验证机械能守恒定律
一、教学目的：
1．知识与技能
(1)知道机械能守恒定律的内容和意义．应向学生说明定律有两层意思：一是动能和势能可以相互转化，二是总机械能守恒．
(2)知道机械能守恒的条件：只有重力和弹力做功，只发生动能和势能的相互转化．
（3）通过验证机械能守恒定律进一步加深对机械能守恒条件的理解。
2．过程与方法
(1)通过这个开放型实验，了解学生对所学知识的掌握和灵活应用程度，了解学生对实验仪器的作用和使用的掌握情况．
(2)根据学生设计的实验方案，了解学生对机械能守恒条件的理解程度，学会怎样减小实验误差．
(3)通过实验，使学生学会处理和解决实际问题的一般思路和方法．
3．情感、态度与价值观
(1)通过这个开放型实验，培养学生的创新意识和探索能力．
(2)通过汇报与交流，使学生了解实验方案的不足，实际操作的不便，促使学生对实验方案和实验步骤进行改进，提高实验的准确性．
二、教学重难点：
1．验证机械能守恒定律的实验原理。
2．验证机械能守恒定律的误差分析及如何减小实验误差的方法。
三、教学过程：
（一）复习知识，引入新课：
1．机械能守恒定律在本实验中具体表达式：
在图1中，质量为m的物体从O点自由下落，以地作零重力势能面，下落过程中任意两点A和B的机械能分别为：
EA=, EB=
如果忽略空气阻力，物体下落过程中的机械能守恒，于是有
EA=EB，即=
上式亦可写成
该式左边表示物体由A到B过程中动能的增加，右边表示物体由A到B过程中重力势能的减少。等式说明，物体重力势能的减少等于动能的增加。为了方便，可以直接从开始下落的O点至任意一点（如图1中A点）来进行研究，这时应有：----本实验要验证的表达式，式中h是物体从O点下落至A点的高度，VA是物体在A点的瞬时速度。
2．如何求出A点的瞬时速度VA？
根据做匀加速运动的物体在某一段时间t内的平均速度等于该时间中间时刻的瞬时速度可求出A点的瞬时速度VA。
图2是竖直纸带由下而上实际打点后的情况。从O点开始依次取点1,2,3,……图中S1，S2，S3，……分别为0～2点，1～3点，2～4点…… 各段间的距离。
根据公式，t=2×0.02S(纸带上任意两个相邻的点间所表示的时间都是0.02S),可求出各段的平均速度。这些平均速度就等于是1，2，3,……各点相对应的即时速度V1，V2，V3，…….例如：
量出0～2点间距离S1，则在这段时间里的平均速度，这就是点1处的瞬时速度V1。依次类推可求出点2,3,……处的瞬时速度V2，V3，……。
3．如何确定重物下落的高度？
图2中h1,h2,h3,……分别为纸带从O点下落的高度。
根据以上数值可以计算出任意点的重力势能和动能，从而验证机械能守恒定律。
（二）进行新课：
做实验之前，强调如下几个问题：
1．该实验中选取被打点纸带应注意两点：一是第一点O为计时起点，O点的速度应为零。怎样判别呢？因为打点计时器每隔0.02S打点一次，在最初的0.02S内物体下落距离应为0.002m,所以应从几条纸带中选择第一、二两点间距离接近两年2mm 的纸带进行测量；二是在纸带上所选的点就是连续相邻的点，每相邻两点时间间隔 t=0.02S.
