能量守恒定律與能源教案_物理_教學(xué)設(shè)計_人教版

1、第十節(jié) 能量守恒定律與能源（宗彥峰 陜西師大附中 710061）【教材版本】 人教版【設(shè)計理念】 通過對本節(jié)課的學(xué)習(xí)，幫助學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀,形成科學(xué)理論是發(fā)展的觀念,也為學(xué)生能夠在廣闊的知識背景中考慮問題,提高理論聯(lián)系實際的能力奠定基礎(chǔ),使得學(xué)生的有關(guān)能量的知識結(jié)構(gòu)更加的完善。【教材分析】 本節(jié)內(nèi)容安排在學(xué)習(xí)了機械能之后，學(xué)生已經(jīng)有了有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的一些圖景，體會到能量概念是對自然現(xiàn)象的抽象和概括。從而從“機械能的轉(zhuǎn)化與守恒”聯(lián)想擴展到“自然界中各種能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)換中總能量守恒”?！緦W(xué)情分析】 學(xué)生通過機械能的學(xué)習(xí)，已經(jīng)形成了有關(guān)能量轉(zhuǎn)化的一些圖景，具備了從“機械能的轉(zhuǎn)化與守恒”聯(lián)想擴展到“

2、自然界中各種能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)換中總能量守恒”的基礎(chǔ)?！窘虒W(xué)目標(biāo)】1、知識與技能1知道能量是一個重要的物理量，知道能量守恒確立的兩類重要事實。2.能應(yīng)用能量守恒解決一些問題。3.知道能量耗散，了解自然界中宏觀過程中的能量守恒以及能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性，認識到提高效率的重要性，4.知道能源短缺和環(huán)境惡化是關(guān)系到人類社會能否持續(xù)發(fā)展的重大問題，增強節(jié)約能源和環(huán)境保護的意識。2、過程與方法通過文獻查閱和調(diào)查研究的方法、問題討論法3、情感、態(tài)度與價值觀通過文獻查閱和調(diào)查研究的方法，使學(xué)生認識到能量守恒定律是人們認識自然的重要工具，能源關(guān)系到人類的衣食住行，關(guān)系到國家的興旺發(fā)達。培養(yǎng)節(jié)約能源和環(huán)境保護的意識

3、?！局攸c難點】 1、教學(xué)重點能量守恒定律、能量的耗散2、教學(xué)難點 能量守恒定律的理解【教學(xué)方法】查閱文獻+調(diào)查研究+交流討論【教學(xué)思路】通過學(xué)生進行素材的采集和整理，通過上網(wǎng)查詢、資料檢索等形式查找能量守恒定律的形成和建立過程的資料，通過調(diào)查訪問的形式搜集生產(chǎn)、生活中與能源有關(guān)的材料，對自己獲取的材料進行分析研究，形成自己的觀點和想法，以便在課堂上進行討論交流?！窘虒W(xué)過程】 一、課前準(zhǔn)備 A、查找有關(guān)能量守恒定律形成和建立過程的資料。B、通過調(diào)查的形式，搜集生產(chǎn)、生活中與能源有關(guān)的資料，能弄清楚涉及了那些能量、能量的轉(zhuǎn)化方向、能量轉(zhuǎn)化中那些力做工引起了各種形式能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。C、通過獲取素材

4、、整理素材、形成觀點的過程，認真體會能量是更深層次上反映運動和相互作用的本質(zhì)，能量守恒定律是人類認識自然的重要工具。 二新課教學(xué)一）能量守恒定律 1、能量形式的多樣性 2、能量的轉(zhuǎn)化 3、能量守恒定律: 能量既不可會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變 4 、能量守恒定律的普遍性和重要性二）、能源和能量耗散 1、能源的利用經(jīng)歷 2、能量耗散三教學(xué)過程過程 環(huán)節(jié)1、各組的調(diào)查研究的成果的展示和交流環(huán)節(jié)2、教學(xué)過程問題1：在驗證機械能守恒定律的實驗中，重物帶著紙帶下落時，計算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，減少的重力勢能的值

5、大于增加的動能的值，即機械能的總量在減少原因就是紙帶和打點計時器之間的摩擦力和空氣的阻力等是不是考慮了各種摩擦和阻力后這部分能量就消失了呢? 學(xué)生根據(jù)所學(xué)知識總結(jié)歸納：沒有，它轉(zhuǎn)化成為除機械能外的其他的能量了 教師引導(dǎo)：它轉(zhuǎn)化成了機械能外的其他形式的能量，除重力、彈力之類的力外，其他任何力對物體做功使物體的機械能增加或減少的過程，實質(zhì)上都是其他形式的能與機械能相互轉(zhuǎn)化的過程，在轉(zhuǎn)化的過程中，能的總量是不變的這是大自然的一條普遍的規(guī)律，而機械能守恒定律只是這一條普遍規(guī)律的一種特殊情況問題2：驗證機械能守恒定律中，減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能生活中還有很多這樣能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的例子，同學(xué)們能否舉出幾例，并

