高中物理第四章機(jī)械能和能源6能源的開發(fā)與利用教案教科版必修

第6節(jié)能源的開發(fā)與利用一、目標(biāo)分析知識(shí)目標(biāo)：理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。能力目標(biāo)：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。情感目標(biāo)：通過本課的學(xué)習(xí)，樹立節(jié)能意識(shí)。二、教學(xué)思想運(yùn)用生活中的事例，創(chuàng)設(shè)問題情境，通過生生之間、師生之間的合作、交流，使他們了解彼此的見解，把自己的經(jīng)驗(yàn)，非正式、不規(guī)范的知識(shí)轉(zhuǎn)變?yōu)橐?guī)范的、有內(nèi)在聯(lián)系的系統(tǒng)知識(shí)并用之解決一些社會(huì)問題，并將/科學(xué)、技術(shù)與社會(huì)0(STS)的思想融入到課堂教學(xué)之中。本課充分重視情景、問題、體驗(yàn)、合作、交流等教學(xué)元素，力圖實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代信息技術(shù)與課堂教學(xué)的整合。三、教學(xué)過程1、感知能量教師先讓學(xué)生分組討論生活中他們所感知的能量形式，再通過一段視頻，引導(dǎo)學(xué)生到美麗的“大自然”中去感知身邊的能量形式。2、感悟能量的轉(zhuǎn)化第一，思考問題：自然界中的能量是否以固定不變的形式存在?第二，請(qǐng)學(xué)生試舉出能量轉(zhuǎn)化的實(shí)例(討論)。第三，教師在黑板的副板書位置羅列學(xué)生討論的結(jié)果：冬天里搓手取暖；太陽能熱水器；；電動(dòng)自行車；燃燒等。第四，演示以下實(shí)驗(yàn)，觀察實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象并分析其中的能量轉(zhuǎn)化。粉筆下落；點(diǎn)燃隨身攜帶的打火機(jī)；打開教室里的電燈；手搖式發(fā)電機(jī)發(fā)電。第五，教師將針對(duì)演示實(shí)現(xiàn)現(xiàn)象一一引導(dǎo)學(xué)生分析并將能量轉(zhuǎn)化過程寫在黑板上。如搓手取暖：機(jī)械能——內(nèi)能，克服摩擦力做功；粉筆下落：勢(shì)能——?jiǎng)幽?，重力做功；電?dòng)機(jī)：電能——機(jī)械能，電流做功；手搖式發(fā)電機(jī)發(fā)電：機(jī)械能——電能，人做功等。最后得出結(jié)論：做功實(shí)現(xiàn)了能的相互轉(zhuǎn)化。3、追尋能量轉(zhuǎn)化的規(guī)律思考：既然能量之間可以轉(zhuǎn)化，那么我們能否制造出源源不斷對(duì)外做功而不消耗能量的機(jī)器?這相當(dāng)于/既要馬兒跑得快，又要馬兒不吃草，可能嗎?用PPT展示永動(dòng)機(jī)模型，告訴學(xué)生前人曾經(jīng)嘗試過，但都失敗了。由此可知，能量是不可能被創(chuàng)造出來的！再思考：開水暴露在空氣中，逐漸變冷，能量到哪里去了?汽車剎車，汽車滑行了一段距離停下來，動(dòng)能到哪里去了?能量會(huì)無緣無故地消失嗎?學(xué)生分組討論總結(jié)：能量從一種形式轉(zhuǎn)化為了另一種形式。老師：那么能量之間的轉(zhuǎn)化是否是100%的呢?能量的轉(zhuǎn)化到底有什么規(guī)律?總結(jié)：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)移過程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律，只要有能量的轉(zhuǎn)化，定律就成立，大到天體的演變，小到原子內(nèi)部運(yùn)動(dòng)。泡利研究粒子衰變，中微子帶走能量的故事再次證實(shí)了定律的準(zhǔn)確性。思考與討論：既然能量是守恒的，不可能消滅，為什么還要節(jié)約能源?請(qǐng)談?wù)剛€(gè)人的看法(教師暫時(shí)不引開，主要從節(jié)省費(fèi)用角度讓學(xué)生談)。4、領(lǐng)悟節(jié)能的意義，了解新能源的開發(fā)和利用(1)常規(guī)能源我們生活中最常用的能源有哪些?在使用常規(guī)能源的過程中有什么弊端?在能源使用過程中，釋放出去的能量能否自動(dòng)聚集起來供人類重新利用?為什么?給學(xué)生足夠的時(shí)間討論，最后由教師總結(jié)。小結(jié)：雖然能量守恒，但常規(guī)能源有限，還會(huì)帶來環(huán)境問題；能量使用過程中存在耗散問題；節(jié)約能源，僅能延緩目前的情況，不能根本解決能源短缺問題。思考：如何根本解決能源短缺問題?你在平時(shí)生活中涉及過什么新能源?(2)新能源的開發(fā)和利用通過視頻介紹目前世界上新能源的開發(fā)和利用。