2．因为不需要知道物体在某点动能和势能的具体数值，所以不必测量物体的质量 m，而只需验证就行了。
3．打点计时器要竖直架稳，使其两限位孔在同一竖直平面内，以尽量减少重物带着纸带下落时所受到的阻力作用。
4．实验时，必须先接通电源，让打点计时器正常工作后才能松开纸带让重物下落。
5．测量下落高度时，都必须从起始点算起，不能弄错。为了减小测量 h值的相对误差，选取的各个计数点要离起始点适当远些。
然后学生进行分组实验。
（三）小结
（四）课外作业：
（1）为进行【验证机械能守恒定律】的实验，有下列器材可供选用：铁架台，打点计时器，复写纸，纸带，秒表，低压直流电源，导线，电键，天平。其中不必要的器材有：
；缺少的器材是 。
（2）在验证机械能守恒定律时，如果以v2／2为纵轴，以h为横轴，根据实验数据绘出的图线应是 ，才能验证机械能守恒定律，其斜率等于 的数值。
（3）在做“验证机械能守恒定律”的实验时，用打点计时器打出纸带如图3所示，其中A点为打下的第一个点，0、1、2……为连续的计数点。现测得两相邻计数点之间的距离分别为s1、s2、s3、s4、s5、s6，已知相邻计数点间的打点时间间隔均为T。根据纸带测量出的距离及打点的时间间隔，可以求出此实验过程中重锤下落运动的加速度大小表达式为____ _____。在打第5号计数点时，纸带运动的瞬时速度大小的表达式为___ _____。要验证机械能守恒定律，为减小实验误差，应选择打下第_________号和第__________号计数点之间的过程为研究对象。
（4）某次“验证机械能守恒定律”的实验中，用6V、50Hz的打点计时器打出的一条无漏点的纸带，如图所示，O点为重锤下落的起点，选取的计数点为A、B、C、D，各计数点到O点的长度已在图上标出，单位为毫米，重力加速度取9．8m/s2，若重锤质量为1kg。
①打点计时器打出B点时，重锤下落的速度VB= m/s，重锤的动能EkB= J。
②从开始下落算起，打点计时器打B点时，重锤的重力势能减小量为 J。
③根据纸带提供的数据，在误差允许的范围内，重锤从静止开始到打出B点的过程中，得到的结论是 。
（参考答案：（1）不必要的器材有：秒表、低压直流电源、天平。缺少的器材是低压交流电源、重锤、刻度尺。（2）通过原点的直线、 g. (3)(S6+ S5+ S4- S3- S2 –S1)/9T2, (S5+ S6)/2T,1、5. (4)1.175,0.69,0.69 0.69,机械能守恒。
h
hA
hB
图1
图2
0
1
2
3
4
S1
S2
S3
h1
h2
h3
h4
图3
图44.3 探究外力做功与物体动能变化的关系
一、教学目的：
1．知道外力对物体做功可以改变物体的动能。
2．正确理解动能定理。知道动能定理的适用条件，会用动能定理进行计算．
3．会用实验方法来探究物理定律或规律。
4．会推导动能定理。
5．会用动能定理解决力学问题，知道用动能定理解题的步骤．
二、重点难点：
1．正确理解动能定理是本节课的重点。
2．推导动能定理是本课的难点。
3．会用动能定理解决力学问题是本节课的能力培养点。
教学步骤
一、复习引入：上节课我们学习了功和能关系。运动的物体具有动能，而做功又可以改变物体的动能，如离站加速行驶的汽车。那么做功和物体的变化又有什么定量关系？
二、新课教学：
1．动能定理推导：
设质量为m的物体，初速度为v1，在与运动方向相同的恒力F的作用下发生一段位移s，速度增加至v2，如图1所示。在这个过程中，力F所做的功W=Fs。根据牛顿第二定律有F=ma，由匀加速运动的公式，有由此可得：
板书：W=FS= ma.=
Ek2=表示物体的末动能，Ek1=表示物体的初动能。
板书：W= Ek2- Ek1说明外力对物体所做的总功等于物体动能的变化-----此即动能定理。
2．对动能定理的理解：
（对动能定理的理解是一个难点，要多举实例帮助学生理解）
（1）动能定适用于物体的直线运动；适用于恒力做功，也适用于变力做功，力可以是各种性质的力，既可以同时作用，也可以分段作用。只要求出在作用过程中各力做功的多少和正负即可。这些正是动能定理解题的优越性所在。
（2）若物体运动的过程中包含几个不同过程，应用动能定理，可以分段考虑，也可以全过程为一整体来处理。
板书：3．动能定理解题的基本思路：
（1）选取研究对象，明确它的运动过程。
（2）分析研究对象的受力情况和各力做功情况，然后求各个外力做功的代数和。
（3）明确物体在过程始末状态的动能EK1和EK2。
（4）列出动能定理的方程W和= EK2- EK1。
课本例题1：
三、课堂练习：
优化设计例题2：一物体以初速v0竖直上抛，落回原处速度为v1，空气阻力不能忽略且大小不变，求物体上升的最大高度。
解析：本题必须分为上升和下降两个过程进行研究，而且要注意重力和阻力的功的不同特点，设上升的最大高度为h，空气阻力大小为f，则：
上升过程：-mgh-fh=0-
下降过程：mgh-fh=
由上述二式解得：.
