能量守恒定律與能源教案_物理_教學(xué)設(shè)計(jì)_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(jì)理念】 通過(guò)對(duì)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(shí)背景中考慮問(wèn)題,提高理論聯(lián)系實(shí)際的能力奠定基礎(chǔ),使得學(xué)生的有關(guān)能量的知識(shí)結(jié)構(gòu)更加的完善?！窘滩姆治觥?本節(jié)內(nèi)容安排在學(xué)習(xí)了機(jī)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(huì)到能量概念是對(duì)自然現(xiàn)象的抽象和概括。從而從“機(jī)械能的轉(zhuǎn)化與守恒”聯(lián)想擴(kuò)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(guò)機(jī)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(jī)械能的轉(zhuǎn)化與守恒”聯(lián)想擴(kuò)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)。【教學(xué)目標(biāo)】1、知識(shí)與技能1知道能量是一個(gè)重要的物理量，知道能量守恒確立的兩類重要事實(shí)。2.能應(yīng)用能量守恒解決一些問(wèn)題。3.知道能量耗散，了解自然界中宏觀過(guò)程中的能量守恒以及能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性，認(rèn)識(shí)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(huì)能否持續(xù)發(fā)展的重大問(wèn)題，增強(qiáng)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的意識(shí)。2、過(guò)程與方法通過(guò)文獻(xiàn)查閱和調(diào)查研究的方法、問(wèn)題討論法3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過(guò)文獻(xiàn)查閱和調(diào)查研究的方法，使學(xué)生認(rèn)識(shí)到能量守恒定律是人們認(rèn)識(shí)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(guó)家的興旺發(fā)達(dá)。培養(yǎng)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的意識(shí)

3、?！局攸c(diǎn)難點(diǎn)】 1、教學(xué)重點(diǎn)能量守恒定律、能量的耗散2、教學(xué)難點(diǎn) 能量守恒定律的理解【教學(xué)方法】查閱文獻(xiàn)+調(diào)查研究+交流討論【教學(xué)思路】通過(guò)學(xué)生進(jìn)行素材的采集和整理，通過(guò)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(guò)程的資料，通過(guò)調(diào)查訪問(wèn)的形式搜集生產(chǎn)、生活中與能源有關(guān)的材料，對(duì)自己獲取的材料進(jìn)行分析研究，形成自己的觀點(diǎn)和想法，以便在課堂上進(jìn)行討論交流。【教學(xué)過(guò)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(guò)程的資料。B、通過(guò)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(guò)獲取素材

4、、整理素材、形成觀點(diǎn)的過(guò)程，認(rèn)真體會(huì)能量是更深層次上反映運(yùn)動(dòng)和相互作用的本質(zhì)，能量守恒定律是人類認(rèn)識(shí)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(huì)消滅，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)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)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(guò)程過(guò)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(guò)程問(wèn)題1：在驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律的實(shí)驗(yàn)中，重物帶著紙帶下落時(shí)，計(jì)算結(jié)果發(fā)現(xiàn)，減少的重力勢(shì)能的值

5、大于增加的動(dòng)能的值，即機(jī)械能的總量在減少原因就是紙帶和打點(diǎn)計(jì)時(shí)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(shí)總結(jié)歸納：沒有，它轉(zhuǎn)化成為除機(jī)械能外的其他的能量了 教師引導(dǎo)：它轉(zhuǎn)化成了機(jī)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(duì)物體做功使物體的機(jī)械能增加或減少的過(guò)程，實(shí)質(zhì)上都是其他形式的能與機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的過(guò)程，在轉(zhuǎn)化的過(guò)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(jī)械能守恒定律只是這一條普遍規(guī)律的一種特殊情況問(wèn)題2：驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律中，減少的機(jī)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(shuō)明其中的能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過(guò)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(jī)械能轉(zhuǎn)化成等量的內(nèi)能2、通過(guò)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(shí)驗(yàn)1：在一個(gè)玻璃容器內(nèi)放入沙子，拿一個(gè)小鐵球分別從某一高度釋放，使其落到沙子中。思考：小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能是否守恒？請(qǐng)說(shuō)出小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況。演示實(shí)驗(yàn)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(dòng)，過(guò)一段時(shí)間，小木塊停止運(yùn)動(dòng)。思考：小木塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能是否守恒？請(qǐng)說(shuō)出小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況。能是狀態(tài)量，功是過(guò)程量。不同形式的能量之

7、間的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)的。做功的過(guò)程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的過(guò)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(yùn)動(dòng)員把重物舉起來(lái),對(duì)重物做了功這一過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)員通過(guò)做功消耗了體內(nèi)的化學(xué)能,轉(zhuǎn)化為重物的重力勢(shì)能.并且,運(yùn)動(dòng)員做了多少功,就有多少化學(xué)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。能量的具體值往往無(wú)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(guò)做功才能實(shí)現(xiàn),某種力做功往往與某一具體的能量變化相聯(lián)系。問(wèn)題3：分析常見力做功與能量轉(zhuǎn)化的對(duì)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(shì)能和其他能相互轉(zhuǎn)化；彈力做功:彈性勢(shì)能和其他能相互轉(zhuǎn)化

