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2019-2020年高中物理《能量守恒定律與能源》教案9 新人教版必修2 【教學(xué)目標(biāo)】 知識(shí)與技能 理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。 過(guò)程與方法 通過(guò)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、態(tài)度與價(jià)值觀 感知我們周?chē)茉吹暮纳?，?shù)立節(jié)能意識(shí)。 【教學(xué)重點(diǎn)】 能量守恒定律的內(nèi)容。 【教學(xué)難點(diǎn)】 理解能量守恒定律的確切含義。 【教學(xué)課時(shí)】 1課時(shí) 【自主學(xué)習(xí)】 1能量 　　(1)概念.一個(gè)物體能夠?qū)ν? ,我們就說(shuō)這個(gè)物體具有 。如:運(yùn)動(dòng)的物體可以推動(dòng)與其接觸的另一個(gè)物體一起向前運(yùn)動(dòng),對(duì)被推動(dòng)的物體做功,說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的物體具有能量。又如流動(dòng)的河水、被舉高的重物、被壓縮的彈簧、高溫高壓氣體……都能對(duì)外做功.因此都具有能量。 　　(2〕形式：能量有各種不同的形式。運(yùn)動(dòng)的物體具有 ;被舉高的重物具有 ;發(fā)生彈性形變的物體具有 ;由大量粒子構(gòu)成的系統(tǒng)具有 。另外自然界中還存在化學(xué)能、電能、光能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、潮汐能、原子能等等不同形式的能。 　　不同的能與物體的不同運(yùn)動(dòng)形式相對(duì)應(yīng),如機(jī)械能對(duì)應(yīng) ;內(nèi)能與大量微觀粒子的 相對(duì)應(yīng) 　　(3)能量的轉(zhuǎn)化：各種不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化,而且在轉(zhuǎn)化過(guò)程中 保持不變。也就是說(shuō)當(dāng)某個(gè)物體的能量 時(shí),一定存在其他物體的能量 且減少量一定 增加量;當(dāng) 的能量減少時(shí),一定存在其他形式的能量增加,且減少量一定 增加量。 　?。?）功是能量轉(zhuǎn)化的量度 　　不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)的。做功的過(guò)程就是各種形式的 的過(guò)程。且做了多少功,就有 能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移),因此,功是能量轉(zhuǎn)化的 。 　　　2能量守恒定律 (1)內(nèi)容:能量既不會(huì) ，也不會(huì) ,它只會(huì)從一種形式 為其地形式,或者從一個(gè)物體 另一個(gè)物體,而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過(guò)程中.能量的總量 ,這個(gè)規(guī)律叫做能量守恒定律. (2)定律的表達(dá)式：① 　　　　　　　　　　　　 ②　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 　3.能源和能量耗散 　(1)能源是人類(lèi)社會(huì)活動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ).人類(lèi)利用能源大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期,即　　　　　　，　　　　　　　　 　　　　　　　。 　