四、课堂小结：
1．动能定理：外力对物体所做的总功等于物体动能的变化。即W总=
2．动能定理解题的基本思路：
（1）选取研究对象，明确它的运动过程。
（2）分析研究对象的受力情况和各力做功情况，然后求各个外力做功的代数和。
（3）明确物体在过程始末状态的动能EK1和EK2。
（4）列出动能定理的方程W和= EK2- EK1。
五、作业：
说明：
1．动能定理实际上是一个质点的功能关系，它贯穿于这一章教材，是这一章的重点。
2．为了使学生加深理解动能定理的推导过程，学生独立进行推导，这样做，可以加深对功能关系的认识，提高学生的推导能力。
3．应该使学生对动能定理的适用条件有清楚的认识，知道不论外力是否为恒力，也不论物体是否做直线运动，动能定理都成立。
4．本节安排一个例题，目的是使学生了解应用动能定理的解题过程，知道利用动能定理解力学问题，要分析物体的受力情况，列出各个力所做的功，要明确物体的初动能和末动能，然后利用动能定理求解。
6．讲解例题之后，可要求学生用牛顿运动定律和运动学的公式求解同一问题，并进行比较。这样，可以使学生体会到应用动能定理解题，不涉及物体运动过程中的加速度和时间，因此用它来处理问题有时比较方便。同时，可增加学生应用动能定理解题的信心量子化现象
(一)教学目标
1．知识与技能
(1)初步了解微观世界中的量子化现象，知道量子论的主要内容。
(2)知道宏观物体和微观粒子的能量变化特点，了解光的波粒二象性。
(3)知道量子论的建立不仅是物理学的革命，也对人类认识世界和科技发展具有重要影响。
2．过程与方法
(1)通过了解经典物理学能量连续性观点在解释“黑体辐射”现象时的失败，体会普朗克提出量子假说的伟大意义。
(2)通过了解“光电效应”实验与经典物理学理论的矛盾，体会爱因斯坦的光子说对光的本性的揭露。
(3)通过了解光的波粒二象性和氢原子光谱，使学生知道微观世界能量量子化的特征，从而使学生认识到：量子论的观点是作为现代人认识客观世界的重要方法。
(4)通过列举量子论的发展所带来的科学技术的重大变革和对其他自然科学领域的影响，体会量子论对人类认识世界的深远影响。
3．情感、态度与价值观
(1)通过了解量子论的建立和发展过程，使学生体会科学家们探求真理的无限艰辛和他们非凡的创造性思维的光芒，使学生不仅从中获取科学知识，更受到科学思维的熏陶．引导学生善于逆向思维，培养思维的灵活性、发散性和创造性。
(2)关注量子物理对我们生活所造成的影响，体会量子物理对20世纪科学技术领域和人类文明进步所造成的影响。
(3)引导学生沿着前辈科学家的足迹，去体验他们是如何由实验事实出发，尊重经验事实对理论的检验，从而一步步登入微观世界的大门，感受科学家客观求实、理性追求、批判创新的精神，培养学生敢于质疑的科学品质。
(4)通过了解并体会科学假说在物理学理论研究、发展中的作用，学习科学假说的思想方法，培养创新思维。
(二)本节概述
1．本节特点
(1)侧重于定性介绍。
(2)强调物理学思想和方法。
(3)重视实验事实。
(4)重视理性思维的作用。
2．教法与学法
本节内容对学生来说，无法用已有的经典物理的观点去理解，学生缺乏相关知识的铺垫，因而对教学会造成相当大的困难。首先应正确地定位教学的层次和难度，《课程标准》对本节要求的知识技能目标是“初步了解和知道”，在必修课程中编排现代物理的内容，目的是使学生在完成必修课程后对物理学的发展和前景有整体性了解，也是为进一步激发学生学习物理的兴趣，所以教学要求以了解为主，不做更高要求。教学形式可以教师启发性地讲授为主，配合指导学生在课外阅读相关科普读物，希望在学习本节内容之后学生能够产生更多的问题和更浓厚的兴趣。其次，教学中最好能根据学生的认知基本规律，即“从生动的直观到抽象的思维”这一特点出发，创造条件以实验演示、计算机模拟等手段来激发学生兴趣，突破教学难点。此外，教学中应当注意在传授知识的同时，更侧重于科学研究的方法以及科学观点的教学，使学生通过学习能获取更多认识客观世界的研究方法和全面的、发展的科学观点，这对其终身的发展将会起到较大的帮助。
