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2012高中物理 4.3 能量的转化与守恒教案 沪科版必修2


《能量的转化与守恒》教学设计
教学目标 知识及技能:知道自然界存在各种形式的能,各种形式的能可以相互转化,能也可以由 一个物体转移给另一个物体,在转化或转移过程中能的总量保持不变。 过程与方法: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;通过 对人类对能量转化与守恒定律的认识过程的了解, 感悟科学研究的一般方法与过程; 初步建 立守恒思想。 情感态度价值观:通过能量守恒定律的教学,让学生领略物理规律的和谐美和简洁美, 从欣赏美的角度探究物理规律, 发展对科学的好奇心与求知欲; 培养学生参与科技活动的热 情,勇于探索与日常生活有关的物理问题;学会运用守恒观点分析物理、生活、社会现象。 教学重点 能量守恒定律的内容 教学难点 理解能量守恒定律的确切含义 主要教学方法 1.教师启发、引导; 2.学生自主阅读、思考,并讨论交流。 教学过程 情境创设 1.提出问题:我们已学习了多种形式的能,请同学们说出你所知道的能量形式。我们还 知道不同形式的能之间是可以相互转化的,请你举几个能量转化的例子。 2.播放能量转化的视频,让学生观看后思考:有哪些能量发生了转化? 3.演示实验 1:在一个玻璃容器内放入细沙,拿一个小铁球分别从某一高度释放,使其 落到细沙中。 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。小球 最后静止在细沙中,它所具有的机械能那里去了? 4.演示实验 2:用手提物理课本匀速上升,让学生分析机械能的变化情况。这个物体在 运动过程中机械能是否守恒,如果不守恒,原因是什么,机械能是怎样变化的? 5.教师讲述:物体所处的系统机械能守恒是有条件的,当外力对物体做功时,系统的机 械能不守恒,此时外力对系统做的功等于系统机械能的变化。 6.听取学生汇报,总结点评。回答学生可能提出的问题。 7.引入课题:从这两个例子中我们可以看到,机械能守恒定律并不是自然界中最基本的 守恒定律,当涉及到多个能量之间的相互转化时,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。 那么能量的总和变不变化呢?人类是怎样研究这 个问题的?得出了什么样的结论呢?通过这节课的讨论和学习, 对这些问题将会有明确的认 识。 新课学习 一、认识各种形式能的转化 1.播放视频: 《运动中的汽车》 2.观察课本 67 页图 4-18,分组讨论问题:小汽车行驶时,燃料燃烧释放的内能都哪里 去了?

