2022年高中物理 第7章 第10节 能量守恒定律与能源教案 新人教版必修2

2022年高中物理 第7章 第10节 能量守恒定律与能源教案 新人教版必修2一、概述(介绍本课时内容在本章中的作用，主要学习内容，具体细化的三维学习目标，重点、难点，学习本节学生的优势和不足，主要学习活动和预期学生表现性成果)本节在本章中的作用，主要学习内容：本节做为本章的最后一节，是机械能守恒的进一步提升，是对本章知识的总结与拓展，主要内容分为两部分，第一部分能量守恒定律，从机械能守恒定律向普遍的能量守恒定律拓展，阐述了能量守恒定律推出的艰辛历程，让学生感受物理规律得出的历程，使学生体会科学家不畏艰辛的探索精神并且指出能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果，展示了科学的和谐美。第二部分，能源和能量耗散，从生活实际出发，让学生了解自然界中热传导过程和能量转化、转移是有一定方向的，让学生了解能源对人类文明的意义和由能源带来的环境问题，引入可持续发展的概念。让学生认识节约能源。具体细化的三维学习目标：知识与技能1明确能量可发生相互转化，理解能量守恒定律，知道类永动机不可能实现。2了解什么是常规能源，什么是新型能源，知道能量转化和转移的方向性3通过能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性4了解能源与人类生存和社会发展的关系，使学生认识能源的合理利用与环境保护对可持续发展的重要意义过程与方法1通过能量守恒定律事例分析，提高分析问题和理论联系实际的能力2通过阅读教材，感受物理规律得出的历程，体会哲学和自然科学长期发展和进步历程情感态度价值观1学习科学家不畏艰辛的探索精神、体验科学的和谐美，了解大量的能源消耗带来的全球性环境问题，树立环保意识2感知我们周围能源的耗散，树立节能意识教学重点能量守恒定律，节约能源的意义教学难点用能量守恒定律解决具体问题学习本节学生的优势和不足 学生通过机械能的学习，已经形成了有关能量转化的一些图景，体会到能量概念是对自然现象的抽象与概括，具备了从“机械能的转化与守恒”联想扩展到“自然界中各种能量在转化和转换中总能量是否会守恒”的基础，但具体事例解决缺乏分析方法和策略。主要学习活动和预期学生表现性成果学情分析活动1-能量的转化的探讨，明确能量可发生相互转化。活动2-能量守恒定律的学习，理解能量守恒定律，知道类永动机不可能实现，学习科学家不畏艰辛的探索精神、体验科学的和谐美活动3-能量守恒定律的应用，通过能量守恒定律事例分析，提高分析问题和理论联系实际的能力，活动4-能源和能量耗散，了解大量的能源消耗带来的全球性环境问题，树立环保意识，感知我们周围能源的耗散，树立节能意识活动5-当堂巩固，能胜利完成完成本节内容教学方法分析教师演示、启发、引导，学生自主阅读、思考讨论、探究、展示交流。教具准备多媒体教室、黑板、学案、书本、课件、轮摆、弹簧振子等教学活动活动1-能量的转化教师：演示轮摆实验，弹簧振子实验，提出问题：轮摆回不到原来的高度，弹簧振子也是如此为啥？运动过程中能量的转化情况如何？学生：它们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，以上两个实验还有阻力做功教师：从这个问题中我们可以得到什么结论?学生：外力(除了重力和弹力之外的力)对系统做负功，系统的机械能减少教师：机械能去哪了？学生：转化为内能了教师：我们已学习了多种形式的能，不同能之间是可以相互转化的，请举几个能量转化的例子学生1：电灯能够发光是因为电能转化为了光能教师：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?学生1：说明在电能转化为光能的同时还产生了热能学生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学生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学生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 教师： 例1 试说明下列现象中能量是怎样转化的？（1） 在水平公路上行驶的汽车，发动机熄火之后，速度越来越小，最后停止。（2） 电风扇通电后开始转动，断电后转动着的风扇又慢慢停下来。（3） 火药爆炸产生燃气，子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，射穿一块钢板，速度减小。（4）用柴油机带动发电机发电，供给电动水泵抽水，把水从低处抽到高处。活动2-能量守恒定律教师：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，在许多过程中机械能是不守恒的，但总能量是否守恒呢？ 下面大家阅读81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，总结能量守恒定律教师：导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是什么?学生：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教师：能量守恒定律的内容是什么?