能量守恒定律与能源教案_物理_教学设计_人教版

第十节能量守恒定律与能源（宗彦峰陕西师大附中 710061）【教材版本】人教版【设计理念】通过对本节课的学习，帮助学生树立科学的世界观,形成科学理论是发展的观念,也为学生能够在广阔的知识背景中考虑问题,提高理论联系实际的能力奠定基础,使得学生的有关能量的知识结构更加的完善。

【教材分析】本节内容安排在学习了机械能之后，学生已经有了有关能量转化的一些图景，体会到能量概念是对自然现象的抽象和概括。

从而从“机械能的转化与守恒”联想扩展到“自然界中各种能量在转化和转换中总能量守恒”。

【学情分析】学生通过机械能的学习，已经形成了有关能量转化的一些图景，具备了从“机械能的转化与守恒”联想扩展到“自然界中各种能量在转化和转换中总能量守恒”的基础。

【教学目标】1、知识与技能1．知道能量是一个重要的物理量，知道能量守恒确立的两类重要事实。

2.能应用能量守恒解决一些问题。

3.知道能量耗散，了解自然界中宏观过程中的能量守恒以及能量转化和转移的方向性，认识到提高效率的重要性，4.知道能源短缺和环境恶化是关系到人类社会能否持续发展的重大问题，增强节约能源和环境保护的意识。

2、过程与方法通过文献查阅和调查研究的方法、问题讨论法3、情感、态度与价值观通过文献查阅和调查研究的方法，使学生认识到能量守恒定律是人们认识自然的重要工具，能源关系到人类的衣食住行，关系到国家的兴旺发达。

培养节约能源和环境保护的意识。

【重点难点】1、教学重点能量守恒定律、能量的耗散2、教学难点能量守恒定律的理解【教学方法】查阅文献+调查研究+交流讨论【教学思路】通过学生进行素材的采集和整理，通过上网查询、资料检索等形式查找能量守恒定律的形成和建立过程的资料，通过调查访问的形式搜集生产、生活中与能源有关的材料，对自己获取的材料进行分析研究，形成自己的观点和想法，以便在课堂上进行讨论交流。

【教学过程】一、课前准备A、查找有关能量守恒定律形成和建立过程的资料。

B、通过调查的形式，搜集生产、生活中与能源有关的资料，能弄清楚涉及了那些能量、能量的转化方向、能量转化中那些力做工引起了各种形式能量的转化和转移。

C、通过获取素材、整理素材、形成观点的过程，认真体会能量是更深层次上反映运动和相互作用的本质，能量守恒定律是人类认识自然的重要工具。

二．新课教学一）能量守恒定律1、能量形式的多样性2、能量的转化3、能量守恒定律:能量既不可会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变．4 、能量守恒定律的普遍性和重要性二）、能源和能量耗散1、能源的利用经历2、能量耗散三．教学过程过程环节1、各组的调查研究的成果的展示和交流环节2、教学过程问题1：在验证机械能守恒定律的实验中，重物带着纸带下落时，计算结果发现，减少的重力势能的值大于增加的动能的值，即机械能的总量在减少．原因就是纸带和打点计时器之间的摩擦力和空气的阻力等．是不是考虑了各种摩擦和阻力后这部分能量就消失了呢?学生根据所学知识总结归纳：没有，它转化成为除机械能外的其他的能量了．教师引导：它转化成了机械能外的其他形式的能量，除重力、弹力之类的力外，其他任何力对物体做功使物体的机械能增加或减少的过程，实质上都是其他形式的能与机械能相互转化的过程，在转化的过程中，能的总量是不变的．这是大自然的一条普遍的规律，而机械能守恒定律只是这一条普遍规律的一种特殊情况．问题2：验证机械能守恒定律中，减少的机械能转化为内能．生活中还有很多这样能量转化或转移的例子，同学们能否举出几例，并说明其中的能量转化或转移过程?学生举例：1、在摩擦生热的现象中，克服摩擦力做多少功，就有多少机械能转化成等量的内能2、通过电流的导线变热，电能转化成内能3、灼热的灯丝发光，内能转化成光能4、燃料燃烧生热，化学能转化成内能；参考案例：演示实验1：在一个玻璃容器内放入沙子，拿一个小铁球分别从某一高度释放，使其落到沙子中。

思考：小球运动过程中机械能是否守恒？请说出小球运动过程中能量的转化情况。

演示实验2：在盛有水的玻璃容器中放一小木块，让小木块在水中上下浮动，过一段时间，小木块停止运动。

思考：小木块运动过程中机械能是否守恒？请说出小球运动过程中能量的转化情况。

能是状态量，功是过程量。

不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。

做功的过程就是各种形式的能量之间转化(或转移)的过程。

且做了多少功,就有多少能量发生转化(或转移),因此,功是能量转化的量度。

如举重运动员把重物举起来,对重物做了功这一过程中,运动员通过做功消耗了体内的化学能,转化为重物的重力势能.并且,运动员做了多少功,就有多少化学能转化为重力势能。

能量的具体值往往无多大意义,我们关心的大多是能量的变化量,能量的变化必须通过做功才能实现,某种力做功往往与某一具体的能量变化相联系。

问题3：分析常见力做功与能量转化的对应关系：重力做功：弹力做功：电流做功：解答：重力做功：重力势能和其他能相互转化；弹力做功:弹性势能和其他能相互转化；电流做功:电能和机械能等其他形式的能相互转化；从上面的例子我们可以看出，能量之间是可以相互转化或转移的．以上实验表明，各种形式的能量可以相互转化，一种能量减少，必有其他能量增加，一个物体的能量减少，必定其他物体能量增加，能量的总和并没有变化。

