7.10能量守恒定律与能源

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1、1 第十节、能量守恒定律与能源主备教师：曾光芬一、 【内容与解析】本节课要学的内容能量守恒定律指的是能量的总量不变，但更重要的是指转化和转移过程中的守恒 在不同形式的能量间发生转化，在不同的物体间发生转移 不需要任何外界动力而持续对外做功的机器是违背能量守恒定律的，是永远不可能制成的 机械能转化成了其他形式的能量而不能消失，能量是不会消失的 二、 【教学目标与解析】 1教学目标（1）理解能量守恒定律，（2）知道能源和能量耗散2目标解析 能量守恒定律是指能量的总量不变，但更重要的是指转化和转移过程中的守恒在不同 形式的能量间发生转化，在不同的物体间发生转移不需要任何外界动力而持续对外做功的 机器

2、是违背能量守恒定律的，是永远不可能制成的机械能转化成了其他形式的能量而不能 消失，能量是不会消失的三、 【问题诊断分析】在本节课的题教学中， 学生可能遇到的问题是对能量守恒定律的理解，产生这一问题的原因是守恒。要解决这一问要注意能量守恒定律是指能量的总量不变，但更重要的是指转化和转移过程中的守恒在不同形式的能量间发生转化，在不同的物体间发生转移不需要任何外界动力而持续对外做功的机器是违背能量守恒定律的，是永远不可能制成的机械能转化成了其他形式的能量而不能消失，能量是不会消失的四、 【教学过程】 问题一、能量守恒定律内容是什么? 设计意图： 提出问题，引起学生思考。师生活动：(演示实验 1：在一

3、个玻璃容器内放人沙子，拿一个小铁球分别从某一高度释放，使其落 到沙子中 ) 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 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 从这个问题中我们可以得到什么结论? 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2 边的物体，例如黑板擦、课本等等) 这个物体在运动过程中机械能

4、是否守恒，如果不守恒， 原因是什么， 机械能是怎样变化的 ? 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 我们可以得出什么结论 ? 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 从这两个例子中我们能够得出什么结论? 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 这里的外力是指的什么 ? 这里的外力是

5、指的除了物体本身重力和弹力之外的力 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 ? 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) 导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是什么? 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 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

6、，而在转化和转移的过程中，能量的总和保持不变 能量守恒定律是一个人发现的吗? 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 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

7、比较 大的科学家是谁呢 ? 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女姆霍兹等人 现在看一个科教片：能量守恒定律的建立过程(多媒体播放能量守恒定律的建立过程)( 参考案例 ) 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

8、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3 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的人英国 物理学家焦耳从 1840 年到 1878 年将近

9、40 年的时间里 研究了电流的热效应， 压缩空气的温 度升高以及电、化学和机械作用之间的联系，做了400 多次实验，用各种方法测定了热和功 之间的当量关系，为能量守恒定律的发现奠定了坚实的实验基础在1847 年，当焦耳宜布他 的能量观点的时候，德国学者荄姆霍兹在柏林也宜读了同样课题的论文在这篇论文里，他 分析了化学能、机械能、电磁能、光能等不同形式的能的转化和守恒，并且把结果跟永动机 不可能制造成功联系起采，他认为不可能无中生有地创造一个永久的推动力，机器只能转化 能量，不能创造和消灭能量女姆霍兹在论文里对能量守恒定律作了一个清晰、全面而且概 括的论述，使这一定律为人们广泛接受在19 世纪中叶

10、，还有一些人也致力于能量守恒地研 究他们从不同的角度出发，彼此独立地研究，却几乎同耐发现了这一伟大的定律因此， 能量守恒定律的发现是科学发展的必然结果此时，能量转化和守恒定律得到了科学界的普 遍承认这一原理指出：自然界的一切物质都具有能量，对应于不同的运动形式，能量也有 不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能电磁运动的电磁能，化学运动的化 学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示。当运动形式发生变化或运动量发 生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统：在转化和 传递中总能量始终不变恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为“伟大的运动基本规律”，认 为

