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2019-2020年九年級物理全冊 第十四章 內能的利用 三、能量的轉化和守恒名師教案 新人教版 一、教學目標 1．在物理知識方面的要求 （1）理解能的轉化和守恒定律，能列舉出能的轉化和守恒定律的實例； （2）理解“永動機”不能實現(xiàn)的原理。 2．讓學生初步學會運用能的轉化和守恒定律計算一些簡單的內能和機械能相互轉化的問題。 3．能的轉化和守恒定律是自然科學的基本定律之一，應用能的轉化和守恒的觀點來分析物理現(xiàn)象、解決物理問題是很重要的物理思維方法。 二、重點、難點分析 1．重點內容是能的轉化和守恒定律，強調能的轉化和守恒定律是自然科學中最基本定律。 學習運用能的轉化和守恒原理計算一些物理習題。 2．運用能的轉化和守恒定律對具體的自然現(xiàn)象進行分析，說明能是怎樣轉化的，對學生來說是有難度的。 三、教具 幻燈、幻燈片，其內容是： 1．反映電能、機械能、化學能與內能相互轉化的實例插圖。 2．反映自然界各種形式能相互轉化的實例插圖。 3．歷史上有人設計的“永動機”插圖。 四、主要教學過程 （一）引入新課 我們知道刀具在砂輪上磨削時，刀具發(fā)熱是因為通過摩擦力做功，機械能轉化為內能。在暖氣片上放有一瓶冷水，過一段時間后水變熱，這是通過熱量傳遞使這瓶水內能增加。這些實例中，物體的內能為什么增加了？是憑空產生的還是由其他形式能轉化來的？能的轉化過程中數(shù)量之間有什么關系？這是今天要學習的內容。 （二）教學過程設計 1．機械能與內能轉化過程中能量守恒 （1）運動的汽車緊急剎車，汽車最終停下來。這過程中汽車的動能（機械能）轉化為輪胎和路面的內能（假定這過程沒有與周圍物體有熱交換，即不散熱也不吸熱）。摩擦力做了多少功，內能就增加多少。公式W=ΔE表示了做功與內能變化的關系，這公式也反映出做功過程中，機械能的損失數(shù)量恰好等于物體內能增加的數(shù)量。 （2）把一鐵塊放入盛有水的燒杯中，用酒精燈加熱燒杯內水，直至水沸騰。在這一過程中，鐵塊從周圍水中吸收了熱量使它溫度升高，內能增加。這過程中水的一部分內能通過熱量傳遞使鐵塊內能增加。鐵塊吸收多少熱量，它內能就增加多少。公式Q=ΔE表示吸收的熱量與內能變化量的關系，也反映出鐵塊增加的內能數(shù)量與水轉移給鐵塊的內能數(shù)量相等。 一般情況下，如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞過程，那么，外界對物體所做的功W加上物體從外界吸收的熱量Q，等于物體內能的增加ΔE，即 W+Q=ΔE 上式所表示的是功、熱量和內能之間變化的定量關系，同時它也反映了一個物體的內能增加量等于物體的機械能減少量和另外物體內能減少量（內能轉移量）之和。進而說明，內能和機械能轉化過程中能量是守恒的。 2．其他形式的能也可以和內能相互轉化 （1）介紹其他形式能：我們學習過機械運動有機械能，熱運動有內能，實際上自然界存在著許多不同形式的運動，每種運動都有一種對應的能量，如電能、磁能、光能、化學能、原子能等。 （2）不僅機械能和內能可以相互轉化，其他形式能也可以和內能相互轉化，舉例說明：（同時放映幻燈片） ① 電爐取暖：電能→內能 ② 煤燃燒：化學能→內能 ③ 熾熱燈燈絲發(fā)光：內能→光能 （3）其他形式的能彼此之間都可以相互轉化。畫出圖表讓學生回答分析： 3．能的轉化和守恒定律 大量事實證明：各種形式的能都可以相互轉化，并且在轉化過程中守恒。 “能量既不會憑空產生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉化為別的形式，或者從一個物體轉移到別的物體?！边@就是能的轉化和守恒定律。 在學習力學知識時，學習了機械能守恒定律。機械能守恒定律是有條件限制的定律，而且實際現(xiàn)象中是不可能實現(xiàn)的。而能的轉化和守恒定律是存在于普遍自然現(xiàn)象中的自然規(guī)律。這規(guī)律對物理學各個領域的研究，如力學、電學、熱學、光學等都有指導意義。它也對化學、生物學等自然科學的研究都有指導作用。 4．永動機不可能制成 歷史上不少人希望設計一種機器，這種機器不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功。這種機器被稱為永動機。雖然很多人，進行了很多嘗試和各種努力，但無一例外地以失敗告終。失敗的原因是設計者完全違背了能的轉化和守恒定律，任何機器運行時其能量只能從一種形式轉化為另一種形式。如果它對外做功必然消耗能量，不消耗能量就無法對外做功，因而永動機是永遠不可能制造成功的。 5．運用能的轉化和守恒定律進行物理計算 例題：用鐵錘打擊鐵釘，設打擊時有80％的機械能轉化為內能，內能的50％用來使鐵釘?shù)臏囟壬?。問打?0次后，鐵釘?shù)臏囟壬叨嗌贁z氏度？已知鐵錘的質量為1.2kg，鐵錘打擊鐵釘時的速度是10m/s，鐵釘質量是40g，鐵的比熱是5.0102J/（kg℃）。 首先讓學生分析鐵錘打擊鐵釘?shù)倪^程中能量的轉化。 歸納學生回答結果，指出鐵錘打擊鐵釘時，鐵錘的一部分動能轉化為內能，而且內能中的一半被鐵釘吸收，使它的溫度升高。如果用ΔE表示鐵釘?shù)膬饶茉黾恿浚F錘和鐵釘?shù)馁|量分別用M和m表示，鐵錘打擊鐵釘時的速度用v表示。依據(jù)能的轉化和守恒定律，有 鐵釘?shù)膬饶茉黾恿坎荒苤苯佑嬎汨F釘?shù)臏囟?，我們把機械能轉化為內能的數(shù)量等效為以熱傳遞方式完成的，因此等效為計算打擊過程中鐵釘吸收多少熱量，這熱量就是鐵釘?shù)膬饶茉黾恿俊Ｒ虼擞? Q=cmΔt 上式中c為鐵釘?shù)谋葻?，Δt表示鐵釘?shù)臏囟壬吡?。將上面兩個公式聯(lián)立，得出 經計算得出鐵釘溫度升高24℃。在這個物理計算過程中突出體現(xiàn)了如何應用能的轉化和守恒定律這一基本原理。 應該注意，有的同學把上述題目中鐵錘打擊鐵釘過程中的能量轉化，說成“鐵錘做功轉化為熱量”是不正確的。只能說做功與熱量傳遞在使物體內能改變上是等效的。 （三）課堂小結 自然界的物質有不同的運動形式，每一種運動都對應著一種能。能不能憑空產生，也不能憑空消失，自然界各種形式的能存在著相互轉化過程，轉化過程中總量是守恒的。能的轉化和守恒定律是自然界最基本的物理定律。 同學們要會分析一些自然現(xiàn)象中能是怎樣轉化的。 應該知道，根據(jù)能的轉化和守恒定律，永動機是不可能制造成功的。 通過課上的例題計算，學會運用能的轉化和守恒定律解決物理問題的方法。 （四）說明 能的轉化和守恒定律是學生進入高中物理階段后，第一次完整、細致地學習。此定律對今后學習物理是很重要的一個理論鋪墊。教學上要重視，課堂上講解要細致和透徹。