这就是我们今天要学习的能量守恒定律。

引导学生阅读教材，说出能量守恒定律的内容，并引用教材上的话，说明能量守恒定律的建立有何重大意义。

补充资料：对于能量守恒，科学家进行了长期的探索：1801年，戴维发现了电流的化学效应；1820年，奥斯特发现了电流的磁效应；1821年，塞贝克发现了温差电现象；1831年，法拉第发现了电磁感应现象；1840年，焦耳发现了电流的热效应；1842年，迈尔表述了能量守恒定律，并计算出热功当量的数值；1843年，焦耳测定了热功当量的数值。

从而，确立了电化学、电和磁、电和热、力和热等自然现象之间的联系。

1847年，亥姆霍兹在理论上概括和总结了能量守恒定律。

……发现能量守恒定律的历史表明，能量守恒定律的发现不是偶然的它是人类对自然认识发展到一定阶段的产物；除了物理学外，别的学科对能量守恒定律的发现也有贡献。

师生总结：1．能量守恒定律的内容：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变．2．定律的表达式：E =E 初终 E =E ∆∆增减3．发现能量守恒定律的意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃， 是哲学和自然科学长期发展和进步的结果，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式．例1：如图所示，在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮K ，一条不可伸长的轻绳绕过K 分别与物块A 、B 相连，A 、B 的质量分别为m A 、m B 。

开始时系统处于静止状态。

现用一水平恒力F 拉物块A ，使物块B 上升。

已知当B 上升距离为h 时，B 的速度为v 。

求此过程中物块A 克服摩擦力所做的功。

重力加速度为g 。

解答：由于连结AB 绳子在运动过程中未松，故AB 有一样的速度大小，对AB 系统，由功能关系有：2)(21v m m gh m W Fh B A B +==- 求得： 2)(21v m m gh m Fh W B A B +--= 例2：一小滑块放在如图所示的凹形斜面上，用力F 沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离。

若已知在这过程中，拉力F 所做的功的大小（绝对值）为A ，斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B ，重力做功的大小为G ，空气阻力做功的大小为D 。

当用这些量表达时，小滑块的动能的改变（指末态动能减去初态动能）等于多少？，滑块的重力势能的改变等于多少？滑块机械能（指动能与重力势能之和）的改变等于多少？解析：根据动能定理，动能的改变等于外力做功的代数和，其中做负功的有空气阻力，斜面对滑块的作用力的功（因弹力不做功，实际上为摩擦阻力的功），因此ΔE k =A - B+C - D ；根据重力做功与重力势能的关系，重力势能的减少等于重力做的功，因此ΔE p = - C ；滑块机械能的改变等于重力之外的其他力做的功，因此ΔE = A – B – D教师点评：⑴能量守恒定律是贯穿整个物理学的基本规律之一,是学习物理学的一条主线。

⑵要分清系统中有多少种形式的能,发生了哪些转化和转移.⑶滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于系产生的内能、即：相对FL Q =注意:(1)某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量一定和增加量相等(2)某个物体的能量减少,一定存在其他物体的能量增加,且减少量和增加量一定相等。

这也是我们列能量守恒表达式时的两条基本思路。

例3：2001年9月11日，恐怖分子劫持波音757飞机以h km /900的速度撞击纽约世界大厦，已知波音757飞机质量为7t ，携带航空汽油质量为30t ，汽油的燃烧值为kg kJ /1064.44⨯，飞机长m 80，求：（结果保留两位有效数字）⑴飞机撞击世贸大厦释放多少能量？⑵试估算飞机对世贸大厦的平均冲击力是多大？（设机尾恰好插入大楼）解答:⑴飞机撞击世贸大厦释放的能量等于飞机及汽油的动能与汽油燃烧放出的化学能：QM v M m E ++=∆20)(21 732331062.4103025)1030107(21⨯⨯⨯+⨯⨯+⨯⨯= 731062.41030⨯⨯⨯≈J 12104.1⨯≈⑵飞机撞击世贸大厦时，速度由0v 变为零，飞机长80m 看作作用距离，所以飞机对世贸大厦的平均冲击力为：802250107.32)(2420⨯⨯⨯=+=S v M m F ≈1.4×107N 说明:能源和高新技术一旦被恐怖分子所掌握，就会成为人类的灾难，纽约世贸大厦就是被飞机携带的航空汽油燃烧释放的化学能而转化为内能，融化了世贸大厦的钢结构导致坍塌。

世界各国在积极开发和利用能源的同时，也十分注意能源的使用安全问题。

问题4：既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源?教师进行情景的引导：匀速的汽车刹车后可以停下来，但是停下来的汽车不能主动运动起来；沙漠沙化后不能自发变成绿洲；打碎的镜子不能恢复原状，人死不能复生等，在提示着我们自然界的一些宏观过程有着一定的方向性。

学生举例：1、2、3、从上面的例子我们可以看出:在能量的转化和转移过程中，能的总量是守恒的，但能量的品质却降低了，这叫做能量耗散。

在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中,能量在数量上并未减少,但在利用的品质上降低了,从便于利用的变成不便于利用的了。