11、它的发现是 19 世纪自然科学的三大发现之一( 另两个发现是细胞学说，达尔文的生物进 化论) 通过学习能量守恒定律，你受到了什么启示? 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，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 这位同学总结得很好，美是无处不在的，物理学中更是处处存在着美，希望同学们在学 习中注意发现，注意体会，这样我们的学习将会更加的丰富多彩 例题 1：下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是,( ) A、某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加B、某个物体的能减少必然有

12、其他物体的能增加C、不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器永动机是不可能制成的D、石子从空中落下，最后惨止在地面上，说明机械能消失了 解析；能量守恒定律是指能量的总量不变，但更重要的是指转化和转移过程中的守恒在不 同形式的能量间发生转化，在不同的物体间发生转移不需要任何外界动力而持续对外做功 的机器是违背能量守恒定律的，是永远不可能制成的机械能转化成了其他形式的能量而不 能消失，能量是不会消失的A 选项是指不同形式的能量间在转化，转化过程中是守恒的B选项是指能量在不同的物体 间发生转移，转移过程中是守恒的这正好是能量守恒定律的两个方面转化与转移任 何永动机都是不可能制成的，它违背了能量守恒定

13、律，所以ABC正确D 选项中石子的机械 能在变化，比如受空气阻力作用，机械能可能要减少，但机械能并没有消失，能量守恒定律 表明能量既不能创生，也不能消失故D是错的 说明：此题考查能量守恒定律的理解，以及对水动机的认识，凡是违背能量守恒定律的永动 机是永远不能制成的 问题二、怎么理解能源和能量耗散？设计意图： 提出问题，引起学生思考。4 师生活动： 大家下面思考这样一个问题：既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源带着这个问 题大家阅读课本第28 页到 29 页有关能量和能量耗散的内容，回答相关问题(学生阅读教材，了解人类应用能源的历程，能源对人类社会发展所起的作用；人类在 利用能源的同时也对环

14、境造成了严重污染) 什么是能量耗散 ? 然料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用， 电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收后变 为周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用这种现象叫做能量的耗散 能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解? 能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的过程中，即在能量的转化 过程中，能量在数量上并没有减少但是可利用的品质上降低了，从便于利用变为不便于利 用了 这说明什么问题 ? 这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性 我们为什么要节约能源呢 ? 正是因

15、为能量转化的方向性，能量的利用受这种方向性的制约，所以能量的利用是有条 件的，也是有代价的 节约能源同时开发可再生能源 通过下面材料的阅读。加深你对能源的理解(多媒体播放世界能源的解决途径)( 参考案例 ) 世界能源问题的解决途径是什么?能源，是人类敕以生存和进行生产的不可缺少的资 源近年来，随着生产力的发展和能源消费的增长能源问题已被列为世界上研究的重大问 题之一解决世界能源问题的根本途径，主要有两个方面：其一是广泛开源，其二是认真节 流所谓开源，就是积极开发和利用各种能源在继续加紧石油勘探和寻找新的石油产地的 同时，积极开发丰富的煤炭资源，还要大力开发水能，生物能等常规能源，加强核能、太阳

16、 能，风能、沼气，海洋能，地热能以及其他各种新能源的研究和利用，从而不断扩大人类的 能源资源的种类和来源所谓节流，就是要大力提倡节约能源节能是世界上许多国家关心 和研究的重要课题， 甚至有人把节能称为世界的 “第五大能源”，与煤、石油和天然气、 水能、 核能等并列在节能方面，在有计划地控制人口增长的同时，重点要发挥先进科学技术的优 势，提高各国的能源利用效率如果世界各国家和各地区都能改进各种用能设备，不断提高 能源的质量标准和降低单位产品的能耗，加强科学管理，适当控制生活能源的合理使用，就 能使能源更加有效地用于生产和生活之中，从而解决人类面临的能源问题 对功能关系的理解 例题 2 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