8、；電流做功:電能和機(jī)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(shí)驗(yàn)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(gè)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(shuō)出能量守恒定律的內(nèi)容，并引用教材上的話，說(shuō)明能量守恒定律的建立有何重大意義。補(bǔ)充資料：對(duì)于能量守恒，科學(xué)家進(jìn)行了長(zhǎng)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(jì)算出熱功當(dāng)量的數(shù)值；1843年，焦耳測(cè)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(duì)自然認(rèn)識(shí)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(duì)能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)也有貢獻(xiàn)。師生總結(jié)： 1能量守恒定律的內(nèi)容：能量既不會(huì)消滅，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)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中，能量的總量保持不變 2定律的表達(dá)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(rèn)識(shí)自然的一次重大飛躍，是哲學(xué)和自然科學(xué)長(zhǎng)期發(fā)展和進(jìn)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(zhǎng)的輕繩繞過(guò)K分別與物塊A、B相連，A、B的質(zhì)量分別為mA、mB。開始時(shí)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(shí)，B的速度為v。求此過(guò)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(yùn)動(dòng)過(guò)程中未松，故AB有一樣的速度大小，對(duì)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(yùn)動(dòng)了一段距離。若已知在這過(guò)程中，拉力F所做的功的大?。ń^對(duì)值）為A，斜面對(duì)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(dá)時(shí)，小滑塊的動(dòng)能的改變（指末態(tài)動(dòng)能減去初態(tài)動(dòng)能）等于多少？，滑塊的重力勢(shì)能的改變等于多少？滑塊機(jī)械能（指動(dòng)能與重力勢(shì)能之和）的改變等于多少？解析：根據(jù)動(dòng)能定理，動(dòng)能的改變等于外力做功的代數(shù)和，其中做負(fù)功的有空氣阻力，斜面對(duì)滑塊的作用力的功（因彈力不做功，實(shí)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(shì)能的關(guān)系，重力勢(shì)能的減少等于重力做的功，因此Ep= - C；滑塊機(jī)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(diǎn)評(píng)：能量守恒定律是貫穿整個(gè)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(dòng)摩擦力與相對(duì)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(gè)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(dá)式時(shí)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(jī)以的速度撞擊紐約世界大廈，已知波音757飛機(jī)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(jī)長(zhǎng)，求：（結(jié)果保

13、留兩位有效數(shù)字）飛機(jī)撞擊世貿(mào)大廈釋放多少能量？試估算飛機(jī)對(duì)世貿(mào)大廈的平均沖擊力是多大？（設(shè)機(jī)尾恰好插入大樓）解答:飛機(jī)撞擊世貿(mào)大廈釋放的能量等于飛機(jī)及汽油的動(dòng)能與汽油燃燒放出的化學(xué)能： 飛機(jī)撞擊世貿(mào)大廈時(shí)，速度由變?yōu)榱?，飛機(jī)長(zhǎng)80m看作作用距離，所以飛機(jī)對(duì)世貿(mào)大廈的平均沖擊力為：1.4×107N說(shuō)明:能源和高新技術(shù)一旦被恐怖分子所掌握，就會(huì)成為人類的災(zāi)難，紐約世貿(mào)大廈就是被飛機(jī)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(guó)在積極開發(fā)和利用能源的同時(shí)，也十分注意能源的使用安全問(wèn)題。問(wèn)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(jìn)

14、行情景的引導(dǎo)：勻速的汽車剎車后可以停下來(lái)，但是停下來(lái)的汽車不能主動(dòng)運(yùn)動(dòng)起來(lái)；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(guò)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(guò)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(guò)程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)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(jī)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(yáng)能的儲(chǔ)存一直是個(gè)難題.科學(xué)家發(fā)現(xiàn),鹽水湖被太陽(yáng)曬久了,湖底

15、的濕度會(huì)越來(lái)越高,并難以通過(guò)湖水的對(duì)流將熱散發(fā)出去，而淡水湖不具備這一特點(diǎn)。根據(jù)這一特點(diǎn),可以利用鹽水湖來(lái)儲(chǔ)存太陽(yáng)能.你能分析這是為什么嗎?你能根據(jù)這規(guī)律設(shè)計(jì)出一種儲(chǔ)存太陽(yáng)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(huì)上浮)解答:在含鹽量高的湖水的表面吸收了太陽(yáng)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(huì)在重力作用下下沉，將所吸收的郜分太陽(yáng)能帶到湖底，使湖底溫度越來(lái)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(huì)再向上運(yùn)動(dòng)，將熱量散失，這就使得太陽(yáng)能得到儲(chǔ)存。師生總結(jié)：1、能量耗散：流散的內(nèi)能無(wú)法重新收集起來(lái)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(guò)程具有