6、說明其中的能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程?學(xué)生舉例：1、在摩擦生熱的現(xiàn)象中，克服摩擦力做多少功，就有多少機械能轉(zhuǎn)化成等量的內(nèi)能2、通過電流的導(dǎo)線變熱，電能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能3、灼熱的燈絲發(fā)光，內(nèi)能轉(zhuǎn)化成光能4、燃料燃燒生熱，化學(xué)能轉(zhuǎn)化成內(nèi)能；參考案例：演示實驗1：在一個玻璃容器內(nèi)放入沙子，拿一個小鐵球分別從某一高度釋放，使其落到沙子中。思考：小球運動過程中機械能是否守恒？請說出小球運動過程中能量的轉(zhuǎn)化情況。演示實驗2：在盛有水的玻璃容器中放一小木塊，讓小木塊在水中上下浮動，過一段時間，小木塊停止運動。思考：小木塊運動過程中機械能是否守恒？請說出小球運動過程中能量的轉(zhuǎn)化情況。能是狀態(tài)量，功是過程量。不同形式的能量之

7、間的轉(zhuǎn)化是通過做功實現(xiàn)的。做功的過程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的過程。且做了多少功,就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移),因此,功是能量轉(zhuǎn)化的量度。如舉重運動員把重物舉起來,對重物做了功這一過程中,運動員通過做功消耗了體內(nèi)的化學(xué)能,轉(zhuǎn)化為重物的重力勢能.并且,運動員做了多少功,就有多少化學(xué)能轉(zhuǎn)化為重力勢能。能量的具體值往往無多大意義,我們關(guān)心的大多是能量的變化量,能量的變化必須通過做功才能實現(xiàn),某種力做功往往與某一具體的能量變化相聯(lián)系。問題3：分析常見力做功與能量轉(zhuǎn)化的對應(yīng)關(guān)系： 重力做功： 彈力做功： 電流做功：解答：重力做功：重力勢能和其他能相互轉(zhuǎn)化；彈力做功:彈性勢能和其他能相互轉(zhuǎn)化

8、；電流做功:電能和機械能等其他形式的能相互轉(zhuǎn)化；從上面的例子我們可以看出，能量之間是可以相互轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的以上實驗表明，各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，一種能量減少，必有其他能量增加，一個物體的能量減少，必定其他物體能量增加，能量的總和并沒有變化。這就是我們今天要學(xué)習(xí)的能量守恒定律。引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，說出能量守恒定律的內(nèi)容，并引用教材上的話，說明能量守恒定律的建立有何重大意義。補充資料：對于能量守恒，科學(xué)家進行了長期的探索：1801年，戴維發(fā)現(xiàn)了電流的化學(xué)效應(yīng)；1820年，奧斯特發(fā)現(xiàn)了電流的磁效應(yīng)；1821年，塞貝克發(fā)現(xiàn)了溫差電現(xiàn)象；1831年，法拉第發(fā)現(xiàn)了電磁感應(yīng)現(xiàn)象；1840年，焦耳發(fā)現(xiàn)了電流的

9、熱效應(yīng)；1842年，邁爾表述了能量守恒定律，并計算出熱功當(dāng)量的數(shù)值；1843年，焦耳測定了熱功當(dāng)量的數(shù)值。從而，確立了電化學(xué)、電和磁、電和熱、力和熱等自然現(xiàn)象之間的聯(lián)系。1847年，亥姆霍茲在理論上概括和總結(jié)了能量守恒定律。發(fā)現(xiàn)能量守恒定律的歷史表明，能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)不是偶然的它是人類對自然認識發(fā)展到一定階段的產(chǎn)物；除了物理學(xué)外，別的學(xué)科對能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)也有貢獻。師生總結(jié)： 1能量守恒定律的內(nèi)容：能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變 2定律的表達式： 3發(fā)現(xiàn)能量守恒定律的意義：能量守恒定律的建

10、立，是人類認識自然的一次重大飛躍，是哲學(xué)和自然科學(xué)長期發(fā)展和進步的結(jié)果，它是最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一，而且是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式例1：如圖所示，在水平桌面的邊角處有一輕質(zhì)光滑的定滑輪K，一條不可伸長的輕繩繞過K分別與物塊A、B相連，A、B的質(zhì)量分別為mA、mB。開始時系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)用一水平恒力F拉物塊A，使物塊B上升。已知當(dāng)B上升距離為h時，B的速度為v。求此過程中物塊A克服摩擦力所做的功。重力加速度為g。 解答：由于連結(jié)AB繩子在運動過程中未松，故AB有一樣的速度大小，對AB系統(tǒng)，由功能關(guān)系有：求得：例2：一小滑塊放在如圖所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑塊

