第一節能量的轉化與守恒

教學目標

知識目標1.通過實例了解能量及其存在的不同形式。2.認識能量可以轉化與轉移。3.知道能量守恒定律。4.知道能量轉化與轉移的方向性。5.能利用能量守恒定律分析有關問題。能力目標1.通過觀察、實驗、體驗、理解,培養學生研究問題的能力。進一步形成科學的研究方法,樂于探索自然現象和日常生活中的物理道理。2.通過觀察、實驗,理解能量的轉化與轉移,從而理解能量守恒定律的內容以及由能量守恒定律分析出具體事例的能量的轉化與轉移。素養目標1.通過對能量的轉化和守恒的感性認識,為學生樹立科學的世界觀和科學的思維方法打下基礎。2.通過學習培養學生理論聯系實際的能力,培養學生的節能、環保意識,進一步使他們熱愛自然、親近自然。

教學重難點

教學重點能量的轉化與轉移、能量守恒定律。教學難點理解能量守恒定律,運用能量的轉化和守恒定律對具體的自然現象進行分析,說明能量是怎樣轉化的。

教學過程

一、新課導入如圖是麥克斯韋滾擺,當捻動滾擺的軸,使滾擺上升到頂點時,滾擺具有一定的重力勢能,當滾擺被松開后便會上下往復運動,這一過程中重力勢能和動能是如何變化的呢?這一變化過程可以說明什么?滾擺能永遠運動下去嗎?二、教學步驟探究點1多種形式的能量[閱讀課本]P193“多種形式的能量”[思考]自然界中的能量以各種形式存在,你能說出能量的幾種存在形式嗎?[提示]化學能、電能、內能、機械能、核能等。[思考]你能通過實例說明什么是化學能嗎?[提示]汽車內燃機里的汽油燃燒,發生了化學反應,產生的內能源于汽油里儲藏的化學能。[歸納提升]化學能:由化學反應而產生的能量。[思考]你對核能了解多少呢?[提示]原子彈爆炸、核電站等,釋放的能量來源于原子核反應。[歸納提升]核能:由于核反應,物質的原子核結構發生變化而產生的能量。[拓展]原子彈的爆炸是不加控制的核裂變反應,核電站發電是可控制的核裂變反應;氫彈爆炸是核聚變反應,太陽能是來自太陽內部的核聚變反應。[思考]請大家說出課本P194“圖20-4(a)~(e)”五幅圖各具有什么能量?[提示]山頂上的石塊具有勢能;滾動的足球具有動能;加熱后的物體具有內能;牛奶、面包和水果具有化學能;導線中的電流具有電能。探究點2能量的轉移與轉化[閱讀課本]P194“能量的轉移與轉化”[思考]運動的鋼球去撞擊木板上靜止的鋼球,觀察現象,該實驗說明了什么?[提示]運動的鋼球速度變小,動能減小;靜止的鋼球由靜止變為運動,具有動能。運動的鋼球一部分動能轉移到靜止的鋼球,說明機械能可以從一個物體轉移到另一個物體。[思考]高溫鐵塊與低溫木塊接觸,會有什么現象,該事例說明了什么?[提示]高溫鐵塊的溫度降低,內能減少,低溫木塊的溫度升高,內能增加。內能從鐵塊轉移到木塊,說明內能可以從一個物體轉移到另一個物體。[思考]分析電水壺燒水時,消耗了什么能,獲得了什么能,該事例說明了什么?[提示]電水壺燒水時,水獲得的內能來源于電能,說明電能可以轉化為內能。[思考]燃油汽車在路上行駛,你能分析其中的能量轉化情況嗎?[提示]汽油具有化學能,內燃機燃燒汽油產生內能,汽車運動具有機械能。能量的轉化情況是汽油的化學能通過燃燒轉化為內能,內燃機做功沖程將內能轉化為機械能。[思考]地球上的能量歸根到底來源于什么?[提示]植物通過光合作用將太陽能轉化為化學能儲存在體內;煤、石油、天然氣是億萬年前動植物體內的化學能。所以,地球上的能量主要來自太陽。[歸納提升]自然界中,能量不但可從一個物體轉移到另一個物體,還可以從一種形式轉化為另一種形式。[習題]各種形式的能在一定的條件下可以相互轉化,請你仿照圖中給出的兩個示例,寫出電能轉化為機械能、化學能轉化為電能、光能轉化為內能的實例。[分析]能量的轉化和轉移普遍存在,能量的利用和浪費實質上是能量的轉化或轉移過程。