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《能量守恒定律》教学

 新用户65120Joi 2022-06-20 发布于山西
本节内容更像一篇阅读文章,其中的观点在必修一、甚至初中已经有所了解。从以往所学内容来看,机械能守恒定律、“机电能守恒定律”(只有静电力、重力做功时,系统的机械能、电势能在局部变化中保持不变)、闭合电路欧姆定律、电磁感应现象,都有能量守恒的影子。在解决涉及能量转化的问题,通常也有意、无意的用到能量守恒定律。

尽管运用能量守恒定律解决问题的频率很高,但若是对能量的理解没有一点迷茫感的话,还是无法理解能量的。至少我自己的感觉,虽然学物理、教物理的年头已不短,但对时间、空间、能量这几个常用概念的确切理解,还是十分底虚。

为何对能量这个概念的认识,直到能量守恒定律的得出,道路曲折至此。我只能说,这个概念和其他概念相比,抽象到无法抽象。以至于能量守恒定律的确立,是典型的外来神作,迈耶、焦耳、赫姆霍兹这些非正统派物理学研究者,从不同的角度阐述了相同的能量守恒的思想。

从能量守恒定律的视角来看热力学第一定律,就是内能的转移和内能与其他形式的能量之间的转化,理解上需要注意:热量、功都是过程量,与物理过程有关,内能(热能)时状态量,只与状态有关。


能量守恒定律和永动机。失败给人的情绪体验是消极的,但失败后的总结就是失败最大的积极意义。虽然永动机的制造失败了,但对机械制造应该有一定的积极的促进作用。





对高中阶段一些守恒率的思考。
高中物理教材中涉及到的守恒定律:机械能守恒定律、电荷守恒定律、动量守恒定律、能量的转化和守恒定律。

教材中的表述:机械能守恒定律、动量守恒定律这两个力学中重量级的守恒定律都是有前提条件的。实际上将守恒理解为对选定系统的变中有不变的“变不变定律”。

结合多个物理交流群中的观点,自己的认识是这样的:
所有的守恒定律:从本意上来讲,都是无条件的,所谓的条件,是为了便于解决问题。无条件的守恒定律只是陈述了一个事实,但无益于解决具体的问题。

高中阶段对各个守恒定律的应用,都是对特定的孤立系统而言的,否则,一个绝对正确的守恒律是无助于解决问题的。

例如:对一个考虑空气阻力的从静止下落的落体运动。若还是将物体和地球选为系统的话,机械能是不守恒的,能量也是不守恒的,但若把物体、地球和与物体接触的那部分空气当作研究对象,当然,还的假定在下落过程中地球也被孤立了,只和物体之间有相对运动。这样的一种情况下,系统重力势能的减少量与物体动能(地球质量大,认为始终保持静止)的增加量以及物体和空气内能的增加量之和相等。此时对于物体、地球、接触物体的空气这个大系统,能量是守恒的,有的能量减少、有的能量增加,总量保持不变。这样选定孤立系统后,能量的转化和守恒定律才能以一种可以等式化的呈现方式来解决实际问题。电荷守恒定律、动量守恒定律也是如此。实际上,运用系统的某个量的守恒定律,真正的目的在与简化求解系统内的局部某个物理量的变化情况。若非如此,一切的守恒律可能就仅是一种屠龙术了。


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