教師設(shè)問：新能源的優(yōu)點(diǎn)有哪些?人類可開發(fā)和利用的新能源主要有幾種?用PPT展示我國利用新能源的圖片和目前的技術(shù)問題，適當(dāng)進(jìn)行愛國教育，并鼓勵(lì)學(xué)生努力學(xué)習(xí)，爭取早日成材，為祖國做貢獻(xiàn)！5、作業(yè)(1)在目前情況下，人們還在積極探索新能源的開發(fā)和利用，還處在初級(jí)階段，新能源還沒有能夠大量使用，節(jié)能對(duì)我們具有十分重要的意義，為了節(jié)約能源，從個(gè)人的角度講，你能做些什么?從社會(huì)的角度講，你能為決策者提出什么建議?(提示：合理科學(xué)使用常規(guī)能源；改變現(xiàn)有的生活方式)(2)通過查找資料或登錄網(wǎng)站等形式了解新能源。課堂反饋【例1】已知貨物的質(zhì)量為m，在某段時(shí)間內(nèi)起重機(jī)將貨物以a的加速度加速升高h(yuǎn)，則在這段時(shí)間內(nèi)敘述正確的是(重力加速度為g)()mah－mghmahmahmah＋mgh【拓展1】滑塊以速率v1靠慣性沿固定斜面由底端向上運(yùn)動(dòng)，當(dāng)它回到出發(fā)點(diǎn)時(shí)速率變?yōu)関2，且v2<v1.若滑塊向上運(yùn)動(dòng)的位移中點(diǎn)為A，取斜面底端重力勢(shì)能為零，則()A.上升時(shí)機(jī)械能減少，下降時(shí)機(jī)械能增加B.上升時(shí)機(jī)械能減少，下降時(shí)機(jī)械能也減少A點(diǎn)上方A點(diǎn)下方【例2】質(zhì)量為M的長木板放在光滑的水平面上，一質(zhì)量為m的滑塊以某一速度沿木板表面從A點(diǎn)滑到B點(diǎn)，在板上前進(jìn)了L，而木板前進(jìn)了l，如圖所示，若滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，求：(1)摩擦力對(duì)滑塊和木板做的功；(2)系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱；(3)系統(tǒng)損失的動(dòng)量和動(dòng)能.【拓展2】電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)水平傳送帶以速度v勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，一質(zhì)量為m的小木塊由靜止輕放在傳送帶上，若小木塊與傳送帶之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，傳送帶足夠長，如圖所示，當(dāng)小木塊與傳送帶相對(duì)靜止時(shí)，求：(1)摩擦過程中產(chǎn)生的摩擦熱；(2)電動(dòng)機(jī)因放上小木塊帶動(dòng)傳送帶勻速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)多輸出的總能量.參考答案：1、答案D選項(xiàng)內(nèi)容指向、聯(lián)系分析結(jié)論A動(dòng)能定理，貨物動(dòng)能的增加量等于貨物合外力做的功mah錯(cuò)誤B功能關(guān)系，貨物機(jī)械能的增量等于除重力以外的力做的功而等于合外力做的功錯(cuò)誤C功能關(guān)系，重力勢(shì)能的增量對(duì)應(yīng)貨物重力做的負(fù)功大小mgh錯(cuò)誤D功能關(guān)系，貨物機(jī)械能的增量為起重機(jī)拉力做的功m(g＋a)h正確拓展1：答案BC由v2<v1H，Ek＝Ep時(shí)的高度為h，則Ek＋Ep＝2Ep＝2mgh>mgH即h>在A點(diǎn)上方，故C正確.2、(1)摩擦力對(duì)滑塊做功W1＝－μmg(L＋l)摩擦力對(duì)木板做功W2＝μmgl(2)系統(tǒng)產(chǎn)生的焦耳熱應(yīng)等于系統(tǒng)損失的總動(dòng)能，也等于滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)位移的乘積，Q＝μmgL(3)對(duì)于M和m兩物體組成的系統(tǒng)，水平方向只有內(nèi)力(一對(duì)摩擦力)而無外力，所以，系統(tǒng)動(dòng)量守恒，系統(tǒng)動(dòng)量未損失，但m動(dòng)量減少，MEk＝μmgL拓展2、(1)小木塊放在傳送帶上，受到滑動(dòng)摩擦力的作用做勻加速直線運(yùn)動(dòng)，直到與傳送帶同速，此過程：μmg＝ma，v＝at，得出t＝eq\f(v,μg)μmg·l相＝eq\f(1,2)mv2(2)由能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律得：電動(dòng)機(jī)因放上小木塊多輸出的能量轉(zhuǎn)化為小木塊的動(dòng)能與摩擦熱，所以E總＝Ek＋Q＝mv2課后測(cè)評(píng)1．