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电能 化学能 内能 机械能

供电动机、车灯、音响、空调使用 汽车的机械能,使汽车行驶 克服各部件间的摩擦

转移给了有关部件, 使其发热 尾气带走一部分

3.讨论课本 68 页图 4-19 所示个现象中,能的转化情况 a:原子能(核能)转化为内能、光能、电磁辐射能等 b:植物的化学能转化为人体的化学能 c:电能转化为光能、声能、内能 4.教师小结: 在自然界里, 有各种各样的运动形式, 每一种运动形式都有一种相应的能, 随着物体运动形式的转化,能的形式也随着转化,这是自然界的普遍现象。 二、人类对能量转化的进一步研究——能量守恒定律的确立 1.阅读讨论 (1)古希腊的运动不灭思想(2)近代笛卡尔、莱布尼兹等科学家宇宙运动量不灭思想 (3)迈尔、焦耳、亥姆霍兹的研究 迈尔:研究分析了 25 种形式能量的转化现象,发现总能量不变(守恒) 。 焦耳:研究分析了电能与内能转化,机械能与内能转化,电能、化学能、机械能间的相 互转化,发现总能量守恒。 亥姆霍兹对人类关于能量转化与守恒研究的总结与概括——能量守恒定律的建立。 2.师生总结——能量守恒定律的内容 能量既不能凭空产生,也不能凭空消失,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,在转化或转移过程中其总量不变。 3.教师讲述——对定律的理解:关键词——转化(能的形式) 、转移(能的载体) ,守恒 (能的总量) (1)能量不能凭空产生,也不能凭空消失 (2)能量只能从一种形式转化为另一种形式,或者有一个物体转移到另一种物体 (3)在能量的转化或转移过程中,能的总量保持不变 3.教师讲述——能量守恒定律建立的意义 能量守恒定律的建立过程,是人类认识自然的一次重大的飞跃,也是人类思想史上的一 次飞跃,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,和谐美是科学的魅力所在。 这么普遍,这么重要的科学规律,却有着如此简洁和谐的表述,这就是物理规律的简洁 美,和谐美,也是物理学的简洁美,和谐美。 4.学生讨论——课本 69 页“案例分析” (1)第一类永动机的设计思想是什么? 不消耗能量或少消耗能量而做大量的功。 (2)这能实现吗? 听起来,就像天上掉馅饼。 “没有免费的午餐” ,应该不会实现。仔细分析可以看出,重 锤产生的两个方向的转动力矩总是平衡的, 即就是让它转起来, 但转动过程中由于要克服各 部分间及与空气的摩擦而消耗机械能,所以不可动永远转动下去,永远对外做功。人类的任 何创造发明,都不能违背自然规律。 5.学生讨论——能的转化或转移有方向性吗?
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回顾必修 1 所学的机械能守恒定律有关内容及日常实力进行讨论。 案例分析 质量为 m 的子弹以水平 vo 射入速度 Vo 沿同一方向运动的木块中,木块质量为 M。当子弹 进入木块的深度为 d 时, 子弹和木块的速度分别 v 为和 V。 若子弹和木块的相互作用力为 F, 不计木块与水平面的摩擦力及空气阻力,证明这一过程中子弹和木块总共损失的动能为 Δ Ek=Fd。 证:从子弹接触木块到进入 d,对子弹运用动能定理有: ? Fs1 ? 块运用动能定理有: Fs2 ?

1 2 1 2 mv ? mvo ;对木 2 2

1 1 MV 2 ? MVo2 。这一过程中子弹、木块系统总共损失的动能 2 2 1 2 1 1 1 2 是 : ( mvo ? MVo ) - ( mv 2 ? MV 2 ) , 由 于 s1-s2=d , 所 以 有 2 2 2 2 1 2 1 1 1 2 ( mvo ? MVo ) - ( mv 2 ? MV 2 ) ? Fd 2 2 2 2
巩固练习 1.下列说法正确的是( ) A.燃料燃烧时把自己的热量释放出去,它还会自动聚集起来供人类重新利用 B.热量会自发地从高温物体传给低温问题,但却不能自发地从低温物体传给高温物体 C.自然界的能量虽然守恒,但还是要节约能源 D.两种气体放到一个容器内,总会均匀地混合到一起,但不会再自发地分离开来。 2.指出下列现象中能量的转化或转移情况 (1)植物的光合作用;(2)雨天时发生雷电;(3)人在跑步时,身体发热;(4)手摇发电机 发电使灯泡发光;(5)风吹动帆船前进。 3.一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? 教师小结 能量守恒定律的变式表述: (1)物体系统内,某些形式能的增加等于另一些形式能的减 小; (2)物体系统内,某些物体的能量的增加等于另一些物体的能量的减小。 布置作业 1.复习课文,书面完成课本 70 页“家庭作业与活动”3、4、5。 2.撰写小论文: 《守恒》 3.预习《能源与可持续发展》 板书设计 各种形式的能可 以相互转化 能可以由一个物 体转移给另一个 物体 反思与改进 能量既不能凭空产生,也 不能凭空消失,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,在转化或转移过程中其总 量不变。 应用:对于一个 系统来说,一种 形式能的减少, 等于另一种形式 能的增加。

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