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2019-2020年九年級(jí)物理全冊(cè) 第十四章 內(nèi)能的利用 三、能量的轉(zhuǎn)化和守恒名師教案 新人教版 一、教學(xué)目標(biāo) 1．在物理知識(shí)方面的要求 （1）理解能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，能列舉出能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的實(shí)例； （2）理解“永動(dòng)機(jī)”不能實(shí)現(xiàn)的原理。 2．讓學(xué)生初步學(xué)會(huì)運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律計(jì)算一些簡(jiǎn)單的內(nèi)能和機(jī)械能相互轉(zhuǎn)化的問題。 3．能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然科學(xué)的基本定律之一，應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒的觀點(diǎn)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(diǎn)、難點(diǎn)分析 1．重點(diǎn)內(nèi)容是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，強(qiáng)調(diào)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然科學(xué)中最基本定律。 學(xué)習(xí)運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒原理計(jì)算一些物理習(xí)題。 2．運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律對(duì)具體的自然現(xiàn)象進(jìn)行分析，說明能是怎樣轉(zhuǎn)化的，對(duì)學(xué)生來說是有難度的。 三、教具 幻燈、幻燈片，其內(nèi)容是： 1．反映電能、機(jī)械能、化學(xué)能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)例插圖。 2．反映自然界各種形式能相互轉(zhuǎn)化的實(shí)例插圖。 3．歷史上有人設(shè)計(jì)的“永動(dòng)機(jī)”插圖。 四、主要教學(xué)過程 （一）引入新課 我們知道刀具在砂輪上磨削時(shí)，刀具發(fā)熱是因?yàn)橥ㄟ^摩擦力做功，機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。在暖氣片上放有一瓶冷水，過一段時(shí)間后水變熱，這是通過熱量傳遞使這瓶水內(nèi)能增加。這些實(shí)例中，物體的內(nèi)能為什么增加了？是憑空產(chǎn)生的還是由其他形式能轉(zhuǎn)化來的？能的轉(zhuǎn)化過程中數(shù)量之間有什么關(guān)系？這是今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。 （二）教學(xué)過程設(shè)計(jì) 1．機(jī)械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程中能量守恒 （1）運(yùn)動(dòng)的汽車緊急剎車，汽車最終停下來。這過程中汽車的動(dòng)能（機(jī)械能）轉(zhuǎn)化為輪胎和路面的內(nèi)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(nèi)能就增加多少。公式W=ΔE表示了做功與內(nèi)能變化的關(guān)系，這公式也反映出做功過程中，機(jī)械能的損失數(shù)量恰好等于物體內(nèi)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(nèi)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(nèi)能增加。這過程中水的一部分內(nèi)能通過熱量傳遞使鐵塊內(nèi)能增加。鐵塊吸收多少熱量，它內(nèi)能就增加多少。公式Q=ΔE表示吸收的熱量與內(nèi)能變化量的關(guān)系，也反映出鐵塊增加的內(nèi)能數(shù)量與水轉(zhuǎn)移給鐵塊的內(nèi)能數(shù)量相等。 一般情況下，如果物體跟外界同時(shí)發(fā)生做功和熱傳遞過程，那么，外界對(duì)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(nèi)能的增加ΔE，即 W+Q=ΔE 上式所表示的是功、熱量和內(nèi)能之間變化的定量關(guān)系，同時(shí)它也反映了一個(gè)物體的內(nèi)能增加量等于物體的機(jī)械能減少量和另外物體內(nèi)能減少量（內(nèi)能轉(zhuǎn)移量）之和。進(jìn)而說明，內(nèi)能和機(jī)械能轉(zhuǎn)化過程中能量是守恒的。 2．其他形式的能也可以和內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化 （1）介紹其他形式能：我們學(xué)習(xí)過機(jī)械運(yùn)動(dòng)有機(jī)械能，熱運(yùn)動(dòng)有內(nèi)能，實(shí)際上自然界存在著許多不同形式的運(yùn)動(dòng)，每種運(yùn)動(dòng)都有一種對(duì)應(yīng)的能量，如電能、磁能、光能、化學(xué)能、原子能等。 （2）不僅機(jī)械能和內(nèi)能可以相互轉(zhuǎn)化，其他形式能也可以和內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化，舉例說明：（同時(shí)放映幻燈片） ① 電爐取暖：電能→內(nèi)能 ② 煤燃燒：化學(xué)能→內(nèi)能 ③ 熾熱燈燈絲發(fā)光：內(nèi)能→光能 （3）其他形式的能彼此之間都可以相互轉(zhuǎn)化。畫出圖表讓學(xué)生回答分析： 3．能的轉(zhuǎn)化和守恒定律 大量事實(shí)證明：各種形式的能都可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過程中守恒。 “能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到別的物體。”這就是能的轉(zhuǎn)化和守恒定律。 在學(xué)習(xí)力學(xué)知識(shí)時(shí)，學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律。機(jī)械能守恒定律是有條件限制的定律，而且實(shí)際現(xiàn)象中是不可能實(shí)現(xiàn)的。而能的轉(zhuǎn)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(duì)物理學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的研究，如力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等都有指導(dǎo)意義。它也對(duì)化學(xué)、生物學(xué)等自然科學(xué)的研究都有指導(dǎo)作用。 4．永動(dòng)機(jī)不可能制成 歷史上不少人希望設(shè)計(jì)一種機(jī)器，這種機(jī)器不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功。這種機(jī)器被稱為永動(dòng)機(jī)。雖然很多人，進(jìn)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(shè)計(jì)者完全違背了能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，任何機(jī)器運(yùn)行時(shí)其能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。如果它對(duì)外做功必然消耗能量，不消耗能量就無法對(duì)外做功，因而永動(dòng)機(jī)是永遠(yuǎn)不可能制造成功的。 5．運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律進(jìn)行物理計(jì)算 例題：用鐵錘打擊鐵釘，設(shè)打擊時(shí)有80％的機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能的50％用來使鐵釘?shù)臏囟壬摺柎驌?0次后，鐵釘?shù)臏囟壬叨嗌贁z氏度？已知鐵錘的質(zhì)量為1.2kg，鐵錘打擊鐵釘時(shí)的速度是10m/s，鐵釘質(zhì)量是40g，鐵的比熱是5.0102J/（kg℃）。 首先讓學(xué)生分析鐵錘打擊鐵釘?shù)倪^程中能量的轉(zhuǎn)化。 歸納學(xué)生回答結(jié)果，指出鐵錘打擊鐵釘時(shí)，鐵錘的一部分動(dòng)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而且內(nèi)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?nèi)能增加量，鐵錘和鐵釘?shù)馁|(zhì)量分別用M和m表示，鐵錘打擊鐵釘時(shí)的速度用v表示。依據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，有 鐵釘?shù)膬?nèi)能增加量不能直接計(jì)算鐵釘?shù)臏囟?，我們把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的數(shù)量等效為以熱傳遞方式完成的，因此等效為計(jì)算打擊過程中鐵釘吸收多少熱量，這熱量就是鐵釘?shù)膬?nèi)能增加量。因此有 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(gè)公式聯(lián)立，得出 經(jīng)計(jì)算得出鐵釘溫度升高24℃。在這個(gè)物理計(jì)算過程中突出體現(xiàn)了如何應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律這一基本原理。 應(yīng)該注意，有的同學(xué)把上述題目中鐵錘打擊鐵釘過程中的能量轉(zhuǎn)化，說成“鐵錘做功轉(zhuǎn)化為熱量”是不正確的。只能說做功與熱量傳遞在使物體內(nèi)能改變上是等效的。 （三）課堂小結(jié) 自然界的物質(zhì)有不同的運(yùn)動(dòng)形式，每一種運(yùn)動(dòng)都對(duì)應(yīng)著一種能。能不能憑空產(chǎn)生，也不能憑空消失，自然界各種形式的能存在著相互轉(zhuǎn)化過程，轉(zhuǎn)化過程中總量是守恒的。能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界最基本的物理定律。 同學(xué)們要會(huì)分析一些自然現(xiàn)象中能是怎樣轉(zhuǎn)化的。 應(yīng)該知道，根據(jù)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律，永動(dòng)機(jī)是不可能制造成功的。 通過課上的例題計(jì)算，學(xué)會(huì)運(yùn)用能的轉(zhuǎn)化和守恒定律解決物理問題的方法。 （四）說明 能的轉(zhuǎn)化和守恒定律是學(xué)生進(jìn)入高中物理階段后，第一次完整、細(xì)致地學(xué)習(xí)。此定律對(duì)今后學(xué)習(xí)物理是很重要的一個(gè)理論鋪墊。教學(xué)上要重視，課堂上講解要細(xì)致和透徹。