变式训练如图如图152所示，所示，A、B两个木两个木
15、块用弹簧连接，它们静止在光滑水平面上，块用弹簧连接，它们静止在光滑水平面上，A和和B的质量分别是的质量分别是99m和和100m.一颗质量一颗质量为为m的子弹以速度的子弹以速度v0水平射入木块水平射入木块A内没有内没有穿出，在后来的过程中弹簧弹性势能的最大穿出，在后来的过程中弹簧弹性势能的最大值是多大？值是多大？图图152动量守恒和能量守恒动量守恒和能量守恒类型二类型二 (双选双选)(2011年高考大纲全国卷年高考大纲全国卷)质量质量为为M、内壁间距为、内壁间距为L的箱子静止于光滑的水的箱子静止于光滑的水平面上，箱子中间有一质量为平面上，箱子中间有一质量为m的小物块，的小物块，小物块与箱子底板间
16、的动摩擦因数为小物块与箱子底板间的动摩擦因数为.初始初始时小物块停在箱子正中间，如图时小物块停在箱子正中间，如图153所所示现给小物块一水平向右的初速度示现给小物块一水平向右的初速度v，小，小物块与箱壁碰撞物块与箱壁碰撞N次后恰又回到箱子正中间，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，并与箱子保持相对静止设碰撞都是弹性的，则整个过程中，系统损失的动能为则整个过程中，系统损失的动能为()例例例例2 2图图153【答案答案】BD【方法总结方法总结】本题考查动量守恒定律、能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
