第十四章  內(nèi)能的利用第3節(jié)  能量的轉(zhuǎn)化和守恒設(shè)計(jì)說明本節(jié)課主要介紹了能量守恒定律的知識，主要包括能的轉(zhuǎn)化、能量守恒定律的內(nèi)容、永動機(jī)研制的失敗等內(nèi)容。本節(jié)知識以能量為線索，通過圖表的形式介紹自然界中各種形式的能量和能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化，通過“想想議議”的提問和討論，讓學(xué)生對能量的轉(zhuǎn)化有一個(gè)感性認(rèn)識，最后突出能量守恒定律及應(yīng)用的重要性。能量的轉(zhuǎn)化與守恒是自然科學(xué)的核心內(nèi)容之一，從更深層次上反映了物質(zhì)運(yùn)動和相互作用的本質(zhì)，與日常生活息息相關(guān)，學(xué)習(xí)這部分內(nèi)容對學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀、形成可持續(xù)發(fā)展的意識以及進(jìn)一步學(xué)習(xí)其他科學(xué)技術(shù)，都是十分重要的。本節(jié)教學(xué)過程可分為兩個(gè)階段，第一階段進(jìn)一步認(rèn)識能的轉(zhuǎn)化；第二階段認(rèn)識能量守恒定律。教學(xué)目標(biāo)【知識與技能】1.知道能量守恒定律。 2.能舉出日常生活中能量守恒的實(shí)例。3.有用能量守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象的意識。 【過程與方法】1.通過學(xué)生自己做小實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)各種現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系，體會各種形式能量之間的相互轉(zhuǎn)化。2.通過學(xué)生討論體會能量不會憑空消失，只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。【情感態(tài)度和價(jià)值觀】1.通過學(xué)生自己做小實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。2.對能量的轉(zhuǎn)化和守恒有一個(gè)感性的認(rèn)識，為建立科學(xué)世界觀和科學(xué)思維方法打基礎(chǔ)。3.通過學(xué)生討論鍛煉學(xué)生分析問題的能力。重點(diǎn)難點(diǎn)教學(xué)重點(diǎn)理解能量守恒定律、能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化的實(shí)例分析。 教學(xué)難點(diǎn)運(yùn)用能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化和能量守恒定律對具體的自然現(xiàn)象進(jìn)行分析，說明能量是怎樣轉(zhuǎn)化的。教學(xué)方法實(shí)驗(yàn)探究法、討論法、觀察對比法。教具、學(xué)具塑料袋、自來水、小電風(fēng)扇、鋼筆、小球、滾擺、多媒體課件。授課時(shí)數(shù)1課時(shí)教學(xué)過程回顧思考1.如果只有動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，盡管動能和勢能的大小會發(fā)生變化，但機(jī)械能的總和        ，或者說，機(jī)械能是        的。2.改變物體內(nèi)能的方式有        和        ，第一種實(shí)質(zhì)上是內(nèi)能的        ，第二種實(shí)質(zhì)上是內(nèi)能的        。3.內(nèi)燃機(jī)的壓縮沖程是把        能轉(zhuǎn)化為        能；做功沖程是把        能轉(zhuǎn)化為        能。導(dǎo)入新課1.能量無處不在，無處不有，在日常生活中我們常見到哪些形式的能量？學(xué)生舉例：機(jī)械能、電能、內(nèi)能、光能、化學(xué)能等2.幻燈片出示各種能量圖片圖14-3-1認(rèn)識各種能量：機(jī)械能、內(nèi)能、電能、光能、化學(xué)能、核能。講授新課一、能量的轉(zhuǎn)化【教師導(dǎo)入】1.按照教材第27頁中“想想做做”的操作，觀察發(fā)生的現(xiàn)象，并說一說發(fā)生了那些能量的轉(zhuǎn)化。（1）來回迅速摩擦雙手，手發(fā)熱：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（2）黑塑料袋盛水，陽光下，溫度升高：光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。（3）連著太陽能電池的小電扇對著陽光，轉(zhuǎn)動起來：光能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。