粵教版選修33 3.3能量守恒定律 教案.doc

3 能量守恒定律一、教學(xué)目標(biāo)1在物理知識(shí)方面的要求：（1）理解能量守恒定律，能列舉出能量守恒定律的實(shí)例；（2）理解“永動(dòng)機(jī)”不能實(shí)現(xiàn)的原理。2讓學(xué)生初步學(xué)會(huì)運(yùn)用能量守恒定律計(jì)算一些簡(jiǎn)單的內(nèi)能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的問(wèn)題。3能量守恒定律是自然科學(xué)的基本定律之一，應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)來(lái)分析物理現(xiàn)象、解決物理問(wèn)題是很重要的物理思維方法。二、重點(diǎn)、難點(diǎn)分析1重點(diǎn)內(nèi)容是能量守恒定律，強(qiáng)調(diào)能量守恒定律是自然科學(xué)中最基本定律。學(xué)習(xí)運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒原理計(jì)算一些物理習(xí)題。2運(yùn)用能量守恒定律對(duì)具體的自然現(xiàn)象進(jìn)行分析，說(shuō)明能是怎樣轉(zhuǎn)化的，對(duì)學(xué)生來(lái)說(shuō)是有難度的。三、教具幻燈、幻燈片，其內(nèi)容是：1反映電能、機(jī)械能、化學(xué)能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)例插圖。2反映自然界各種形式能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)例插圖。3歷史上有人設(shè)計(jì)的“永動(dòng)機(jī)”插圖。四、主要教學(xué)過(guò)程（一）引入新課我們知道刀具在砂輪上磨削時(shí)，刀具發(fā)熱是因?yàn)橥ㄟ^(guò)摩擦力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。在暖氣片上放有一瓶冷水，過(guò)一段時(shí)間后水變熱，這是通過(guò)熱量傳遞使這瓶水內(nèi)能增加。這些實(shí)例中，物體的內(nèi)能為什么增加了？是憑空產(chǎn)生的還是由其他形式能轉(zhuǎn)化來(lái)的？能的轉(zhuǎn)化過(guò)程中數(shù)量之間有什么關(guān)系？這是今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。（二）教學(xué)過(guò)程設(shè)計(jì)1機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量守恒（1）運(yùn)動(dòng)的汽車緊急剎車，汽車最終停下來(lái)。這過(guò)程中汽車的動(dòng)能（機(jī)械能）轉(zhuǎn)化為輪胎和路面的內(nèi)能（假定這過(guò)程沒(méi)有與周圍物體有熱交換，即不散熱也不吸熱）。摩擦力做了多少功，內(nèi)能就增加多少。公式w=e表示了做功與內(nèi)能變化的關(guān)系，這公式也反映出做功過(guò)程中，機(jī)械能的損失數(shù)量恰好等于物體內(nèi)能增加的數(shù)量。（2）把一鐵塊放入盛有水的燒杯中，用酒精燈加熱燒杯內(nèi)水，直至水沸騰。在這一過(guò)程中，鐵塊從周圍水中吸收了熱量使它溫度升高，內(nèi)能增加。這過(guò)程中水的一部分內(nèi)能通過(guò)熱量傳遞使鐵塊內(nèi)能增加。鐵塊吸收多少熱量，它內(nèi)能就增加多少。公式q=e表示吸收的熱量與內(nèi)能變化量的關(guān)系，也反映出鐵塊增加的內(nèi)能數(shù)量與水轉(zhuǎn)移給鐵塊的內(nèi)能數(shù)量相等。一般情況下，如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞過(guò)程，那么，外界對(duì)物體所做的功w加上物體從外界吸收的熱量q，等于物體內(nèi)能的增加e，即w+q=e上式所表示的是功、熱量和內(nèi)能之間變化的定量關(guān)系，同時(shí)它也反映了一個(gè)物體的內(nèi)能增加量等于物體的機(jī)械能減少量和另外物體內(nèi)能減少量（內(nèi)能轉(zhuǎn)移量）之和。進(jìn)而說(shuō)明，內(nèi)能和機(jī)械能轉(zhuǎn)化過(guò)程中能量是守恒的。2其他形式的能也可以和內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化（1）介紹其他形式能：我們學(xué)習(xí)過(guò)機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，實(shí)際上自然界存在著許多不同形式的運(yùn)動(dòng)，每種運(yùn)動(dòng)都有一種對(duì)應(yīng)的能量，如電能、磁能、光能、化學(xué)能、原子能等。