高中物理 第一章 碰撞与动量守恒 1.5 自然界中的守恒定律教案 粤教版选修.doc

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1、1.5自然界中的守恒定律课堂互动三点剖析对称和守恒定律1.对称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.常见的对称性有空间的平移和转动以及时间的平移.以上对称性都是指某个系统或具体事物的对称性，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

2、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.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，我们得到完全一样

3、的结果.这个事实表示了物理定律的时间平移的对称性.2.对称与守恒定律的关系人们一直就知道，对称在组织自然世界的过程中扮演了一个很重要的角色.我们都熟悉太阳的圆形，雪花和结晶体的规则性.然而，并非所有的对称都是几何性的.男女的对称、正负电荷的对称也是很有用的概念，但这种对称是抽象性质的.这些抽象的对称所显露的物质内部构造的优美，使大部分物理学家感到惊奇.物理学家们不久便开始发问这些对称性背后的意义.一位杰出的理论物理学家说：“大自然似乎是想用这些对称来告诉我们什么秘密”.数学分析的力量在这个时候显露了出来.群论表明，一切对称都可以在一个单一的

4、主要基本对称中找到其自然的起源.人们发现，较为复杂的对称都可以通过非常简单的组合得到.守恒定律是自然界和谐对称的一种体现.在我们学习的物理中，有许多运动是对称的，运动中的各过程也是对称，利用对称的思想和方法，可以更有效地处理解决问题.各个击破【例题】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1-5-2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1-5-2A.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、

5、机械能是否守恒解析：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它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类题演练某一物体以60J的初动能，从A点被竖直上抛，在它上升到某一高度时，动能损失了30J,而机械能损失了10J,则该物体落回A点时的动能为（设空气阻力大小恒定）（）A.50JB.40JC.30JD.20J解析：物体在上升过程中，受重力与空气阻力作用，重力与空气阻力对物体均做负功；物体在下降过程中，仍受重力与空气阻力作用，但重力做正功，空

6、气阻力仍做负功.据题意，物体在上升到某一高度时，动能损失了

7、ΔEk

8、=30J,机械能损失了

9、ΔE′

10、=10J,由动能定理知，物体克服重力、空气阻力做的功总和为30J.由功能原理可知，物体克服空气阻力做的功为10J.在物体上升到最高点的过程中，物体的动能损失为

11、ΔE′

12、=60J，设其机械能的减少量为ΔE′,因为重力及空气阻力恒定，所以在上述的两个过程中，有

13、ΔEk

14、=mgs+fs,

15、ΔE

16、=fs，

17、ΔEk′

18、=mgh+fh,

19、ΔE′

20、=fh所以.代入数据，得

21、ΔE′

22、=20J物体在上升过程与下降过程中，克服空气阻力做的功相等，所以在全过程中的

23、机械能损失为2

24、ΔE′

25、，故物体在落回A点时的动能为Ek=Ek0-2

26、ΔE′

27、=20J，选项D正确.答案：D变式提升如图1-5-3所示，自由落下的小球，从接触竖直放置的弹簧开始到弹簧的压缩量最大的过程中，小球的速度及所受的合外力的变化情况是（）图1-5-3A.合力变小，速度变小B.合力变小，速度变大C.合力先变小，后变大；速度先变大，后变小D.合力先变大，后变小；速度先变小，后变大解析：根据牛顿第二定律知道，物体受到的合外力与物体的加速度是瞬时对应关系，所以在分析问题时，要详尽地分析物体运动变化过程中的受力情况，进而分析加速度和速度的变化情

28、况.铁球接触弹簧前，做自由落体运动，有一向下的速度.铁球接触弹簧后，在整个压缩弹簧的过程中，仅受重力G和弹簧弹力F的作用.开始压缩时，弹簧的弹力F小于物体的重力G，合外力向下，铁