（4）鋼筆桿在頭發(fā)或毛衣上摩擦后會吸引小紙片：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。【教師點(diǎn)撥】看來各種形式的能，在一定的條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的，仔細(xì)觀察下面的能量相互轉(zhuǎn)化的圖示，你能不能找到更多的實(shí)例？（1）介紹其他形式能：我們學(xué)習(xí)過機(jī)械運(yùn)動有機(jī)械能，熱運(yùn)動有內(nèi)能，實(shí)際上自然界存在著許多不同形式的運(yùn)動，每種運(yùn)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(jī)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。          電爐取暖 電能——內(nèi)能 煤取暖 化學(xué)能——內(nèi)能 燈絲發(fā)光 內(nèi)能——光能圖14-3-22.請同學(xué)們分析一下風(fēng)光互補(bǔ)路燈中涉及哪些能量？這些能量是如何轉(zhuǎn)化的？圖14-3-3【教師點(diǎn)撥】涉及的能量：太陽能(光能)、電能、化學(xué)能、風(fēng)能(機(jī)械能)能量的轉(zhuǎn)化：（1）太陽能電池板可以把太陽能(光能)轉(zhuǎn)化為電能。（2）風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。（3）給蓄電池充電時(shí)把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能。（4）蓄電池放電時(shí)把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能。（5）燈發(fā)光時(shí)把電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能。3.能量以多種形式存在自然界中，除了我們生活中常見的，還有核能、生物能、潮汐能、地?zé)崮艿?。科學(xué)家經(jīng)過長期探索，發(fā)現(xiàn)各種現(xiàn)象變化常常存在著能量的轉(zhuǎn)化。4.請同學(xué)們做一做教材第27頁“想想做做”，分析它們的內(nèi)在聯(lián)系。能量是可以在不同的形式中轉(zhuǎn)化的。請看教材圖14.3-1，不同形式的能量在一定條件下相互轉(zhuǎn)化，討論后補(bǔ)充一些實(shí)例。圖14-3-4注意：此處不要強(qiáng)調(diào)答案統(tǒng)一，只要學(xué)生認(rèn)真思考，合理就行。【教師點(diǎn)撥】（1）摩擦生熱是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；（2）發(fā)電機(jī)是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；（3）火力發(fā)電站可使內(nèi)能轉(zhuǎn)化為電能；（4）太陽能電池可把光能轉(zhuǎn)化為電能；（5）電動機(jī)可將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；（6）植物體的光合作用可將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；（7）熾熱的鐵水可將部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為光能；（8）蓄電池在充電時(shí)可以把電能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能等。例題講解：(學(xué)生先練習(xí)，如有問題，教師補(bǔ)充講解)例1  關(guān)于能量及能量之間的轉(zhuǎn)化，下列說法正確的是(    )A.火山具有內(nèi)能，冰山不具有內(nèi)能B.火箭在加速上升時(shí)，機(jī)械能保持不變C.攔河大壩使水位升高，增加了水的重力勢能D.墜落的隕石在空中劃過一道亮光時(shí)，內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能解題思路：本題考查了對能量的理解及能量間轉(zhuǎn)化的判斷。解答時(shí)記清任何物體都具有內(nèi)能，機(jī)械能的大小可從動能和勢能的大小進(jìn)行判斷，而動能或勢能的大小可從影響因素方面進(jìn)行判斷。在判斷能量轉(zhuǎn)化時(shí)，分析哪種能量減少了，哪種能量增加了，則能量由減少的轉(zhuǎn)化為增加的。