2024-2025學(xué)年高中物理第七章機(jī)械能守恒定律10能量守恒定律與能源1教案新人教版必修2

PAGE1-課題§7.10能量守恒定律與能源課型新授課（1課時(shí)）教學(xué)目標(biāo)學(xué)問與技能理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散．過程與方法通過對生活中能量轉(zhuǎn)化的實(shí)例分析，理解能量守恒定律的準(zhǔn)確含義．情感，看法與價(jià)值觀1．用能量的觀點(diǎn)分析問題應(yīng)當(dāng)深化學(xué)生的心中，因?yàn)檫@是最本質(zhì)的分析方法．2．感知我們四周能源的耗散，樹立節(jié)能意識(shí)．教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)1．能量守恒定律的內(nèi)容．2．應(yīng)用能量守恒定律解決問題．教學(xué)難點(diǎn)1．理解能量守恒定律的準(zhǔn)確含義．2．能量轉(zhuǎn)化的方向性．教學(xué)方法探究、講授、探討、練習(xí)教學(xué)手段教具打算投影儀、教學(xué)錄像或課件、玻璃容器、沙子、小鐵球、水、小木塊．教學(xué)活動(dòng)[新課導(dǎo)入]師：我們已學(xué)習(xí)了多種形式的能，請同學(xué)們說出你所知道的能量形式．我們還知道不同量之間是可以相互轉(zhuǎn)化的，請舉幾個(gè)能量轉(zhuǎn)化的例子．生1：電燈能夠發(fā)光是因?yàn)殡娔苻D(zhuǎn)化為了光能．師：當(dāng)電燈發(fā)光的同時(shí)．還能感覺到電燈是熱的，說明什么問題呢?生1：說明在電能轉(zhuǎn)化為光能的同時(shí)還產(chǎn)生了熱能．生2：我舉一個(gè)例子，當(dāng)兩個(gè)物體相互摩擦的時(shí)候，它們的溫度會(huì)上升，這個(gè)過程中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能．生3：在火箭放射的時(shí)候，推動(dòng)劑燃燒產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為火箭的機(jī)械能．生4：汽車在行駛過程中，汽車內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為汽車的機(jī)械能．師：剛才同學(xué)們分析得都很好，看起來自然界除了我們在上幾節(jié)學(xué)過的機(jī)械能之外，還有各種各樣的能量，機(jī)械能守恒定律成立的條件是什么?生：機(jī)械能守恒定律成立的條件是只有重力或彈力做功．師：我們看一下下面幾種狀況下物體所處的系統(tǒng)機(jī)械能是否守恒．[新課教學(xué)]一、能量守恒定律(演示試驗(yàn)1：在一個(gè)玻璃容器內(nèi)放人沙子，拿一個(gè)小鐵球分別從某一高度釋放，使其落到沙子中)師：大家看這樣一個(gè)問題：小球運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能是否守恒?請說出小球運(yùn)動(dòng)過程中能量的轉(zhuǎn)化狀況．生：小球在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能不守恒，依據(jù)機(jī)械能守恒定律成立的條件是只有重力或彈力做功，在小球下落的過程中，除了受到的重力做功之外，還有沙子對它做功，沙子對鐵球做負(fù)功，鐵球在下落過程中機(jī)械能是削減的．師：從這個(gè)問題中我們可以得到什么結(jié)論?生：外力(除了重力和彈力之外的力)對系統(tǒng)做負(fù)功，系統(tǒng)的機(jī)械能削減．[演示試驗(yàn)2：用手提一個(gè)物體勻速上升，讓學(xué)生分析機(jī)械能的變更狀況(物體可以是身邊的物體，例如黑板擦、課本等等)]師：這個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能是否守恒，假如不守恒，緣由是什么，機(jī)械能是怎樣變更的?生：這個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能不守恒，緣由是不符合機(jī)械能守恒定律成立的條件，有外力對物體做了功，這個(gè)力是人對物體向上的拉力．在運(yùn)動(dòng)過程中，物體動(dòng)能沒有發(fā)生變更，而物體的重力勢能增加了，所以系統(tǒng)的機(jī)械能是增加的．師：我們可以得出什么結(jié)論?生：當(dāng)外力(除了重力或彈力以外的力)對物體做正功，物體的機(jī)械能增加，物體機(jī)械能的增加量等于外力對物體做的功．師：從這兩個(gè)例子中我們能夠得出什么結(jié)論?生：物體所處的系統(tǒng)機(jī)械能守恒是有條件的，當(dāng)外力對物體做功時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒，此時(shí)外力對系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)機(jī)械能的變更．師：這里的外力是指的什么?