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(shí)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?！窘滩姆治觥勘竟?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，體會到能量概念是對自然現(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” 0【學(xué)情分析】學(xué)生通過機(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“自然

2、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、知識與技能.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)。.能應(yīng)用能量守恒解決一些問題。.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(rèn)識到提高效率的重要性，.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(qiáng)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的意識。2、過程與方法通過文獻(xiàn)查閱和調(diào)查研究的方法、問題討論法3、情感、態(tài)度與價(jià)值觀通過文獻(xiàn)查閱和調(diào)查研究的方法，使學(xué)生認(rèn)識到能量守恒定律是人們認(rèn)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(dá)。培養(yǎng)節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的 意識?！局?/p>

3、點(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】通過學(xué)生進(jìn)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(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、整理素

4、材、形成觀點(diǎn)的過程，認(rèn)真體會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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)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(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), 減少的重力勢能的值大于增加的動(dòng)能的值，即機(jī)

5、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,其他任何力對物體做功使物體的機(jī)械能增加或減少的過程，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(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，并說明其

6、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(jī)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(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)， 過一段時(shí)間，小木塊停止運(yùn)動(dòng)。思考：小木塊運(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) 化情況。能是狀態(tài)量，功是過程量。不同形式的能

7、量之間的轉(zhuǎn)化是通過做功實(shí)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(yùn)動(dòng)員把重物舉起來 對重物做了功這一過程中，運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)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(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)

8、化；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(bǔ)充資料：對于能量守恒，科學(xué)家進(jìn)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)

9、現(xiàn)了電流的熱效應(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(rèn)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(xiàn)。師生總結(jié)：.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(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能 量的總量保持不變.定律的表達(dá)式：E初=終E增=E減.發(fā)現(xiàn)能量守恒

10、定律的意義：能量守恒定律的建立，是人類認(rèn)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(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, 一條不可伸長的輕繩繞過K分別與物塊A、B相連，A、B的質(zhì)量分別為m、m。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v0求此過程中物塊 A克服摩擦力所做的功。重力加速度為g0解答：由于連結(jié) AB繩子在運(yùn)動(dòng)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

11、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 Do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？，滑塊的重力勢能的改變等于多少？滑塊機(jī)械能（指動(dòng)能與重力勢 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 R=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

12、做的功， 因此 E= - C ；滑塊機(jī)械能的改變等于重力之外的其他力做的功， 因此 E = A - B - D,是學(xué)習(xí)物理學(xué)的一條主教師點(diǎn)評：能量守恒定律是貫穿整個(gè)物理學(xué)的基本規(guī)律之一要分清系統(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)摩擦力與相對距離的乘積在數(shù)值上等于系產(chǎn)生的內(nèi)能、即： Q FL* 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900km/h的速度撞擊紐 約世

13、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4.64 104kJ/kg,飛機(jī)長80m,求：(結(jié)果保留兩位有效數(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V。變?yōu)榱?，飛機(jī)長80m看作作用距離，所以飛機(jī) 242對世貿(mào)大廈的平均沖擊力為：F (m M)v0 3.7 10 250勺X107N2S2 80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(jī)攜帶的航空汽油燃燒釋放

14、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(shí)， 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(jìn)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(dòng)運(yùn)動(dòng)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、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)

15、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:太陽能的儲存一直是個(gè)難題.科學(xué)家發(fā)現(xiàn)，鹽水湖被太陽曬久了，湖底的濕 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(diǎn)。根據(jù)這一特點(diǎn)，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(jì)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，將所吸收的部分太陽能帶到湖底，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(yùn)動(dòng)，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2 、能量耗散從能量轉(zhuǎn)化