(三)教材说明与教学建议
本节开篇即指出：19世纪末20世纪初的许多现象与经典物理学王理论相矛盾，从而引发了物理学的另一场革命——量子论的建立。这也是本节教学的线索，从矛盾出发去理解量子论诞生的理论背景和必然性，教学中最好以这一思路贯穿始终。
1．黑体辐射：能量子假说的提出
“黑体辐射”的教学首先应指导学生了解人们对“黑体辐射”研究的社会背景(参见课程资源《黑体辐射》)，使学生理解科学的发展总是和社会、经济的需求密切联系的．教学中要突出用经典物理学理论来解释黑体辐射遇到的困难，使学生认识到黑体辐射是经典物理能量连续性概念不适用于微观世界的典型事例，在此基础上讲述普朗克的能量子假设，才能使学生切实地认识到量子概念的必然。同时使学生领会当实验事实和理论相违背时，往往预示着理论存在的缺陷，或是新的理论诞生的萌芽。
普朗克提出“能量子假说”宣告了物理学的一场革命．然而在当时由于经典物理中的能量连续性概念在人们的头脑中根深蒂固，几乎所有的科学家相信包括能量在内的一切自然过程都是连续的，普朗克提出这种与经典物理学截然不同的观点是需要极大的勇气的，教学中可补充介绍普朗克在公开提出“能量子假说”时的“谨慎和大胆”(可查询《世界著名科学家简介》和《物理学家风雅趣闻》中关于普朗克的介绍)，使学生体会科学家尊重客观规律、为揭示真理而勇于挑战传统观念的科学精神。
教学中还应指出尽管普朗克开创了量子论，然而他的工作是不彻底的．他认为，辐射的能量仅仅在原子吸收或发射时是不连续的，一份一份的，而在传播过程中，则仍是连续的．曾有记者问他“您说能量到底是连续的呢 还是不连续的呢 ”普朗克回答说：“如果一个人用小碗从缸里舀水，倒在水池中，您说水是连续的呢 还是不连续的呢 ”从普朗克的回答中，我们可以看出，他认为辐射本质上还是连续的，只是在原子发射或吸收辐射时，才是一份一份的。把量子化思想贯彻到底的是爱因斯坦。
[讨论与交流]
此处安排的“讨论与交流”目的是使学生体会能量子假说与经典物理的传统观念格格不入．过去，人们总认为一切自然过程都是连续的，比如能量的传递和释放中，宏观状态下的能量总是由一切微观状态下的能量连续排列组合而成，中间毫不间断。因此，“能量子假说”是对经典物理学理论的重大突破。
2．光子说：对光电效应的解释
光电效应是经典物理能量连续性概念不适用于微观世界的另一典型现象。教学中应重点将经典物理和光子说对光电效应现象的解释(注意指出一个电子吸收一个光子的能量)进行对比，使学生能将经典物理以“光是电磁波，它的能量是连续的”这种观点对光电效应现象作出解释时与实验事实的矛盾，与光子说对这些矛盾的圆满解释相对照，从而领悟光具有粒子性。出于降低难度考虑，教材中仅介绍了“光电效应的产生与光的频率有关而与强度无关”这一现象特征，教学中可视学生情况决定是否补充介绍其他特征(参见课程资源《光电效应》)。
如果学校条件容许，最好能安排光电效应演示实验或者根据教学实际需要，设计制作多媒体课件，利用计算机模拟实验，尽可能为学生提供一种研究、探索的情景，同时辅以积极的思维活动，不仅使学生较好地掌握了光电效应现象的本质，也使他们受到了一次物理实验方法的熏陶。
3．光的波粒二象性：光的本性揭示