学生：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教师：能量守恒定律是一个人发现的吗?学生：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 教师：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? 学生：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 教师：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、焦耳和亥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，当焦耳宣布他的能量观点的时候，德国学者荄姆霍兹在柏林也读到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，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，却几乎同时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)教师：通过学习能量守恒定律，你受到了什么启示?学生：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教师：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活动3-能量守恒定律的应用典例精析： 1、下列对能的转化和守恒定律的认识正确的( ) 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，最后停止在地面上，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 2、瀑布从20m高处以Q=103m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发电的电功率有多大？（水在山顶的速度可忽略不计，取g= 10m/s2，结果保留三位有效数字）教师：应用能量守恒定律解决问题的步骤（1）要明确研究对象，明确研究的物理过程；（2）要分析研究对象在所研究的物理过程中哪些能量增加，哪些能量减小，各用什么公式表示（用已知量和待求量表示）；（3）根据能量守恒列出方程式；（4）代入数据求解，注意物理量单位应换算为国际单位制中的单位。学生：解析 瀑布竖直下落后减少的机械能为E=mghmv2转化为电能的电功率为P=0.8水Q（ghv2）1.58105kW7-10-13、质量为M的木板放在光滑水平面上，如图7-10-1所示一个质量为m的滑块以某一速度沿木板表面从A点滑至B点，在木板上前进了l，同时木板前进了x，它们达到共同速度，若滑块与木板间的动摩擦因数为，求摩擦力对滑块、对木板所做的功各为多少？全过程产生多少内能？学生：解析 由题图可知，木板的位移为lMx时，滑块的位移为lmlx，m与M之间的滑动摩擦力Ffmg.由公式WFlcos 可得，摩擦力对滑块所做的功为Wmmglmcos 180mg(lx)，负号表示做负功滑块动能减少mg(lx)摩擦力对木板所做的功为WMmglMmgx.木板动能增加mgx，机械能减少了mgl即Q=mgl=fl, Q=fl不是摩擦力做的功，而是摩擦力与A、B相对位移的成绩。 活动4-能源和能量耗散 教师：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境造成了严重污染) 教师：什么是能量耗散? 学生：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 教师：能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解? 学生：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 教师：这说明什么问题? 学生：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 教师：我们为什么要节约能源呢? 学生：正是因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 学生：节约能源同时开发可再生能源 教师：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，是人类赖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活动5-当堂巩固1教材“问题与练习”第1、2题2设想有一间房间，与外界没有热量交换，完全绝热。房间里有一台电冰箱在工作，如果电冰箱的门是开着的，那么，房间里的温度会变化吗？认真讨论一下，形成书面材料，与同学们交流。巩固练习A组1.关于能量耗散，下列说法中正确的是（ ）A.能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了B.能量耗散表明，能量守恒定律具有一定的局限性C.