11、，小滑塊沿斜面運動了一段距離。若已知在這過程中，拉力F所做的功的大?。ń^對值）為A，斜面對滑塊的作用力所做的功的大小為B，重力做功的大小為G，空氣阻力做功的大小為D。當(dāng)用這些量表達時，小滑塊的動能的改變（指末態(tài)動能減去初態(tài)動能）等于多少？，滑塊的重力勢能的改變等于多少？滑塊機械能（指動能與重力勢能之和）的改變等于多少？解析：根據(jù)動能定理，動能的改變等于外力做功的代數(shù)和，其中做負功的有空氣阻力，斜面對滑塊的作用力的功（因彈力不做功，實際上為摩擦阻力的功），因此Ek=A - B+C - D；根據(jù)重力做功與重力勢能的關(guān)系，重力勢能的減少等于重力做的功，因此Ep= - C；滑塊機械能的改變等于重力之外

12、的其他力做的功，因此E = A B D教師點評：能量守恒定律是貫穿整個物理學(xué)的基本規(guī)律之一,是學(xué)習(xí)物理學(xué)的一條主線。要分清系統(tǒng)中有多少種形式的能,發(fā)生了哪些轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移.滑動摩擦力與相對距離的乘積在數(shù)值上等于系產(chǎn)生的內(nèi)能、即：注意:(1)某種形式的能減少,一定存在其他形式的能增加,且減少量一定和增加量相等(2)某個物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量和增加量一定相等。這也是我們列能量守恒表達式時的兩條基本思路。例3：2001年9月11日，恐怖分子劫持波音757飛機以的速度撞擊紐約世界大廈，已知波音757飛機質(zhì)量為7t，攜帶航空汽油質(zhì)量為30t，汽油的燃燒值為，飛機長，求：（結(jié)果保

13、留兩位有效數(shù)字）飛機撞擊世貿(mào)大廈釋放多少能量？試估算飛機對世貿(mào)大廈的平均沖擊力是多大？（設(shè)機尾恰好插入大樓）解答:飛機撞擊世貿(mào)大廈釋放的能量等于飛機及汽油的動能與汽油燃燒放出的化學(xué)能： 飛機撞擊世貿(mào)大廈時，速度由變?yōu)榱?，飛機長80m看作作用距離，所以飛機對世貿(mào)大廈的平均沖擊力為：1.4×107N說明:能源和高新技術(shù)一旦被恐怖分子所掌握，就會成為人類的災(zāi)難，紐約世貿(mào)大廈就是被飛機攜帶的航空汽油燃燒釋放的化學(xué)能而轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，融化了世貿(mào)大廈的鋼結(jié)構(gòu)導(dǎo)致坍塌。世界各國在積極開發(fā)和利用能源的同時，也十分注意能源的使用安全問題。問題4：既然能量是守恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約能源?教師進

14、行情景的引導(dǎo)：勻速的汽車剎車后可以停下來，但是停下來的汽車不能主動運動起來；沙漠沙化后不能自發(fā)變成綠洲；打碎的鏡子不能恢復(fù)原狀，人死不能復(fù)生等，在提示著我們自然界的一些宏觀過程有著一定的方向性。學(xué)生舉例：1、 2、 3、從上面的例子我們可以看出:在能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能的總量是守恒的，但能量的品質(zhì)卻降低了，這叫做能量耗散。在能源的利用過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中,能量在數(shù)量上并未減少,但在利用的品質(zhì)上降低了,從便于利用的變成不便于利用的了。是能源危機更深層次的含意,也是“自然界的能量雖然守恒,但還是要節(jié)約能源”的根本原因。例4：太陽能的儲存一直是個難題.科學(xué)家發(fā)現(xiàn),鹽水湖被太陽曬久了,湖底

15、的濕度會越來越高,并難以通過湖水的對流將熱散發(fā)出去，而淡水湖不具備這一特點。根據(jù)這一特點,可以利用鹽水湖來儲存太陽能.你能分析這是為什么嗎?你能根據(jù)這規(guī)律設(shè)計出一種儲存太陽能的具體方案嗎？（提示:鹽水湖中含鹽量高的湖水密度大,總是留存湖底不會上浮)解答:在含鹽量高的湖水的表面吸收了太陽能之后，部分水分被蒸發(fā)，使湖水表面水層含鹽量變大且溫度也隨之升高.由于含鹽量高的湖水密度大，所以這部分密度大、溫度高的表層湖水就會在重力作用下下沉，將所吸收的郜分太陽能帶到湖底，使湖底溫度越來越高。由于湖底鹽水密度大于上部湖水密度，因此湖底的鹽水不會再向上運動，將熱量散失，這就使得太陽能得到儲存。師生總結(jié)：1、能量耗散：流散的內(nèi)能無法重新收集起來加以利用的現(xiàn)象叫做能量耗散。 2、能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有