高中物理 7.10能量守恒定律與能源教案 新人教版必修2

1、物理必修2人教新課標(biāo)7.10能量守恒定律與能源教案課 題§7.10 能量守恒定律與能源課 型新授課（2課時(shí)）教 學(xué) 目 標(biāo)知識(shí)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(duì)生活中能量轉(zhuǎn)化的實(shí)例分析，理解能量守恒定律的確切含義情感，態(tài)度與價(jià)值觀 1用能量的觀點(diǎn)分析問題應(yīng)該深入學(xué)生的心中，因?yàn)檫@是最本質(zhì)的分析方法 2感知我們周圍能源的耗散，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確切含義 2能量轉(zhuǎn)化的方向性教 學(xué) 方 法 探究、講授、討論、練習(xí)教 學(xué) 手 段教具準(zhǔn)備 投影儀、教學(xué)錄像或課件、玻璃

2、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(qǐng)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(qǐng)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)升高，這個(gè)過程中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 生3：在火箭發(fā)射的時(shí)候，推進(jìn)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?cè)谏蠋?/p>

3、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情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 (演示實(shí)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(qǐng)說出小球運(yùn)動(dòng)過程中能量的轉(zhuǎn)化情況 生：小球在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能不守恒，根據(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(duì)它做功，沙子對(duì)鐵球做負(fù)功，鐵球在下落過程中機(jī)械能是減少的 師：從這個(gè)問題中

4、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(duì)系統(tǒng)做負(fù)功，系統(tǒng)的機(jī)械能減少 演示實(shí)驗(yàn)2：用手提一個(gè)物體勻速上升，讓學(xué)生分析機(jī)械能的變化情況(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，如果不守恒，原因是什么，機(jī)械能是怎樣變化的? 生：這個(gè)物體在運(yùn)動(dòng)過程中機(jī)械能不守恒，原因是不符合機(jī)械能守恒定律成立的條件，有外力對(duì)物體做了功，這個(gè)力是人對(duì)物體向上的拉力在運(yùn)動(dòng)過程中，物體動(dòng)能沒有發(fā)生變化，而物體的重力勢(shì)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(duì)物體做正功，物體的機(jī)械能增加，物體機(jī)械能

5、的增加量等于外力對(duì)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(duì)物體做功時(shí)，系統(tǒng)的機(jī)械能不守恒，此時(shí)外力對(duì)系統(tǒng)做的功等于系統(tǒng)機(jī)械能的變化 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)該怎樣研究這些能量之間的關(guān)系呢? 師：下面大家閱讀28頁(yè)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)致能量守恒定律最后確立的兩類重要事

6、實(shí)是什么? 生：導(dǎo)致能量守恒定律最后確立的兩類重要事實(shí)是確立了永動(dòng)機(jī)的不可能性和發(fā)現(xiàn)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)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)現(xiàn)的嗎? 生：能量守恒定律不是一個(gè)人發(fā)現(xiàn)的，到了19世紀(jì)40年代前后科學(xué)界已經(jīng)形成一種思想氛圍，即用聯(lián)系的觀點(diǎn)去觀察自然，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(guó)家、不同領(lǐng)域的十幾位科學(xué)家，以不同的方式，各自

7、獨(dú)立提出了能量守恒定律的內(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)必然的結(jié)果，那么對(duì)能量守恒定律作出貢獻(xiàn)比較大的科學(xué)家是誰(shuí)呢? 生：對(duì)能量守恒定律貢獻(xiàn)比較大的科學(xué)家有：德國(guó)物理學(xué)家和醫(yī)生邁爾，英國(guó)物理學(xué)家焦耳，德國(guó)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許多物理學(xué)家的認(rèn)

8、真研究，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)現(xiàn)倫福德和戴維的摩擦生熱實(shí)驗(yàn)否定了熱質(zhì)說把物體內(nèi)能的變化與機(jī)械運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來1800年發(fā)明伏打電池之后不久，又發(fā)現(xiàn)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)現(xiàn)，并被用來進(jìn)行電鍍?cè)谏飳W(xué)界，證明了動(dòng)物維持體溫和進(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準(zhǔn)備能量守恒定律的最后確定，是在19世紀(jì)中葉由邁爾、焦耳和荄姆霍茲等人完成德國(guó)醫(yī)生邁爾是從生理學(xué)的角度開始對(duì)能量進(jìn)行研究的1842年，

