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叩开学习物理的门与道 20.3 能量的转化与能量守恒
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本节通过“能量的转移”和“能量的转化”两个活动，让同学们认识到自然中各种形式的能量不仅可以转移，而且可以相互转化。又通过历史上曾有一些人设计并制作永动机，但都以失败告终的史实，让同学们一方面知道能量守恒原理是自然中最普遍、最根本的规律，另一方面让同学们认识能量在转移和转化过程中是有方向性的。
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本节学习要点
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●知道能量守恒原理。
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●认识能量在转移和转化过程中是有方向性的。
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本节学习支架
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1.能量守恒原理是怎样被人类发现的？
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德国医生罗伯特·迈尔，从食物中含有化学能联想到它像机械能一样可以转化为热，并从无不生有，有不生变和因果关系等辩证唯物的思想出发，提出了在物理与化学过程中能量守恒的思想。
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生理学家海尔曼·赫尔姆霍茨，从生理学上开始研究能量守恒问题，并提出“物体在引力和斥力作用下的所有运动中，如果引力和斥力的大小只与距离有关，那么，势能在量上的损失，始终等于动能在量上的增加，反之动能在量上的损失，始终也等于势能在量上的增加。因此，所有动能和势能之和，始终是一个常量，即不变的量”。
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物理学家焦耳通过电流热效应实验，证明了能量在转化的过程中是守恒的。
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能量守恒原理是在功和能的概念已被提出，机械能守恒定律已被发现，永动机的设想与研制宣告彻底失败，以及“各种自然现象之间普遍联系”的观点已被人们普遍接受的前提下，又在许多自然科学家实证和论证的基础上建立起来的。
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因此，能量守恒原理是科学家们共同认识的结晶。
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能量守恒原理告诉我们，一定量的某种形式的能在减少的过程中，总伴随有其他形式的能在增加，就其总量而言是不变的，即守恒的。这就是说，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一个物体转移到另一个物体，或者是从一种形式转化为另一种形式。能量在转移和转化的过程中，能的总量保持不变。这就是能量守恒原理。
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能量守恒原理是自然界中最普遍的规律之一。无论是宇观中的天体运行，还是微观中的粒子运动，它们都遵循这一规律。
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可见，能量守恒是大自然的本性！
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2.怎样认识物理学中的“美”？
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我们的物理学是一门非常美的科学。这句话可能有些同学持不同的观点，并说物理学难得让我们害怕，甚至恐惧，还有什么美？我们根本就体会不出它到底“美”在哪里。其实，造成害怕甚至恐惧物理的原因就是：同学们从一开始就没有进入学习物理的正确轨道，而被应试教育推进了“旁门左道”之中，又被那些偏、难、繁、怪的问题所拦截，进而对物理这门科学产生害怕和恐惧的心理。
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其实，物理是一门既有趣，又有用，同时还十分美的科学。
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关于“美”的内涵用一两句话是说不清的，但是，我们可以用科学家们是怎样认识“美”的进而慢慢体悟“美”的含义。
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量子物理学家海森伯在《精确科学中美的意义》一书中，给“美”下了一个定义，即：美是各部分之间以及部分与整体之间，固有的和谐。他还说：“simplex sigillumveri——简单是美的标志；pulchritudo spiendor veritatis——美是真的光辉。”
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科学家爱因斯坦说：“世界赋予的秩序和谐，我们只能以谦卑的方式不完全地把握其逻辑的质朴性的美。”又说：“一切科学工作都基于这种信仰，确信宇宙具有一个完全和谐的结构。今天，我们比任何时候都没有理由让我们自己人云亦云地放弃这个美妙的信仰。”
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哲学家弗兰西斯·培根给“美”制定了一条标准，即一切绝妙的美，都显示出奇异的均衡关系。
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可见，在科学家心目中的“美”概括起来说，就是质朴、真实、简单、均衡、不变、对称、辩证、稳定、和谐等。
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当同学们确立了上述的审美观念之后，就一定会体悟到物理中的“美”了，甚至还会觉得物理这门科学中处处都有“美”的表现。
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3.为什么说能量守恒原理是自然中最根本的规律？
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