(2)能量耗散:燃料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去,它就不會(huì)　　　　　　起來(lái)供人類(lèi)重新利用;電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能,它又通過(guò)燈泡轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和光能,熱和光被其他物質(zhì)吸收之后變成周?chē)h(huán)境的內(nèi)能,我們也無(wú)法把這些內(nèi)能　　　起來(lái)　　　　　　　這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。 答案 1⑴做功 能量、⑵動(dòng)能、重力勢(shì)能、彈性勢(shì)能、內(nèi)能 機(jī)械運(yùn)動(dòng) 熱運(yùn)動(dòng) ⑶總量 減少 增加 等于某種形式 等于 ⑶能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移) 多少 量度 ⒉⑴消滅 創(chuàng)生 轉(zhuǎn)化 轉(zhuǎn)移 保持不變　?、艵初= E終　　△E增= △E減　　　 ⒊⑴柴薪時(shí)期、煤炭時(shí)期、石油時(shí)期⑵　自動(dòng)聚集　收集　重新利用 【探究學(xué)習(xí)】 引入新課 教師活動(dòng)：提出問(wèn)題：我們已學(xué)習(xí)了多種形式的能，請(qǐng)同學(xué)們說(shuō)出你所知道的能量形式。我們還知道不同能量之間是可以相互轉(zhuǎn)化的，請(qǐng)你舉幾個(gè)能量轉(zhuǎn)化的例子。 學(xué)生活動(dòng)：思考并回答問(wèn)題，列舉實(shí)例。 教師活動(dòng)：演示實(shí)驗(yàn)1：在一個(gè)玻璃容器內(nèi)放入沙子，拿一個(gè)小鐵球分別從某一高度釋放，使其落到沙子中。 思考：小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能是否守恒？請(qǐng)說(shuō)出小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況。 演示實(shí)驗(yàn)2：在盛有水的玻璃容器中放一小木塊，讓小木塊在水中上下浮動(dòng)，過(guò)一段時(shí)間，小木塊停止運(yùn)動(dòng)。 思考：小木塊運(yùn)動(dòng)過(guò)程中機(jī)械能是否守恒？請(qǐng)說(shuō)出小球運(yùn)動(dòng)過(guò)程中能量的轉(zhuǎn)化情況。 學(xué)生活動(dòng)：觀察實(shí)驗(yàn)并積極思考。討論后，選出代表發(fā)表見(jiàn)解。 教師活動(dòng)：聽(tīng)取學(xué)生匯報(bào)，總結(jié)點(diǎn)評(píng)。回答學(xué)生可能提出的問(wèn)題。 點(diǎn)評(píng)：通過(guò)學(xué)生舉例和演示實(shí)驗(yàn)，說(shuō)明各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，增強(qiáng)學(xué)生的感性認(rèn)識(shí)，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，喚起學(xué)生強(qiáng)烈的求知欲。 教師活動(dòng)：引入課題：以上實(shí)驗(yàn)表明，各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，一種能量減少，必有其他能量增加，一個(gè)物體的能量減少，必定其他物體能量增加，能量的總和并沒(méi)有不化。這就是我們今天要學(xué)習(xí)的能量守恒定律。 進(jìn)行新課 1、能量守恒定律 教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，說(shuō)出能量守恒定律的內(nèi)容，并引用教材上的話，說(shuō)明能量守恒定律的建立有何重大意義？ 歷史上曾有人設(shè)想制造一種不需要消耗任何能源就可以不斷做功的機(jī)器，即永動(dòng)機(jī)，這樣的機(jī)器能不能制成？為什么？ 學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真閱讀教材，思考并回答問(wèn)題 教師活動(dòng)：提出問(wèn)題，引出下一課題： 既然能量是守恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約能源？ 