9、他從“無不生有，有不變無”的哲學(xué)觀念出發(fā)表達(dá)了對(duì)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(guó)物理學(xué)家焦耳從1840年到1878年將近40年的時(shí)間里研究了電流的熱效應(yīng)，壓縮空氣的溫度升高以及電、化學(xué)和機(jī)械作用之間的聯(lián)系，做了400多次實(shí)驗(yàn)，用各種方法測(cè)定了熱和功之間的當(dāng)量關(guān)系，為能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)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(guó)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)不可能制造成功聯(lián)系起采，他認(rèn)為不可能無中生有地創(chuàng)造

10、一個(gè)永久的推動(dòng)力，機(jī)器只能轉(zhuǎn)化能量，不能創(chuàng)造和消滅能量女姆霍茲在論文里對(duì)能量守恒定律作了一個(gè)清晰、全面而且概括的論述，使這一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研究他們從不同的角度出發(fā)，彼此獨(dú)立地研究，卻幾乎同耐發(fā)現(xiàn)了這一偉大的定律因此，能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)發(fā)展的必然結(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(duì)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(shì)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)生變化或運(yùn)動(dòng)量發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，能量也從一種

11、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“偉大的運(yùn)動(dòng)基本規(guī)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(另兩個(gè)發(fā)現(xiàn)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，是人類認(rèn)識(shí)自然的一次重大的飛躍，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)中更是處處存在著美，希望同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)中注意發(fā)現(xiàn)，注意體會(huì)，這樣我們的學(xué)習(xí)將會(huì)更加的豐富

12、多彩 課堂訓(xùn)練 下列對(duì)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認(rèn)識(shí)正確的是( ) A。某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加 B。某個(gè)物體的能減少必然有其他物體的能增加 C。不需要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)器永動(dòng)機(jī)是不可能制成的 D。石子從空中落下，最后慘止在地面上，說明機(jī)械能消失了 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)移不需要任何外界動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)器是違背能量守恒定律的，是永遠(yuǎn)不可能制成的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能量而不能消失，能量是不會(huì)消失的 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

13、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)都是不可能制成的，它違背了能量守恒定律，所以ABC正確D選項(xiàng)中石子的機(jī)械能在變化，比如受空氣阻力作用，機(jī)械能可能要減少，但機(jī)械能并沒有消失，能量守恒定律表明能量既不能創(chuàng)生，也不能消失故D是錯(cuò)的 說明：此題考查能量守恒定律的理解，以及對(duì)水動(dòng)機(jī)的認(rèn)識(shí)，凡是違背能量守恒定律的永動(dòng)機(jī)是永遠(yuǎn)不能制成的 二、能源和能量耗散 師：大家下面思考這樣一個(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(yè)到29頁(yè)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

14、源對(duì)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(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染) 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)吸收后變?yōu)橹車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矛盾，該怎樣理解? 生：能量耗散和能量守恒并不矛盾，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)量上并沒有減少但是可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用變?yōu)椴槐阌诶昧?師：這說明什么問題? 生：這說明能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度

15、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(duì)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)的不可缺少的資源近年來，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和能源消費(fèi)的增長(zhǎng)能源問題已被列為世界上研究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，其二是認(rèn)真節(jié)流所謂開源，就是積極開發(fā)和利用各種能源在繼續(xù)加緊石油勘探和尋找新的石油產(chǎn)地的同時(shí)，積極開

16、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(yáng)能，風(fēng)能、沼氣，海洋能，地?zé)崮芤约捌渌鞣N新能源的研究和利用，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)能是世界上許多國(guó)家關(guān)心和研究的重要課題，甚至有人把節(jié)能稱為世界的“第五大能源”，與煤、石油和天然氣、水能、核能等并列在節(jié)能方面，在有計(jì)劃地控制人口增長(zhǎng)的同時(shí)，重點(diǎn)要發(fā)揮先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高各國(guó)的能源利用效率如果世界各國(guó)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)控制生活能源的合理使用，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

17、能源問題 小結(jié) 新課程更多地與社會(huì)實(shí)際相聯(lián)系，鼓勵(lì)學(xué)生提出問題本節(jié)“思考與討論”對(duì)能源問題做了討論，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)的角度研究宏觀過程的方向性，在現(xiàn)階段只需用一些簡(jiǎn)單的實(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)生的熱不可能全部轉(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)均勻地混合到一起，但不會(huì)再自發(fā)地分離開來通過實(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，可被人直接利用的能在逐漸減少，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(duì)功能關(guān)系的理解

18、例1一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，小滑塊沿 斜面運(yùn)動(dòng)了一段距離。若已知在這過程中，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的其他力做的功，