（2）不僅機(jī)械能和內(nèi)能可以相互轉(zhuǎn)化，其他形式能也可以和內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化，舉例說(shuō)明：（同時(shí)放映幻燈片） 電爐取暖：電能內(nèi)能 煤燃燒：化學(xué)能內(nèi)能 熾熱燈燈絲發(fā)光：內(nèi)能光能（3）其他形式的能彼此之間都可以相互轉(zhuǎn)化。畫出圖表讓學(xué)生回答分析：3能量守恒定律大量事實(shí)證明：各種形式的能都可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過(guò)程中守恒?！澳芰考炔粫?huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中其總量不變。”這就是能量守恒定律。在學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)時(shí)，學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律。機(jī)械能守恒定律是有條件限制的定律，而且實(shí)際現(xiàn)象中是不可能實(shí)現(xiàn)的。而能量守恒定律是存在于普遍自然現(xiàn)象中的自然規(guī)律。這規(guī)律對(duì)物理學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的研究，如力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等都有指導(dǎo)意義。它也對(duì)化學(xué)、生物學(xué)等自然科學(xué)的研究都有指導(dǎo)作用。能量守恒定律的地位表達(dá)：能量守恒定律是經(jīng)過(guò)人類的長(zhǎng)期探索后，在19世紀(jì)確立的。恩格斯曾經(jīng)把這一定律稱為“偉大的運(yùn)動(dòng)基本定律”，認(rèn)為它的發(fā)現(xiàn)是“19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一”（另兩大發(fā)現(xiàn)分別是細(xì)胞學(xué)說(shuō)和達(dá)爾文的生物進(jìn)化論）。既然能量守恒定律是偉大的基本定律，那么違背能量守恒定律的人為努力必然也是失敗的永動(dòng)機(jī)不可能制成4永動(dòng)機(jī)不可能制成歷史上不少人希望設(shè)計(jì)一種機(jī)器，這種機(jī)器不需要任何動(dòng)力或燃料，卻能不斷對(duì)外做功。這種機(jī)器稱為第一類永動(dòng)機(jī)。雖然很多人，進(jìn)行了很多嘗試和各種努力，但無(wú)一例外地以失敗告終。失敗的原因是設(shè)計(jì)者完全違背了能量守恒定律，任何機(jī)器運(yùn)行時(shí)其能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。如果它對(duì)外做功必然消耗能量，不消耗能量就無(wú)法對(duì)外做功，因而永動(dòng)機(jī)是永遠(yuǎn)不可能制造成功的。下面是幾個(gè)永動(dòng)機(jī)的設(shè)計(jì)方案教材p67圖3-3-1方案介紹補(bǔ)充介紹右圖方案永動(dòng)機(jī)雖然失敗了，但科學(xué)家們的愿望是美好的，探索的精神是可貴的，付出的努力也是由價(jià)值的。如果沒(méi)有他們從反面的角度提供這樣的素材，我們也不足以認(rèn)識(shí)能量守恒定律的偉大。5運(yùn)用能量守恒定律進(jìn)行物理計(jì)算例題：用鐵錘打擊鐵釘，設(shè)打擊時(shí)有80的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能的50用來(lái)使鐵釘?shù)臏囟壬摺?wèn)打擊20次后，鐵釘?shù)臏囟壬叨嗌贁z氏度？已知鐵錘的質(zhì)量為12kg，鐵錘打擊鐵釘時(shí)的速度是10ms，鐵釘質(zhì)量是40g，鐵的比熱是 50102j（kg）。首先讓學(xué)生分析鐵錘打擊鐵釘?shù)倪^(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化。歸納學(xué)生回答結(jié)果，指出鐵錘打擊鐵釘時(shí)，鐵錘的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而且內(nèi)能中的一半被鐵釘吸收，使它的溫度升高。如果用u表示鐵釘?shù)膬?nèi)能增加量，鐵錘和鐵釘?shù)馁|(zhì)量分別用m和m表示，鐵錘打擊鐵釘時(shí)的速度用v表示。依據(jù)能量守恒定律，有鐵釘?shù)膬?nèi)能增加量不能直接計(jì)算鐵釘?shù)臏囟?，我們把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的數(shù)量等效為以熱傳遞方式完成的，因此等效為計(jì)算打擊過(guò)程中鐵釘吸收多少熱量，這熱量就是鐵釘?shù)膬?nèi)能增加量。因此有qcmt上式中c為鐵的比熱，t表示鐵釘?shù)臏囟壬吡俊⑸厦鎯蓚€(gè)公式聯(lián)立，得出經(jīng)計(jì)算得出鐵釘溫度升高24。