2、能源和能量耗散 教師活動(dòng)：引導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，了解人類(lèi)應(yīng)用能源的歷程，能源對(duì)人類(lèi)社會(huì)發(fā)展所起的作用；人類(lèi)在利用能源的同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染。 什么是能量耗散？能量耗散與能量守恒是否矛盾，該怎樣理解？ 學(xué)生活動(dòng)：認(rèn)真閱讀教材，思考并回答問(wèn)題。 教師活動(dòng)：聽(tīng)取學(xué)生匯報(bào)，總結(jié)點(diǎn)評(píng)?；卮饘W(xué)生可能提出的問(wèn)題。 【課堂訓(xùn)練】 1．功與能 能是狀態(tài)量，功是過(guò)程量。不同形式的能量之間的轉(zhuǎn)化是通過(guò)做功實(shí)現(xiàn)的。做功的過(guò)程就是各種形式的能量之間轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移)的過(guò)程。且做了多少功,就有多少能量發(fā)生轉(zhuǎn)化(或轉(zhuǎn)移),因此,功是能量轉(zhuǎn)化的量度。如舉重運(yùn)動(dòng)員把重物舉起來(lái),對(duì)重物做了功這一過(guò)程中,運(yùn)動(dòng)員通過(guò)做功消耗了體內(nèi)的化學(xué)能,轉(zhuǎn)化為重物的重力勢(shì)能.并且,運(yùn)動(dòng)員做了多少功,就有多少化學(xué)能轉(zhuǎn)化為重力勢(shì)能。能量的具體值往往無(wú)多大意義,我們關(guān)心的大多是能量的變化量,能量的變化必須通過(guò)做功才能實(shí)現(xiàn),某種力做功往往與某一具體的能量變化相聯(lián)系。 例1．分析常見(jiàn)力做功與能量轉(zhuǎn)化的對(duì)應(yīng)關(guān)系： 　　 重力做功： 　　 彈力做功： 　　電場(chǎng)力做功：　　 電流做功： 解答：重力做功：重力勢(shì)能和其他能相互轉(zhuǎn)化；　　彈力做功:彈性勢(shì)能和其他能相互轉(zhuǎn)化； 　　 電場(chǎng)力做功:電勢(shì)能與其他能相互轉(zhuǎn)化；　　 電流做功:電能和機(jī)械能等其他形式的能相互轉(zhuǎn)化 2． 能量守恒定律 ⑴能量守恒定律是貫穿整個(gè)物理學(xué)的基本規(guī)律之一,是學(xué)習(xí)物理學(xué)的一條主線。 　?、埔智逑到y(tǒng)中有多少種形式的能,發(fā)生了哪些轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移.　 ⑶滑動(dòng)摩擦力與相對(duì)距離的乘積在數(shù)值上等于系產(chǎn)生的內(nèi)能、即Q=FL相 注意:(1)某種形式的能減少,一定存在其他形式的能增加,且減少量一定和增加量相等 　 (2)某個(gè)物體的能量減少,一定存在其他物體的能量增加,且減少量和增加量一定相等。這也是我們列能量守恒表達(dá)式時(shí)的兩條基本思路。 例2．如圖2-10-1所示，在水平桌面的邊角處有一輕質(zhì)光滑的定滑輪K，一條不可伸長(zhǎng)的輕繩繞過(guò)K分別與物塊A、B相連，A、B的質(zhì)量分別為mA、mB。開(kāi)始時(shí)系統(tǒng)處于靜止?fàn)顟B(tài)?，F(xiàn)用一水平恒力F拉物塊A，使物塊B上升。已知當(dāng)B上升距離為h時(shí)，B的速度為v。求此過(guò)程中物塊A克服摩擦力所做的功。重力加速度為g。 解答：由于連結(jié)AB繩子在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中未松，故AB有一樣的速度大小，對(duì)AB系統(tǒng)，由功能關(guān)系有： Fh－W－mBgh=(mA+mB)v2 求得：W=Fh－mBgh－(mA+mB)v2 A B K F 2-10-1 2-10-2 例3．