生：這里的外力是指的除了物體本身重力和彈力之外的力．師：這個(gè)結(jié)論叫做功能原理．從這兩個(gè)例子中我們可以看到，機(jī)械能守恒定律并不是自然界中最基本的守恒定律，當(dāng)涉及到多個(gè)能量之間的相互轉(zhuǎn)化時(shí)，我們應(yīng)當(dāng)怎樣探討這些能量之間的關(guān)系呢?師：下面大家閱讀28頁中有關(guān)能量守恒定律建立的過程，回答相應(yīng)的問題．(學(xué)生閱讀課本，總結(jié)能量守恒定律的表達(dá)方式)師：導(dǎo)致能量守恒定律最終確立的兩類重要事實(shí)是什么?生：導(dǎo)致能量守恒定律最終確立的兩類重要事實(shí)是確立了永動(dòng)機(jī)的不行能性和發(fā)覺了各種自然現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化．師：能量守恒定律的內(nèi)容是什么?生：能量既不會(huì)殲滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式．或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總和保持不變．師：能量守恒定律是一個(gè)人發(fā)覺的嗎?生：能量守恒定律不是一個(gè)人發(fā)覺的，到了19世紀(jì)40年頭前后．科學(xué)界已經(jīng)形成一種思想氛圍，即用聯(lián)系的觀點(diǎn)去視察自然，各種不同能量可以相互轉(zhuǎn)化，這預(yù)示著，到了把分立環(huán)節(jié)連成一體的時(shí)候了，也就是到了建立能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的時(shí)候了，不同國家、不同領(lǐng)域的十幾位科學(xué)家，以不同的方式，各自獨(dú)立提出了能量守恒定律的內(nèi)容：能量既不會(huì)殲滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)物體．而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中．能量的總和保持不變．師：看起來能量守恒定律是人類進(jìn)步的一個(gè)必定的結(jié)果，那么對能量守恒定律作出貢獻(xiàn)比較大的科學(xué)家是誰呢?生：對能量守恒定律貢獻(xiàn)比較大的科學(xué)家有：德國物理學(xué)家和醫(yī)生邁爾，英國物理學(xué)家焦耳，德國物理和生理學(xué)家女姆霍茲等人．師：現(xiàn)在看一個(gè)科教片：能量守恒定律的建立過程．(多媒體播放能量守恒定律的建立過程)(參考案例)能量守恒定律是建立在自然科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上的，從16世紀(jì)到18世紀(jì)．經(jīng)過伽利略、牛頓，惠更斯、萊布尼茨以及伯努利等很多物理學(xué)家的仔細(xì)探討，使動(dòng)力學(xué)得到了較大的發(fā)展，機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒的初步思想，在這一時(shí)期已經(jīng)萌發(fā)．18世紀(jì)末和19世紀(jì)初，各種自然現(xiàn)象之間聯(lián)系相繼被發(fā)覺．倫福德和戴維的摩擦生熱試驗(yàn)否定了熱質(zhì)說．把物體內(nèi)能的變更與機(jī)械運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來．1800年獨(dú)創(chuàng)伏打電池之后不久，又發(fā)覺了電流的熱效應(yīng)、磁效應(yīng)和其他的一些電磁現(xiàn)象．這一時(shí)期，電流的化學(xué)效應(yīng)也被發(fā)覺，并被用來進(jìn)行電鍍．在生物學(xué)界，證明白動(dòng)物維持體溫柔進(jìn)行機(jī)械活動(dòng)的能量跟它所攝取的食物的化學(xué)能有關(guān)，自然科學(xué)的這些成就，為建立能量守恒定律作了必要的打算．能量守恒定律的最終確定，是在19世紀(jì)中葉由邁爾、焦耳和荄姆霍茲等人完成．德國醫(yī)生邁爾是從生理學(xué)的角度起先對能量進(jìn)行探討的．1842年，他從“無不生有，有不變無”的哲學(xué)觀念動(dòng)身．表達(dá)了對能量轉(zhuǎn)化和守恒思想，他分析了25種能量的轉(zhuǎn)化和守恒現(xiàn)象，成為世界上最先闡述能量守恒思想的人．英國物理學(xué)家焦耳從1840年到1878年將近40年的時(shí)間里．探討了電流的熱效應(yīng)，壓縮空氣的溫度上升以及電、化學(xué)和機(jī)械作用之間的聯(lián)系，做了400多次試驗(yàn)，用各種方法測定了熱和功之間的當(dāng)量關(guān)系，為能量守恒定律的發(fā)覺奠定了堅(jiān)實(shí)的試驗(yàn)基礎(chǔ)．在1847年，當(dāng)焦耳宜布他的能量觀點(diǎn)的時(shí)候，德國學(xué)者荄姆霍茲在柏林也宜讀了同樣課題的論文．