[答案]電風扇在工作過程中消耗電能,轉化為機械能;干電池使用過程中消耗化學能,得到電能;太陽能熱水器在工作過程中將光能轉化為內能。探究點3能量守恒定律[閱讀課本]P196“能量守恒定律”[思考]電動機提升物體時,消耗了什么能?轉化為什么能?[提示]電動機工作時,將消耗的電能轉化為機械能。[思考]電動機消耗的能量是否全部轉化成了物體的機械能?說明理由。[提示]電動機工作時,根據焦耳定律線圈會發熱,將一部分電能轉化為內能。[思考]電動機消耗的電能與轉化的機械能和內能之間有什么關系呢?[提示]消耗的電能大部分轉化為機械能,還有少部分轉化為內能。即消耗的電能等于轉化的機械能和內能之和。[思考]滾擺上下滾動的過程中,能量是如何轉化的?滾擺能永遠滾動下去嗎?這說明了什么?[提示]當捻動滾擺的軸,使滾擺上升到頂點時,滾擺具有重力勢能,向下滾動時重力勢能轉化為動能,再向上滾動時動能轉化為重力勢能。由于存在摩擦阻力,滾動的過程中有一部分機械能轉化為內能,如果將此內能算入,總的能量還是守恒的。滾擺最終停止,說明機械能并沒有消失而是轉化為內能。[歸納提升]能量守恒定律:能量既不會消滅,也不會創生,它只會從一種形式轉化為其他形式,或者從一個物體轉移到其他物體,而能的總量保持不變。[習題]根據能量守恒定律,下列情形可能發生的是 ()A.隨著科學技術不斷發展和提高,永動機是可以制成的B.兩個斜面相對連接,小球從左斜面滾下后沖上右斜面C.電水壺里的水沸騰后斷電,水的沸騰卻一直持續下去D.出槍膛的子彈射穿木板后,以更快的速度繼續運動[分析]永動機違反了能量的轉化與守恒,不可能實現;兩個斜面相對連接,小球從左斜面滾下后,由于具有動能,可能會繼續沖上右斜面;在電水壺的使用過程中,消耗了電能,而水的溫度升高,內能增加,斷電后,水不再吸收熱量,水的沸騰會停止;子彈射穿木板的情景,子彈高速運動,說明子彈具有動能,由于摩擦生熱會使動能減小,它的速度減慢。[答案]B探究點4能量轉移與轉化的方向性[閱讀課本]P197“能量轉移與轉化的方向性”[思考]舉例說明,能量在轉移或轉化的過程中,消耗的能量是否能重復使用或回收?[提示]單擺在擺動的過程中,有一部分能量轉化為內能,但這部分內能不能重復使用,也不能回收。[思考]舉例說明,為什么說能量的轉化和轉移具有方向性?[提示]燃燒干木柴時,將干木柴的化學能轉化為內能,但我們無法將轉移到空氣中的內能轉化成化學能。[思考]觀察圖20-10,“永動機”能不停地運動下去嗎?[提示]圖20-10的“永動機”轉動時,小球的動能和勢能相互轉化,由于存在摩擦阻力,有一部分機械能轉化為內能,而這部分內能不能自動轉化為機械能,所以總的機械能將不斷減少,“永動機”最終停下。[思考]既然能量是守恒的,為什么還要說“存在能源危機”,并倡導合理使用和節約能源呢?[提示]可供我們使用的能源必須通過轉化才能使用,而轉化和轉移的能量中總有一部分轉化為內能被消耗掉,不能回收重復利用。[歸納提升]能量的轉化和轉移具有方向性。[習題]各種形式的能量都不是孤立的,能量在一定條件下發生轉化,且能量的轉化是有方向的,下面幾幅圖按能量轉化的順序,排列正確的是 ()A.(1)(2)(3)(4) B.(2)(3)(4)(1)C.(2)(1)(3)(4) D.(1)(3)(4)(2)[分析]各種形式的能量都不是孤立的,它們可以在一定條件下發生轉化,且能量的轉化是有方向的,地球上所有能量直接或間接來自太陽能,植物通過光合作用,將太陽能轉化為自身的生物質能,再經過地殼變動在地質作用下最終形成煤炭,發電廠將煤炭的化學能轉化為電能,家用電器再將電能轉化為其他形式的能。故四幅圖中能量的轉化順序為太陽→樹林→燃煤電廠→空調,即序號為(2)(1)(3)(4)。[答案]C三、板書設計第一節能