一小滑塊放在如圖2-10-2所示的凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑塊，小滑塊沿斜面運(yùn)動(dòng)了一段距離。若已知在這過(guò)程中，拉力F所做的功的大小（絕對(duì)值）為A，斜面對(duì)滑塊的作用力所做的功的大小為B，重力做功的大小為G，空氣阻力做功的大小為D。當(dāng)用這些量表達(dá)時(shí)，小滑塊的動(dòng)能的改變（指末態(tài)動(dòng)能減去初態(tài)動(dòng)能）等于多少？，滑塊的重力勢(shì)能的改變等于多少？滑塊機(jī)械能（指動(dòng)能與重力勢(shì)能之和）的改變等于多少？ 解析：根據(jù)動(dòng)能定理，動(dòng)能的改變等于外力做功的代數(shù)和，其中做負(fù)功的有空氣阻力，斜面對(duì)滑塊的作用力的功（因彈力不做功，實(shí)際上為摩擦阻力的功），因此ΔEk=A - B+C - D； 根據(jù)重力做功與重力勢(shì)能的關(guān)系，重力勢(shì)能的減少等于重力做的功，因此ΔEp= - C； 滑塊機(jī)械能的改變等于重力之外的其他力做的功，因此ΔE = A – B – D 3．能源和能量耗散 能量耗散表明,在能源的利用過(guò)程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中,能量在數(shù)量上并未減少,但在利用的品質(zhì)上降低了,從便于利用的變成不便于利用的了。是能源危機(jī)更深層次的含意,也是“自然界的能量雖然守恒,但還是要節(jié)約能源”的根本原因。能量和能源是兩回事；非再生能源和可再生能源是兩回事。作為常規(guī)能源的煤炭、石油、天然氣等面臨枯竭.節(jié)能和開(kāi)發(fā)新的能源已是人類(lèi)必須面對(duì)的實(shí)際問(wèn)題.能源對(duì)造福人類(lèi)具有極重要的意義,節(jié)約每一份能源,不僅能提高能源的利用價(jià)值,對(duì)于維護(hù)人類(lèi)賴(lài)以生存的環(huán)境也有不可忽視的作用新的能源有待于人類(lèi)去開(kāi)發(fā).有待開(kāi)發(fā)和利用的新能源主要指:太陽(yáng)能、地?zé)崮?、風(fēng)能、水、能、核能。由于煤、石油和天然氣都是幾億年以前的生物遺體形成的,所以人們也稱(chēng)它們?yōu)榛剂?由于這些能源是不能再次生產(chǎn),也不可能重復(fù)使用的,所以稱(chēng)為非再生能源 例4．太陽(yáng)能的儲(chǔ)存一直是個(gè)難題.科學(xué)家發(fā)現(xiàn),鹽水湖被太陽(yáng)曬久了,湖底的濕度會(huì)越來(lái)越高,并難以通過(guò)湖水的對(duì)流將熱散發(fā)出去，而淡水湖不具備這一特點(diǎn).根據(jù)這一特點(diǎn),可以利用鹽水湖來(lái)儲(chǔ)存太陽(yáng)能.你能分析這是為什么嗎?你能根據(jù)這規(guī)律設(shè)計(jì)出一種儲(chǔ)存太陽(yáng)能的具體方案嗎？（提示:鹽水湖中含鹽量高的湖水密度大,總是留存湖底不會(huì)上浮) 解答:在含鹽量高的湖水的表面吸收了太陽(yáng)能之后,部分水分被蒸發(fā),使湖水表面水層含鹽量變大且溫度也隨之升高.由于含鹽量高的湖水密度大,所以這部分密度大、溫度高的表層湖水就會(huì)在重力作用下下沉,將所吸收的郜分太陽(yáng)能帶到湖底,使湖底溫度越來(lái)越高.由于湖底鹽水密度大于上部湖水密度,因此湖底的鹽水不會(huì)再向上運(yùn)動(dòng),將熱量散失,這就使得太陽(yáng)能得到儲(chǔ)存. 【課后思考】 有人設(shè)計(jì)了這樣一臺(tái)“永動(dòng)機(jī)”：距地面一定高度架設(shè)一個(gè)水槽，水從槽底的管中流出，沖擊一個(gè)水輪機(jī)，水輪機(jī)的軸上安裝一個(gè)抽水機(jī)和一個(gè)砂輪．他指望抽水機(jī)把地面水槽里的水抽上去，這樣循環(huán)不已，機(jī)器不停地轉(zhuǎn)動(dòng)，就可以永久地用砂輪磨制工件做功了（下圖）． 請(qǐng)你分析一下，高處水槽中水的勢(shì)能共轉(zhuǎn)變成哪幾種形式的能，說(shuō)明這個(gè)機(jī)器是否能夠永遠(yuǎn)運(yùn)動(dòng)下去．