由于学生没有学过关于“光的波动性”以及“干涉、衍射”的知识，对于认识“光的波粒二象性”显然难度较大．这里最好能做光的双缝干涉实验，结合实验现象来解释何为“概率波”，也可以借助语言，通过比喻或类比，进一步丰富学生的表象，如光的波粒二象性，我们可以想象：光似乎是一群“光子雨”，光的颜色反映出“雨点”的力量，雾霭茫茫，多像烟波；点点滴滴，又多像颗粒这里注意引导学生以全面的、辩证的观点认识事物。实际上光的波粒二象性取决于你观察问题的着眼点，就像我们常常用瞎子摸象来比喻同一个事物的不同侧面的反映，在微观世界中：大量光子运动产生的效果显示出波动性，个别光子运动产生的效果显示出粒子性，光在传播时显示波动性；与物质发生作用时往往显示粒子性。
可以指导学生在课后进一步了解科学界关于“光的本性”的探索历程(参见课程资源《光的本质——波动说与微粒说的交锋》)，鼓励学生撰写小论文或分组交流、汇报各自的学习成果，从而使学生了解近代物理学的形成、发展的历程，这当中包括科学的假说、科学的遗憾、科学的突破、科学的争论、科学的蒙难；使学生在了解物理学史的过程中受到科学研究方法的熏陶，也使学生感受科学家脚踏实地、埋头苦干、不图功利的科学态度和崇高的思想品德。
4．原子光谱：原子能量的不连续
原子光谱是微观粒子能量不连续的典型现象，这里重在通过这一形象实例使学生更深地领会微观世界能量量子化的特征。
量子论建立的意义教材没有作过多介绍，教学中可灵活处理，教师可以举例说明也可以布置学生查询量子论的发展对现代科技领域和社会发展的影响体现在哪些方面。可以向学生说明，普朗克的能量量子化思想、爱因斯坦的光量子假说以及之后的玻尔原子轨道量子化理论统称为旧量子论，具有一定的局限性，很难应用到更复杂的情况。1924年开始，为了摆脱旧量子论的局限性，物理学家们建立了全新的、描述微观世界运动的理论——量子力学，新的量子理论不仅能胜任旧量子理论的全部任务，而且能够准确地描述更复杂的现象，并方便地应用到更广泛的领域(参见课程资源《量子力学的建立和意义》)。也可指导学生在课后了解量子论进一步发展为量子力学的过程以及量子力学与科技、生活的密切联系。
注意应向学生说明，量子论和量子力学的建立并不是完全否定了经典力学，它只是在微观世界领域否定了经典物理中根深蒂固的连续性概念和决定论思想，事实上宏观的经典物理是量子物理的极限形式。
本节教学中应注重突出科学假说的作用和渗透科学假说的思想方法，这是培养学生创新思维的重要途径．对21世纪知识经济时代中参与竞争的学生，培养探究形成假说的能力、严密思维的能力和创新思维的能力无疑是十分必要和十分紧迫的．量子物理的发展与假说方法联系密切，从黑体辐射问题的研究中出现的“紫外灾难”，到1900年普朗克的能量子假说，到1905年爱因斯坦“光量子假说”，到玻尔量子理论解释原子问题，建立旧量子论，到海森堡、薛定谔提出量子力学，再应用爱因斯坦相对论提出相对论量子力学的整个量子理论的发展，无不体现了从假说——理论——新假说——新理论……的循环发展模式，而每一次的发展都是对前一层次理论(假说)的继承、完善和修改，又是后一层次理论(假说)的重要台阶。应引导学生体会假说的意义和方法，使学生了解：卜个自然现象，在其未被揭示出科学本质之前，人们对它的认识是很不完整的，甚至是片面的，只能借助于假说的形式进行研究与探索．当某一假说被大量事实所证实时，它就发展成一种理论；当新的科学事实又积累到一定程序与假说相矛盾时，又必须提出新的假说或修改、补充原来的假说，以便能圆满地解释事实，进而促进理论的进一步研究与发展。因此假说是物理学研究中理论发展必不可少的方法与桥梁。
(四) 小结
（五）作业5.4 物理学—人类文明进步的阶梯
