能源与可持续发展-教学设计

能源与可持续发展

【教学目标】

1．理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。

2．通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。

3．了感知我们周围能源的耗散，树立节能意识。

【教学重难点】

1．能量守恒定律的内容。

2．理解能量守恒定律的确切含义。

【教学过程】

一、新课教学

（一）能的转移和转化

1．教室列举生活中能量转化的例子

（1）化学能转化为内能和机械能（2）风能转化为电能

（3）重力势能转化为电能（4）电能转化为机械能

（5）电能转化为内能（6）太阳能转化为电能

（7）光能转化为化学能（8）化学能转化为电能

【练习】

指出下列现象中能量的转化或转移情况：

（1）人在跑步时，身体发热（）

化学能转化为内能

（2）风吹动帆船前进（）

风的机械能转移到帆船上

（3）放在火炉旁的冷水变热（）

内能由火炉转移给水

（4）电流通过灯泡，灯泡发光（）

电能转化为光能

（5）植物进行光合作用（）

光能转化为化学能

（二）能量守恒定律

通过上面的练习，我们可以总结得出：

（1）能量转移：能量的形式没改变

（2）能量转化：能量的形式发生变化

无论能量发生转移还是转化，总能量保持不变。

1．能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转

化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化或转移过程中，能量的

总量保持不变。

在历史的长河里，物理规律从来都是经过不断的试错和摸索得来的，在此之前人们认为有永动机存在，它不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机。

在这个过程中，还设计了很多不同类型的永动机。

2．事实和理论都证明永动机是不可能制成的

永动不可能制成的原因：

根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的。

17～18世纪许多机械专家就已经论证了永动机是不可能的法国科学院在1775年就

正式决定，不再研究和试验任何永动机。

3．能量守恒定律的意义：

（1）能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。

（2）能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的普遍规

律之一。

（3）自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的，例如“永动机”只能以失败而告终。

（4）机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。

【例题1】下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是（）

A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加

B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加

C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的

D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了

【例题2】一个物体沿粗糙斜面匀速滑下，则下列说法正确的是（）

A.物体机械能不变，内能也不变

B.物体机械能减小，内能不变

C.物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量减小

D.物体机械能减小，内能增大，机械能与内能总量不变

（三）能量转化和转移的方向性

教师抛出问题：既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？

师生活动1：

活动要求：

根据给定器材设计活动，使能量发生转化和转移；

思考并记录：活动的目标是什么、使用了何种能源、能量转化过程怎样、能量最终去了哪里？

第1组：长木板弹簧小车

第2组：干电池导线小电珠开关

第3组：高功率红外灯电动机小型叶片（或者蜂鸣器）

第4组：电吹风电动机小型叶片

第5组：脸盆水水车

教师提问：现在请各小组派一代表来说一下你们这组的活动目标是什么？利用什么能源？能量的转化情况如何？

学生回答：略

师生总结：

（1）虽然我们的器材不同、使用的能源不同，但是能量在转化和转移的过程中都完成了目标，因此能源的利用本质就是能量的转化和转移；

（2）所有的能量最终“归宿”都为内能。

教师提问：那你们感受到了内能吗？

学生回答：没有

教师提问：为什么？

学生回答：能量太小了

教师提问：那为什么当它是机械能、水能、化学能其他形式的时候我们能感知到了呢，难道能量不守恒了吗？

学生回答：守恒

教师提问：那是为什么？

学生回答：（引导回答）那是因为环境太大，内能分散到各个角落都有可能，无序

度高；

教师提问：那我们有没有办法把散发在空气的所有内能收集回来，比如重新让你们的灯泡发光、叶片旋转、小车运动起来呢？

学生回答：不能

教师总结：不管何种形式的能源，其能量最终“归宿”都为内能，燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用，电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫做能量的耗散。

教师展示一座房屋的红外线照片

可以看出，由于取暖和使用电器，室内温度比室外高。热量散失到室外后，不能回

收重新利用。

教师提问：能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解？

教师总结：能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的过程中，

即在能量的转化过程中，能量在数量上并没有减少。但是可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利用了。这是节约能源的根本原因。

这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。