第五章 机械能及
守恒定律第十节 能量守恒定律与能源
一、教学目标
知识与技能:
理解能量守恒定律,知道能源和能量耗散.
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.
情感态度与价值观:
1.用能量的观点分析问题应该深入学生的心中,因为这是最本质的分析方法.
2.感知我们周围能源的耗散,树立节能意识.
二、教学内容剖析
本节课的地位和作用:
学生在学习了机械能守恒定律之后拓展到能量守恒是不难接受的,特别是学生通过对自然界的认识、生物课的学习、化学课的学习,都学到了很多种类的能量,在这节课中把这些能量间的关系综合起来是有很大意义的。
本节课教学重点:
1.能量守恒定律的内容.
2.应用能量守恒定律解决问题.
本节课教学难点:
1.理解能量守恒定律的确切含义.
2.能量转化的方向性.
3、教学思路与方法
教学思路:
通过阅读让学生体会自然界中能量的确良转化与守恒关系,鼓励学生得出问题,理解能量品质、能量耗散等概念。新课程更多地与社会实际相联系,鼓励学生提出问题.本节“思考与讨论”对能源问题做了讨论,这是一个质疑的范例.它引导我们考虑能量转化和转移的方向性.从物理学的角度研究宏观过程的方向性,在现阶段只需用一些简单的实例,让学生初步地体会一下就可以了.例如:摩擦力做功的过程,要损耗机械能而生热,产生的热不可能全部转化为机械功.在其他的宏观过程中也是如此,例如: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.通过实例说明.在能量的转化和转移过程中,能量是守恒的,但能量的品质却降低了,可被人直接利用的能在逐渐减少,这是能量耗散现象.所以,能量虽然守恒,但我们还要节约能源.
教学方法:
教师启发、引导,学生自主阅读、思考,讨论、交流学习成果。
4、教学准备
投影仪、教学录像或课件、玻璃容器、沙子、小铁球、水、小木块.
5、课堂教学设计
教学环节
教学内容
师生互动
设计意图
备注
引入
请举几个能量转化的例子.
师: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.我们还知道不同量之间是可以相互转化的,请举几个能量转化的例子.
生1:电灯能够发光是因为电能转化为了光能.
师:当电灯发光的同时.还能感觉到电灯是热的,说明什么问题呢?
生1:说明在电能转化为光能的同时还产生了热能.
生2:我举一个例子,当两个物体相互摩擦的时候,它们的温度会升高,这个过程中机械能转化为内能.
生3:在火箭发射的时候,推进剂燃烧产生的化学能转化为火箭的机械能.
生4:汽车在行驶过程中,汽车内燃机产生的化学能转化为汽车的机械能.
师:刚才同学们分析得都很好,看起来自然界除了我们在上几节学过的机械能之外,还有各种各样的能量,机械能守恒定律成立的条件是什么?
生:机械能守恒定律成立的条件是只有重力或弹力做功。
师:我们看一下下面几种情况下物体所处的系统机械能是否守恒。
举例说明与日常生活贴近,激发学生的学习兴趣,激发学生的好奇心和探索欲。
能量守恒定律
一、能量守恒定律
能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式.或者从一个物体转移到另外一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总和保持不变。
思考问题:导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是什么?
19世纪自然科学的三大发现之一
能量转化和守恒定律
细胞学说
达尔文的生物进化论
师:大家看这样一个问题: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。
生:小球在运动过程中机械能不守恒,根据机械能守恒定律成立的条件是只有重力或弹力做功,在小球下落的过程中,除了受到的重力做功之外,还有沙子对它做功,沙子对铁球做负功,铁球在下落过程中机械能是减少的。
师:从这个问题中我们可以得到什么结论?
生:外力(除了重力和弹力之外的力)对系统做负功,系统的机械能减少。
[演示实验2:用手提一个物体匀速上升,让学生分析机械能的变化情况(物体可以是身边的物体,例如黑板擦、课本等等)]
师: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?
生:这个物体在运动过程中机械能不守恒,原因是不符合机械能守恒定律成立的条件,有外力对物体做了功,这个力是人对物体向上的拉力.在运动过程中,物体动能没有发生变化,而物体的重力势能增加了,所以系统的机械能是增加的。
师:我们可以得出什么结论?
生:当外力(除了重力或弹力以外的力)对物体做正功,物体的机械能增加,物体机械能的增加量等于外力对物体做的功。
师:从这两个例子中我们能够得出什么结论?
生: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。
师:这里的外力是指的什么?
生:这里的外力是指的除了物体本身重力和弹力之外的力。
师:这个结论叫做功能原理.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,我们应该怎样研究这些能量之间的关系呢?
师:下面大家阅读28页中有关能量守恒定律建立的过程,回答相应的问题.
(学生阅读课本,总结能量守恒定律的表达方式)
师:导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是什么?
生:导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是确立了永动机的不可能性和发现了各种自然现象之间的相互联系与转化.
师:能量守恒定律的内容是什么?
生:能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式.或者从一个物体转移到另外一个物体,而在转化和转移的过程中,能量的总和保持不变.
师:能量守恒定律是一个人发现的吗?
生:能量守恒定律不是一个人发现的,到了19世纪40年代前后.科学界已经形成一种思想氛围,即用联系的观点去观察自然,各种不同能量可以相互转化,这预示着,到了把分立环节连成一体的时候了,也就是到了建立能量转化与守恒定律的时候了,不同国家、不同领域的十几位科学家,以不同的方式,各自独立提出了能量守恒定律的内容:能量既不会消灭,也不会创生,它只会从一种形式转化为其他形式,或者从一个物体转移到另外一个物体.而在转化和转移的过程中.能量的总和保持不变.
师:看起来能量守恒定律是人类进步的一个必然的结果,那么对能量守恒定律作出贡献比较大的科学家是谁呢?
生:对能量守恒定律贡献比较大的科学家有:德国物理学家和医生迈尔,英国物理学家焦耳,德国物理和生理学家亥姆霍兹等人.
师:能量守恒定律是建立在自然科学发展的基础上的,从16世纪到18世纪.经过伽利略、牛顿,惠更斯、莱布尼茨以及伯努利等许多物理学家的认真研究,使动力学得到了较大的发展,机械能的转化和守恒的初步思想,在这一时期已经萌发.18世纪末和19世纪初,各种自然现象之间联系相继被发现.伦福德和戴维的摩擦生热实验否定了热质说.把物体内能的变化与机械运动联系起来.1800年发明伏打电池之后不久,又发现了电流的热效应、磁效应和其他的一些电磁现象.这一时期,电流的化学效应也被发现,并被用来进行电镀.在生物学界,证明了动物维持体温和进行机械活动的能量跟它所摄取的食物的化学能有关,自然科学的这些成就,为建立能量守恒定律作了必要的准备.能量守恒定律的最后确定,是在19世纪中叶由迈尔、焦耳和荄姆霍兹等人完成.德国医生迈尔是从生理学的角度开始对能量进行研究的.1842年,他从“无不生有,有不变无”的哲学观念出发.表达了对能量转化和守恒思想,他分析了25种能量的转化和守恒现象,成为世界上最先阐述能量守恒思想
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