在這篇論文里，他分析了化學(xué)能、機(jī)械能、電磁能、光能等不同形式的能的轉(zhuǎn)化和守恒，并且把結(jié)果跟永動(dòng)機(jī)不行能制造勝利聯(lián)系起采，他認(rèn)為不行能無中生有地創(chuàng)建一個(gè)永久的推動(dòng)力，機(jī)器只能轉(zhuǎn)化能量，不能創(chuàng)建和殲滅能量．女姆霍茲在論文里對能量守恒定律作了一個(gè)清楚、全面而且概括的論述，使這肯定律為人們廣泛接受．在19世紀(jì)中葉，還有一些人也致力于能量守恒地探討．他們從不同的角度動(dòng)身，彼此獨(dú)立地探討，卻幾乎同耐發(fā)覺了這一宏大的定律．因此，能量守恒定律的發(fā)覺是科學(xué)發(fā)展的必定結(jié)果．此時(shí)，能量轉(zhuǎn)化和守恒定律得到了科學(xué)界的普遍承認(rèn)．這一原理指出：自然界的一切物質(zhì)都具有能量，對應(yīng)于不同的運(yùn)動(dòng)形式，能量也有不同的形式，如機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和勢能，熱運(yùn)動(dòng)的內(nèi)能．電磁運(yùn)動(dòng)的電磁能，化學(xué)運(yùn)動(dòng)的化學(xué)能等，他們分別以各種運(yùn)動(dòng)形式特定的狀態(tài)參量來表示。當(dāng)運(yùn)動(dòng)形式發(fā)生變更或運(yùn)動(dòng)量發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，能量也從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個(gè)系統(tǒng)傳遞給另一個(gè)系統(tǒng)：在轉(zhuǎn)化和傳遞中總能量始終不變．恩格斯曾經(jīng)把能量轉(zhuǎn)化和守恒定律稱為“宏大的運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律”，認(rèn)為它的發(fā)覺是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)覺之一．(另兩個(gè)發(fā)覺是細(xì)胞學(xué)說，達(dá)爾文的生物進(jìn)化論)師：通過學(xué)習(xí)能量守恒定律，你受到了什么啟示?生：能量守恒定律的建立過程，是人類相識(shí)自然的一次重大的飛躍，是哲學(xué)和自然科學(xué)長期發(fā)展和進(jìn)步的結(jié)果．它是最普遍、最重要、最牢靠的自然規(guī)律之一，而且是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式．和諧美是科學(xué)的魅力所在．師：這位同學(xué)總結(jié)得很好，美是無處不在的，物理學(xué)中更是到處存在著美，希望同學(xué)們在學(xué)習(xí)中留意發(fā)覺，留意體會(huì)，這樣我們的學(xué)習(xí)將會(huì)更加的豐富多彩．[課堂訓(xùn)練]下列對能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的相識(shí)正確的是……………()A。某種形式的能削減，肯定存在其他形式的能增加B。某個(gè)物體的能削減．必定有其他物體的能增加C。不須要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對外做功的機(jī)器——永動(dòng)機(jī)是不行能制成的D。石子從空中落下，最終慘止在地面上，說明機(jī)械能消逝了解析；能量守恒定律是指能量的總量不變，但更重要的是指轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中的守恒．在不同形式的能量間發(fā)生轉(zhuǎn)化，在不同的物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移．不須要任何外界動(dòng)力而持續(xù)對外做功的機(jī)器是違反能量守恒定律的，是恒久不行能制成的．機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量而不能消逝，能量是不會(huì)消逝的．A選項(xiàng)是指不同形式的能量間在轉(zhuǎn)化，轉(zhuǎn)化過程中是守恒的．B選項(xiàng)是指能量在不同的物體間發(fā)生轉(zhuǎn)移，轉(zhuǎn)移過程中是守恒的．這正好是能量守恒定律的兩個(gè)方面——轉(zhuǎn)化與轉(zhuǎn)移．任何永動(dòng)機(jī)都是不行能制成的，它違反了能量守恒定律，所以ABC正確．D選項(xiàng)中石子的機(jī)械能在變更，比如受空氣阻力作用，機(jī)械能可能要削減，但機(jī)械能并沒有消逝，能量守恒定律表明能量既不能創(chuàng)生，也不能消逝．故D是錯(cuò)的．說明：此題考查能量守恒定律的理解，以及對水動(dòng)機(jī)的相識(shí)，凡是違反能量守恒定律的永動(dòng)機(jī)是恒久不能制成的．二、能源和能量耗散師：大家下面思索這樣一個(gè)問題：既然能量是守恒的，我們?yōu)槭裁催€要節(jié)約能源．