如圖所示，物體A的質(zhì)量為m，置于水平地面上，A的上端連一輕彈簧，原長為L，勁度系數(shù)為k，現(xiàn)將彈簧上端B緩慢地豎直向上提起，使B點(diǎn)上移距離為L，此時(shí)物體A也已經(jīng)離開地面，則下列論述中正確的是()A．提彈簧的力對(duì)系統(tǒng)做功為mgLB．物體A的重力勢(shì)能增加mgLC．系統(tǒng)增加的機(jī)械能小于mgLD．以上說法都不正確2．如圖8所示，質(zhì)量為m的物體在水平傳送帶上由靜止釋放，傳送帶由電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)，始終保持以速度v勻速運(yùn)動(dòng)，物體與傳送帶間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ，物體過一會(huì)兒能保持與傳送帶相對(duì)靜止，對(duì)于物塊從靜止釋放到相對(duì)靜止這一過程，下列說法正確的是()A．電動(dòng)機(jī)做的功為eq\f(1,2)mv2B．摩擦力對(duì)物體做的功為mv2C．傳送帶克服摩擦力做的功為eq\f(1,2)mv2D．電動(dòng)機(jī)增加的功率為μmgv3．輕質(zhì)彈簧吊著小球靜止在如圖所示的A位置，現(xiàn)用水平外力F將小球緩慢拉到B位置，此時(shí)彈簧與豎直方向的夾角為θ，在這一過程中，對(duì)于整個(gè)系統(tǒng)，下列說法正確的是()A．系統(tǒng)的彈性勢(shì)能不變B．系統(tǒng)的彈性勢(shì)能增加C．系統(tǒng)的機(jī)械能不變D．系統(tǒng)的機(jī)械能增加4．如圖所示，一小球從光滑圓弧軌道頂端由靜止開始下滑，進(jìn)入光滑水平面又壓縮彈簧．在此過程中，小球重力勢(shì)能和動(dòng)能的最大值分別為Ep和Ek，彈簧彈性勢(shì)能的最大值為Ep′，則它們之間的關(guān)系為()A．Ep＝Ek＝Ep′ B．Ep>Ek>Ep′C．Ep＝Ek＋Ep′ D．Ep＋Ek＝Ep′5．節(jié)日燃放禮花彈時(shí)，要先將禮花彈放入一個(gè)豎直的炮筒中，然后點(diǎn)燃禮花彈的發(fā)射部分，通過火藥劇烈燃燒產(chǎn)生的高壓燃?xì)?，將禮花彈由炮筒底部射向空中．若禮花彈在由炮筒底部出發(fā)至炮筒口的過程中，克服重力做功W1，克服炮筒阻力及空氣阻力做功W2，高壓燃?xì)鈱?duì)禮花彈做功W3，則禮花彈在炮筒內(nèi)運(yùn)動(dòng)的過程中(設(shè)禮花彈發(fā)射過程中質(zhì)量不變)()A．禮花彈的動(dòng)能變化量為W3＋W2＋W1B．禮花彈的動(dòng)能變化量為W3－W2－W1C．禮花彈的機(jī)械能變化量為W3－W2D．禮花彈的機(jī)械能變化量為W3－W1參考答案：1、答案：C解析：由于將彈簧上端B緩慢地豎直向上提起，可知提彈簧的力是不斷增大的，最后等于A物體的重力，因此提彈簧的力對(duì)系統(tǒng)做功應(yīng)小于mgL，A選項(xiàng)錯(cuò)誤．系統(tǒng)增加的機(jī)械能等于提彈簧的力對(duì)系統(tǒng)做的功，C選項(xiàng)正確．由于彈簧的伸長，物體升高的高度小于L，所以B選項(xiàng)錯(cuò)誤．2、答案：D解析：由能量守恒，電動(dòng)機(jī)做的功等于物體獲得的動(dòng)能和由于摩擦而產(chǎn)生的熱量，故A錯(cuò)；對(duì)物體受力分析，知僅有摩擦力對(duì)物體做功，由動(dòng)能定理，知B錯(cuò)；傳送帶克服摩擦力做功等于摩擦力與傳送帶對(duì)地位移的乘積，而易知這個(gè)位移是木塊對(duì)地位移的兩倍，即W＝mv2，故C錯(cuò)；由功率公式易知傳送帶增加的功率為μmgv，故D對(duì)．3、答案：BD解析：根據(jù)三力平衡條件可得F＝mgtanθ，彈簧彈力大小為F彈＝eq\f(mg,cosθ)，B位置比A位置彈力大，彈簧伸長量大，所以由A位置到B位置的過程中，系統(tǒng)的彈性勢(shì)能增加，又由于重力勢(shì)能增加，動(dòng)能不變，所以系統(tǒng)的機(jī)械能增加．4．答案選A解析：當(dāng)小球處于最高點(diǎn)時(shí)，重力勢(shì)能最大；當(dāng)小球剛滾到水平面時(shí)重力勢(shì)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，此時(shí)動(dòng)能最大；當(dāng)小球壓縮彈簧到最短時(shí)動(dòng)能全部轉(zhuǎn)化為彈性勢(shì)能，彈性勢(shì)能最大．由機(jī)械能守恒定律可知Ep＝Ek＝Ep′。5．答案：BC解析：由動(dòng)能定理，動(dòng)能變化量等于合外力做的功，即W3－W2－W1，B正確．除重力之外的力的功對(duì)應(yīng)機(jī)械能的變化，即W3－W2，C正確．板書設(shè)計(jì)：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)移過程中，能量的總