能量耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了D.能量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2.关于功和能，下列说法正确的是（ ）A.功和能单位相同，意义相同，功是能，能是功B.功和能虽然是两个不同的物理量，但是功和能可以相互转化C.水对水轮机做了8.9106 J的功，水的能量减少了8.9106 JD.竖直上抛的石子上升过程克服重力做功5 J，表示石子将5 J的功转化为5 J的重力势能3、下列说法正确的是 （ ）A、物体机械能守恒时，一定只受重力和弹力的作用B、物体处于平衡状态时机械能一定守恒C、在重力势能和动能的相互转化过程中，若物体除受重力外，还受到其他力作用时，物体的机械能也可能守恒D、物体的动能和重力势能之和增大，必定有重力以外的其他力对物体做功4、质量为m的物体，从静止开始以0.8g的加速度竖直向下运动h高度，那么 （ ） A.物体的重力势能减少0.8mgh B.物体的动能增加0.8mghC.物体的机械能保持不变 D.物体的机械能减小0.2mgh5.一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑平面上的木块，并从中穿出。对于这一过程，下列说法正确的是（ ）A.子弹减少的机械能等于木块增加的机械能B.子弹和木块组成的系统机械能的损失量等于系统产生的热量C.子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的内能之和D.子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块增加的内能之和6.如图7-10-2所示，轻质弹簧长为L，竖直固定在地面上，质量为m的小球，在离地面高度为H处，由静止开始下落，正好落在弹簧上，使弹簧的最大压缩量为x。在下落过程中，小球受到的空气阻力为F，则弹簧在最短时，具有的弹性势能为（ ）A.(mg-F)（H-L+x） B.mg(H-L+x)-F(H-L)C.mgH-F(H-L) D.mg(L-x)+F（H-L+x）7.斜面的高是0.6m，倾角是37，质量是1kg的物体由顶端滑到底端。已知动摩擦因数是0.5，在这个过程中产生多少热量（取g =10m/s2）？ 8小球的质量为m，在距地面高为h处，以初速度v竖直向上抛出，设空气阻力大小恒定为f（fmg），小球与地面碰撞过程中不损失能量，小球最后静止在地面上。求：（1）小球在整个运动过程中所经过的路程是多少？（2）转化的内能是多少？9如图7-10-3所示，一平直的传送带以速率匀速运行，传送带把A处的工件运送到B处，A、B相距L=10m。工件与传送带间动摩擦因数为，工件A的质量为4kg，（取g=10m/s2）求此过程中，由于摩擦产生的内能。B组10.如图7-10-4所示，一块长木板B放在光滑的水平面上，在B上放一物体A。现以恒定的外力拉B，由于A、B间摩擦力的作用，A将在B上滑动。以地面为参考系，A、B都向前移动一段距离。在此过程中（ ）A.外力F做的功等于A和B动能的增量B.B对A的摩擦力所做的功，等于A的动能增量C.A对B的摩擦力做功大小，等于B对A的摩擦力做功大小D.外力F对B做的功等于B的动能的增量与B克服摩擦力所做的功之和11.在最近几年的夏季家电市场上出现一个新宠“变频空调”，据专家介绍变频空调比定频的要节能，因为定频空调开机时就等同于汽车启动时，很耗能，是正常运行的5至7倍。空调在工作时达到设定温度就停机，等温度高了再继续启动。这样会频繁启动，耗电多，而变频空调启动时有一个由低到高的过程，而运行过程是自动变速来保持室内温度，从开机到关机中间不停机。而是达到设定温度后就降到最小功率运行，所以比较省电。以下说法中合理的是（ ）A.变频空调节能，运行中不遵守能量守恒定律B.变频空调运行中做功少，转化能量多C.变频空调在同样工作条件下运行效率高，省电D.变频空调和定频空调做同样多功时，消耗同样多电能12.如图7-10-5所示，质量为m的自行车特技运动员从B点由静止出发，经BC圆弧，从C点竖直冲出，完成空翻，完成空翻的时间为t。由B到C的过程中，克服摩擦力做功为W。空气阻力忽略不计，重力加速度为g，求自行车运动员从B到C至少做多少功？参考答案A组1CD 2.C 3.CD 4.BD 5.BD 6.A 7. 4J 8（1） （2）mgh+mv02 9. 32J B组10.BD 11.CD 12. W+mg2t2板书设计： 10能量守恒定律与能源一、能量守恒定律 1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2建立过程二、能源和能量耗散 1内容：能量转化具有方向性2节约能源的重要意义教学反思：本节比较使用自主学习形式，学生通过预习查找资料，谈谈自己对能量的认识。巧用教材中“思考与讨论”栏目中所说的“既然能量是守恒的，不可消灭，为什么我们还要节约能源？”的话题进行讨论。在讨论中逐渐学生认识到，能量从更深的层次上反映了物质运动和相互作用的本质。能量守恒定律是人们认识自然的重要工具。能源关系到人们的衣食住行，关系到国家的兴旺发达，能源的开发和利用，是关系人类生存和发展的一个重大的社会问题。使学生树立科学的世界观、形成可持续发展的意识。教学目标胜利达成。