学粤教版选修35 1.5 自然界中的守恒定律 课件（3）（13张）.ppt

第五节自然界中的守恒定律 情景导入在自然界中 形形色色现象和存在的事物都是和谐的 对称的 比如人分男女 人左右对称 在物理学中有时间对称性和空间对称性 你能根据你所学的知识指出一些对称吗 我国主要银行商标是对称图象图1 5 1 简答 天体的运动和电子的绕核运动 无阻力下的小球摆动 左右对称 万有引力定律f 和库仑定律f 的对称等等 所以 我们用对称的思想去观察 去理解物理是非常必要的 知识预览 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 1 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 a 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 机械能是否守恒 图1 5 2 课堂练习 c 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 2 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 d 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 ek 30j 机械能损失了 e 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 e 60j 设其机械能的减少量为 e 因为重力及空气阻力恒定 所以在上述的两个过程中 有 ek mgs fs e fs ek mgh fh e fh所以