解析：內(nèi)能是物體內(nèi)所有分子熱運(yùn)動的動能和分子勢能的總和，任何物體在任何情況下都具有內(nèi)能，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；火箭在加速上升時(shí)，速度增大，高度增大，所以火箭的動能和重力勢能都增大，而機(jī)械能為動能和勢能之和，所以火箭的機(jī)械能增加，故B選項(xiàng)錯(cuò)誤；物體的重力勢能與物體的質(zhì)量和物體所處的高度有關(guān)，在質(zhì)量一定時(shí)，高度越大則物體具有的重力勢能就越大，攔河大壩使水的高度增大，水的重力勢能就增加，故C選項(xiàng)正確；隕石在空中劃過時(shí)，要克服空氣的摩擦做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使隕石的內(nèi)能增加，溫度升高，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。   答案：C二、 能量守恒定律1.實(shí)驗(yàn)演示：能量的轉(zhuǎn)移(1)如圖14-3-5所示，左邊的小球撞擊后靜止了，右邊的小球向右擺動。當(dāng)右邊的小球撞擊后靜止時(shí)，左邊的小球向左擺動。左邊的小球在撞擊的過程中把自己的機(jī)械能轉(zhuǎn)移到右邊的小球上。圖14-3-5(2)分析論證從實(shí)驗(yàn)中可觀察到，左右小球擺動起來的幅度基本上是相同的，也意味著左邊小球的動能基本上轉(zhuǎn)移到了右邊的小球上。一個(gè)小球的動能減少了，另一個(gè)小球的動能增加了。這說明能量會發(fā)生轉(zhuǎn)移。在發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，能量從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體的過程中，能量的形式是不變的。2.實(shí)驗(yàn)演示：動能與勢能的轉(zhuǎn)化(1)如圖14-3-6所示，滾擺在上、下運(yùn)動的過程中，其動能與勢能在不斷地轉(zhuǎn)化。(2)學(xué)生分析動能與勢能的大小變化及轉(zhuǎn)化。【教師點(diǎn)撥】　　　　　　　              　 　　　　圖14-3-6滾擺在上升的過程中，高度越來越高，速度越來越小，重力勢能增大，動能減小，動能轉(zhuǎn)化為重力勢能。到達(dá)最高點(diǎn)時(shí)，速度為0，重力勢能最大，動能為0。滾擺在下降的過程中，高度越來越小，速度越來越大，重力勢能減小，動能增大，重力勢能轉(zhuǎn)化為動能。到達(dá)最低點(diǎn)時(shí)，速度最大，高度最低，動能最大，重力勢能最小。(3)提出問題如果滾擺的動能全部轉(zhuǎn)化為重力勢能，重力勢能也全部轉(zhuǎn)化為動能，那么滾擺應(yīng)該永遠(yuǎn)運(yùn)動下去。實(shí)際上，滾擺在運(yùn)動過程中，上升的高度會越來越小，運(yùn)動的速度會越來越慢，也就是說滾擺的機(jī)械能會逐漸減小，那么機(jī)械能是不是消失了呢？還是轉(zhuǎn)化成了其他形式的能？如果是轉(zhuǎn)化成了其他形式的能，那么是轉(zhuǎn)化成了什么能呢？(4)分析論證在滾擺運(yùn)動的過程中，上升的高度會越來越小，運(yùn)動的速度會越來越慢，滾擺的機(jī)械能在減小。滾擺在上、下運(yùn)動的過程中，和空氣不停地摩擦，摩擦生熱，滾擺的機(jī)械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能。滾擺的機(jī)械能在減小的同時(shí)，滾擺會變熱(只是溫度升高得非常小，我們無法感覺出來)，滾擺的內(nèi)能在增大，周圍空氣的內(nèi)能也在增大。也就是說，有一種能量在減小的同時(shí)，就有其他形式的能量在增大。第一個(gè)撞擊小球的實(shí)驗(yàn)中，小球擺動的幅度也會越來越小，到最后會靜止，也是同樣的道理。小球的機(jī)械能在減小的同時(shí)，小球的內(nèi)能和空氣的內(nèi)能都在增大。3.通過科學(xué)家的長期研究，大量的事實(shí)表明：能量既不會憑空消滅，也不會憑空產(chǎn)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。這就是能量守恒定律。4.列舉一些生活中的實(shí)例，加深對能量守恒定律的理解學(xué)生回答：（1）當(dāng)汽車急剎車時(shí)，汽車的機(jī)械能急劇減小，減小的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能散失到空氣中去了；（2）在水平地面上，人要不停地蹬自行車，自行車才會一直運(yùn)動，人體的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為自行車的機(jī)械能。例題講解：(學(xué)生先練習(xí)，如有問題，教師補(bǔ)充講解)例2  電動機(jī)通電后，電動機(jī)帶動其他機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)，一段時(shí)間后，電動機(jī)的外殼就會變得燙手，則下列關(guān)于能量的轉(zhuǎn)化和守恒的說法正確的是(    )A.電能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，總的能量守恒 B.電能一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總的能量守恒 C.