帶著這個(gè)問題．大家閱讀課本第28頁到29頁有關(guān)能量和能量耗散的內(nèi)容，回答相關(guān)問題．(學(xué)生閱讀教材，了解人類應(yīng)用能源的歷程，能源對人類社會(huì)發(fā)展所起的作用；人類在利用能源的同時(shí)也對環(huán)境造成了嚴(yán)峻污染)師：什么是能量耗散?生：然料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去，它就不會(huì)再次自動(dòng)聚集起來供人類重新利用，電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，它又通過燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)汲取后變?yōu)樗闹墉h(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用．這種現(xiàn)象叫做能量的耗散．師：能量耗散與能量守恒是否沖突，該怎樣理解?生：能量耗散和能量守恒并不沖突，能量耗散表明，在能源利用的過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量上并沒有削減．但是可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用變?yōu)椴槐阌诶昧耍畮煟哼@說明什么問題?生：這說明能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性．師：我們?yōu)槭裁匆?jié)約能源呢?生：正是因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)化的方向性，能量的利用受這種方向性的制約，所以能量的利用是有條件的，也是有代價(jià)的．生：節(jié)約能源同時(shí)開發(fā)可再生能源．師：通過下面材料的閱讀。加深你對能源的理解．(多媒體播放世界能源的解決途徑)(參考案例)世界能源問題的解決途徑是什么?能源，是人類敕以生存和進(jìn)行生產(chǎn)的不行缺少的資源．近年來，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和能源消費(fèi)的增長．能源問題已被列為世界上探討的重大問題之一．解決世界能源問題的根本途徑，主要有兩個(gè)方面：其一是廣泛開源，其二是仔細(xì)節(jié)流．所謂開源，就是主動(dòng)開發(fā)和利用各種能源．在接著加緊石油勘探和找尋新的石油產(chǎn)地的同時(shí)，主動(dòng)開發(fā)豐富的煤炭資源，還要大力開發(fā)水能，生物能等常規(guī)能源，加強(qiáng)核能、太陽能，風(fēng)能、沼氣，海洋能，地?zé)崮芤约捌渌鞣N新能源的探討和利用，從而不斷擴(kuò)大人類的能源資源的種類和來源．所謂節(jié)流，就是要大力提倡節(jié)約能源．節(jié)能是世界上很多國家關(guān)切和探討的重要課題，甚至有人把節(jié)能稱為世界的“第五大能源”，與煤、石油和自然氣、水能、核能等并列．在節(jié)能方面，在有安排地限制人口增長的同時(shí)，重點(diǎn)要發(fā)揮先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢，提高各國的能源利用效率．假如世界各國家和各地區(qū)都能改進(jìn)各種用能設(shè)備，不斷提高能源的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和降低單位產(chǎn)品的能耗，加強(qiáng)科學(xué)管理，適當(dāng)限制生活能源的合理運(yùn)用，就能使能源更加有效地用于生產(chǎn)和生活之中，從而解決人類面臨的能源問題．[小結(jié)]新課程更多地與社會(huì)實(shí)際相聯(lián)系，激勵(lì)學(xué)生提出問題．本節(jié)“思索與探討”對能源問題做了探討，這是一個(gè)質(zhì)疑的范例．它引導(dǎo)我們考慮能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性．從物理學(xué)的角度探討宏觀過程的方向性，在現(xiàn)階段只需用一些簡潔的實(shí)例，讓學(xué)生初步地體會(huì)一下就可以了．例如：摩擦力做功的過程，要損耗機(jī)械能而生熱，產(chǎn)生的熱不行能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功．在其他的宏觀過程中也是如此，例如：兩種氣體放到一個(gè)容器內(nèi)，總會(huì)勻稱地混合到一起，但不會(huì)再自發(fā)地分別開來．通過實(shí)例說明．在能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量是守恒的，但能量的品質(zhì)卻降低了，可被人干脆利用的能在漸漸削減，這是能量耗散現(xiàn)象．所以，能量雖然守恒，但我們還要節(jié)約能源．對功能關(guān)系的理解［例1］一小滑塊放在如圖所示的凹形斜面上，用力F沿斜面對下拉小滑塊，小滑塊沿斜面運(yùn)動(dòng)