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2019-2020年高中物理 《能量的轉(zhuǎn)化和守恒》教案 魯科版選修3-3 教學(xué)目標(biāo) 　　一、知識(shí)與技能 　　1.知道能量守恒定律。 2.能舉出日常生活中能量守恒的實(shí)例。 　　3.有用能量守恒的觀點(diǎn)分析物理現(xiàn)象的意識(shí)。 　　二、過(guò)程與方法 　　1.通過(guò)學(xué)生自己做小實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)各種現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系，體會(huì)各種形式能量之間的相互轉(zhuǎn)化。 　　2.通過(guò)學(xué)生討論體會(huì)能量不會(huì)憑空消失，只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體。 　　三、情感、態(tài)度與價(jià)值觀 　　1.通過(guò)學(xué)生自己做小實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣。2.對(duì)能量的轉(zhuǎn)化和守恒有一個(gè)感性的認(rèn)識(shí)，為建立科學(xué)世界觀和科學(xué)思維方法打基礎(chǔ)。 　　3.通過(guò)學(xué)生討論鍛煉學(xué)生分析問(wèn)題的能力。 　　教學(xué)重點(diǎn)：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。 　　教學(xué)難點(diǎn)：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(shuō)明能是怎樣轉(zhuǎn)化的。 　　教學(xué)過(guò)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^(guò)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(guò)一段時(shí)間后水變熱，這是通過(guò)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(lái)的？這就是今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。 　　二、新課學(xué)習(xí) 　　1．能的轉(zhuǎn)化 　　想想做做：按照書中的操作，觀察發(fā)生的現(xiàn)象，說(shuō)一說(shuō)發(fā)生了那些能量的轉(zhuǎn)化。 　?。?）摩擦手，手發(fā)熱：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 　　（2）黑塑料袋盛水，陽(yáng)光下，溫度升高：光能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。 　?。?）連在太陽(yáng)電池的小電扇對(duì)著陽(yáng)光，轉(zhuǎn)動(dòng)起來(lái)：光能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能。 　?。?）鋼筆桿摩擦后會(huì)吸引小紙片：機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能。 　　看來(lái)各種形式的能，在一定的條件下是可以相互轉(zhuǎn)化的，仔細(xì)觀察下面的能量相互轉(zhuǎn)化的圖示，你能不能找到更多的實(shí)例？ 　?。?）運(yùn)動(dòng)的汽車緊急剎車，汽車最終停下來(lái)。這過(guò)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。 　?。?）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(guò)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(guò)程中水的一部分內(nèi)能通過(guò)熱量傳遞使鐵塊內(nèi)能增加。 　　其他形式的能也可以和內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化。 　?。?）介紹其他形式能：我們學(xué)習(xí)過(guò)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。 　?。?）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(shuō)明：（同時(shí)放映幻燈片） 　?、?電爐取暖：電能→內(nèi)能 　?、?煤燃燒：化學(xué)能→內(nèi)能 　?、?熾熱燈燈絲發(fā)光：內(nèi)能→光能 　?。?）其他形式的能彼此之間都可以相互轉(zhuǎn)化。 　　播放動(dòng)畫：大自然中能量的轉(zhuǎn)換 　　2．能量守恒定律 　　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(guò)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?！边@就是能量守恒定律。 　　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。 　　3．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(wú)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(wú)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。 　　4．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(lái)使鐵釘?shù)臏囟壬?。?wèn)打擊20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^(guò)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(guò)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(guò)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(guò)程中的能量轉(zhuǎn)化，說(shuō)成“鐵錘做功轉(zhuǎn)化為熱量”是不正確的。只能說(shuō)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(guò)程，轉(zhuǎn)化過(guò)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。