電能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能守恒 D.電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，機(jī)械能守恒解題思路：根據(jù)能量守恒定律，能量既不會消滅也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化成其他形式或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。電動機(jī)的外殼變得燙手，說明有內(nèi)能產(chǎn)生，也就是說，有一小部分電能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能。解析：因?yàn)殡妱訖C(jī)的外殼變得燙手，說明有一部分電能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，故A選項(xiàng)錯(cuò)誤；電能一部分轉(zhuǎn)化為機(jī)械能，另一部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，總的能量守恒，故B選項(xiàng)正確；在轉(zhuǎn)化中是電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能及小部分的內(nèi)能，內(nèi)能不守恒，故C選項(xiàng)錯(cuò)誤；因?yàn)殡娔苻D(zhuǎn)化為機(jī)械能和內(nèi)能，機(jī)械能增加了，但是能量的總量守恒，故D選項(xiàng)錯(cuò)誤。答案：B三、永動機(jī)【思考】閱讀教材第29頁第一自然段及“想想議議”，思考回答下列問題：(1)什么叫永動機(jī)？(2)為什么永動機(jī)的研制都失敗了？(3)教材圖14.3-3所示裝置能一直工作下去嗎？為什么？學(xué)生回答，教師訂正、補(bǔ)充(1)不需要動力就能源源不斷地對外做功的機(jī)器叫永動機(jī)。(2)能量在轉(zhuǎn)化過程中只要有運(yùn)動，摩擦是不可避免的，就會產(chǎn)生熱，這樣運(yùn)動物體的能量就會減少，如果能量得不到補(bǔ)充，運(yùn)動最終會停止，所以永動機(jī)是不可能實(shí)現(xiàn)的。(3)教材圖14.3-3所示的“永動機(jī)”是這樣的：在距地面一定高度上架設(shè)一個(gè)水槽，槽底有個(gè)水管，當(dāng)水從槽底的水管流出時(shí)，沖擊水輪機(jī)，在水輪機(jī)的軸上安裝著抽水機(jī)和砂輪，水輪機(jī)就可以帶動抽水機(jī)抽水和砂輪磨制工件。這臺機(jī)器的設(shè)計(jì)者認(rèn)為，抽水機(jī)把地面水槽里的水抽上去，水就循環(huán)不止，機(jī)器就可以不停地轉(zhuǎn)動，人們就可以永久地利用砂輪磨制工件了。【教師點(diǎn)撥】這種構(gòu)思不能實(shí)現(xiàn)，因?yàn)橐胧股拜喅掷m(xù)不斷地做功，就要消耗能量把流到低處的水抽回到高處。顯然，這種“永動機(jī)”是違反能量守恒定律的。課堂小結(jié) 1.自然界中不同形式的能量，如內(nèi)能、機(jī)械能、電能、光能、化學(xué)能在一定條件下可以相互轉(zhuǎn)化。摩擦生熱，是機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；電動機(jī)將電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能；發(fā)電機(jī)將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能；植物的光合作用將光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能；燃料燃燒將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。2.能量守恒定律的內(nèi)容：能量既不會憑空消滅，也不會憑空產(chǎn)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。3.永動機(jī)不可能制造出來，因?yàn)樗`背了能量守恒定律。板書設(shè)計(jì)第3節(jié)  能量的轉(zhuǎn)化和守恒一、不同形式的能量可發(fā)生相互轉(zhuǎn)化二、能量守恒定律能量既不會憑空消滅，也不會憑空產(chǎn)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到其他物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。三、永動機(jī)研制失敗的原因違背了能量守恒定律教學(xué)反思    

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第3節(jié) 能量的轉(zhuǎn)化和守恒

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