教學(xué)設(shè)計完整版：能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)歷程

能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)歷程教學(xué)設(shè)計一、教學(xué)目標(biāo)1.了解能量守恒定律的發(fā)展史，熟知相關(guān)科學(xué)家及他們的實驗、貢獻(xiàn)。2.了解能量守恒定律的意義，能量之間的轉(zhuǎn)換以及學(xué)會珍惜能量守恒這一科學(xué)寶庫中的寶貴財富。二、教學(xué)重點1.能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)，三個最強音。2.能量守恒定律的意義以及各種形式能量的轉(zhuǎn)換。三、教學(xué)難點能量守恒定律意義的理解。四、教學(xué)內(nèi)容1．黃金原則早在公元1-2世紀(jì)古希臘學(xué)者赫倫已從人們對簡單的機械運動研究中提出一個黃金法則：作用力減少到幾分之一速度也減少到幾分之一。這就是最初的能量守恒。2．漫長的發(fā)現(xiàn)之路進(jìn)入19世紀(jì)以后，陸續(xù)有了一些關(guān)于能量與運動形式之間轉(zhuǎn)換的新發(fā)現(xiàn)。相關(guān)的科學(xué)家有：1800年發(fā)明“伏打電堆”的伏打；1820年發(fā)現(xiàn)電流磁效應(yīng)的奧斯特；1821年制成電磁旋轉(zhuǎn)器的法拉第；1821年發(fā)現(xiàn)溫差現(xiàn)象的塞貝克。3．共同的發(fā)現(xiàn)能量守恒定律，不僅發(fā)現(xiàn)歷程經(jīng)歷時間長，而且具有多人共同發(fā)現(xiàn)的特點。其中邁爾、焦耳和亥姆霍茲發(fā)出了三個最強音。能量轉(zhuǎn)化和守恒定律的最后確定，是在19世紀(jì)中葉由邁爾、焦耳和亥姆霍茲等人完成的。4.不同形式的能量間的轉(zhuǎn)換(1)我們學(xué)習(xí)過機械運動有機械能，熱運動有內(nèi)能，實際上自然界存在著許多不同形式的運動，每種運動都有一種對應(yīng)的能量，如電能、磁能、光能、化學(xué)能、原子能等。(2)不僅機械能和內(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，舉例說明：(同時放映幻燈片)①電爐取暖：電能→內(nèi)能②煤燃燒：化學(xué)能→內(nèi)能③熾熱燈燈絲發(fā)光：內(nèi)能→光能

5.能量守恒定律大量事實證明：各種形式的能都可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過程中守恒?！澳芰考炔粫{空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體?！边@就是能量守恒定律。五、課堂小結(jié)自然界的物質(zhì)有不同的運動形式，每一種運動都對應(yīng)著一種能。能不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，自然界各種形式的能存在著相互轉(zhuǎn)化過程，轉(zhuǎn)化過程中總量是守恒的。量守恒定律是自然界最基本的物理定律。同學(xué)們要會分析一些自然現(xiàn)象中能是怎樣轉(zhuǎn)化的。應(yīng)該知道，根據(jù)量守恒定律，永動機是不可能制造成功的。通過課上的例題計算，學(xué)會運用量守恒定律解決物理問題的方法。六、題目擴展【典例1】風(fēng)沿水平方向以速度v垂直吹向一直徑為d的風(fēng)車葉輪，設(shè)空氣密度為ρ,風(fēng)的動能有50%轉(zhuǎn)化為風(fēng)車的動能，風(fēng)車帶動水車將水提高h(yuǎn)的高度，效率為80%。則單位時間內(nèi)最多可提升水的質(zhì)量為_________。

【思路點撥】風(fēng)車帶動水車做功的過程，是將風(fēng)的動能轉(zhuǎn)化為水的重力勢能的過程，在討論這個問題時要緊緊圍繞能量轉(zhuǎn)化的關(guān)系。

【變式訓(xùn)練1】一物體以某一初速度沿某一固定粗糙的斜面上滑過程中，整個系統(tǒng)一定是()

A.機械能的減少量等于內(nèi)能增加量與重力勢能增加量之和

B.機械能的減少量等于內(nèi)能的增加量

C.動能的減少量等于重力勢能的增加量

D.動能的減少量等于內(nèi)能的增加量

【解析】選B。從能量轉(zhuǎn)化方面看，上滑過程動能在減少，重力勢能和內(nèi)能在增加；從能量轉(zhuǎn)化和守恒定律看，減少的能量應(yīng)該等于增加的能量，所以動能的減少量應(yīng)該等于內(nèi)能的增加量與重力勢能的增加量之和。故C、D項錯。從做功方面看，摩擦力做功，所以物體的機械能不守恒，一方面摩擦力做負(fù)功使機械能減少有ΔE=Wf，另一方面摩擦生熱使內(nèi)能增大，有ΔU=Wf，所以有ΔE=ΔU即機械能的減少量等于內(nèi)能的增加量，故A錯，B對。

【典例2】行駛中的汽車制動后滑行一段距離，最后停下；流星在夜空中墜落并發(fā)出明亮的火焰；降落傘在空中勻速下降；條形磁鐵在下落過程中穿過閉合線圈，線圈中產(chǎn)生電流。上述不同現(xiàn)象中所包含的相同的物理過程是（）

A.物體克服阻力做功

B.物體的動能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量

C.物體的勢能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量

D.物體的機械能轉(zhuǎn)化為其他形式的能量

【自主解答】選A、D。這四個現(xiàn)象中物體運動過程都受到阻力作用，汽車主要是制動阻力，流星、降落傘是空氣阻力，條形磁鐵下落受到磁場阻力，因而物體都克服阻力做功，A項對。四個物體運動過程中，汽車是動能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能，流星、降落傘、條形磁鐵是重力勢能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能，總之是機械能轉(zhuǎn)化成了其他形式的能，D項對，故選A、D。

【變式訓(xùn)練2】汽車關(guān)閉發(fā)動機后恰能沿斜坡勻速運動，在這一過程中()

A.汽車的機械能守恒

B.汽車的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化

C.機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量逐漸減少

D.機械能逐漸轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總能量不變

【解析】選D。汽車在關(guān)閉發(fā)動機后能勻速運動，說明汽車和斜坡之間一定有摩擦力作用，所以汽車的機械能不守恒，一部分機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但能的總量保持不變，故應(yīng)選D。

【變式訓(xùn)練3】在光滑水平面上停放一木塊，一子彈水平射穿木塊。對此過程，下列說法中正確的是()

A.摩擦力(子彈與木塊間)對木塊做的功等于木塊動能的增加量

B.摩擦力對木塊做的功完全轉(zhuǎn)化為木塊的內(nèi)能

C.子彈減少的機械能等于子彈與木塊增加的內(nèi)能

D.子彈減少的機械能等于木塊增加的動能與