（一）教学目标
1.知识与技能
（1）了解物理学与自然科学其他领域的关系，知道物理学的研究成果和研究方法对自然科学的影响和促进作用。
（2）了解物理学对现代科学技术发展的推动，体会物理学的巨大影响和作用。
(3)了解物理学对人类社会文明发展的推动，体验物理学对人类社会生活的影响．
2．过程与方法 。
(1)举例说明物理学的研究成果和方法对自然科学其他领域的影响和作用，体会物理学对自然科学发展所起的重要作用．
(2)列举物理学理论转化为高新技术成果的具体实例，体会物理学对科学技术的推动．
(3)收集科学技术推动人类社会发展的具体实例，关注科技发展对冬类生活的影响．
(4)通过讨论与交流，使学生深刻体会科学技术应与人类和谐发展，‘使学生明确在探索自然界的运动变化规律的同时，应遵循客观规律，使科学技术与社会发展相一致．
3．情感、态度与价值观
(1)通过了解人类借助自然科学认识世界，改造世界，创造美好生活的“事迹” ，激发学生对前人的敬仰，对科学的兴趣和对理想的憧憬．
(2)通过呈现物理学对推动人类社会文明的进步，使学生更深刻感犟物理学的价值．促进学生情感的迁移和人性的完善，进而无限地热爱“物理世界”．
(3)促进学生关注物理知识与技术的发展，使学生感受物理知识对现代生活的影响，从而引发他们的学习热情，利用所学知识和技能开创自己的未来．
(4)通过指导学生收集相关信息、例证，培养学生获取和评价信息的能力、组织信息的能力、交流和表述信息的能力、使用计算机处理信息的能力．
(二)本节概述
1．本节特点
(1)重视展示物理学成果和方法对其他学科的发展产生的影响，体现物理学的博大和精深．
(2)重视物理学对现代技术的推动作用以及对人类生活的影响．
(3)展示物理学对人类社会文明进步的推动作用．
2．教法与学法
本节内容涉及的知识面较广，许多内容在高中阶段都不可能涉及．在此只能作一般性介绍，并不要求学生对诸多具体问题深入理解和掌握．因此本节教学适宜采用师生互动型的讲座、演讲、讨论交流等灵活多样的形式开展，除共同学习、体会教材所提供的实例外，应指导和鼓励学生从多种渠道收集物理学对自然科学、现代科技社会进步起推动作用的例证，学生对自己收集的信息体会更加深刻．同时，信息社会化和社会信息化是当今重要的时代特征，人们在从事科学研究活动的过程中，要处理大量的信息，并需要与其他人进行有效的信息交流．应该说，信息能力既是学生科学素养水平的体现，也是学生今后在现代社会生存和发展所必须的一项基本能力．本节教学十分适于锻炼和培养学生的信息能力．教师可以向学生推荐一些信息来源，如科普网站(www．cctv．cn／science／、www．kepu．gov．cn、www．bikepu．gov．cn)、科普读物(《科技辅导员》、《中学科技》、《科学世界》)电视节目(《走进科学》、《人与自然》、discovery)等．
本节内容有两个主题，安排了“讨论与交流”、“实践与拓展”各两项．在进行活动时需要学生了解大量相关拓展性知识，拓展性知识是基础性知识的拓展，与现实生活密切相关，可以
为学生提供广阔的背景(如知识背景、生活背景、文化背景、政治背景)．实际上，随着物理和物理教育理论的发展，物理教育不应当仅局限于知识的传授，而应当拓宽物理教育的视野和背景，以适应学习化社会的发展．
(三)教材说明与教学建议
教材开篇即指出：物理学肩负着“探索自然、驱动技术、拯救生命”的历史使命，这也是通过本章教学应能使学生产生对物理学如此的认识，深刻体会到物理学的意义和作用．
1．物理学与自然科学一人类文明进步的基石
在物理学的基础性研究过程中，形成和发展出来的基本概念、基本理论、基本实验手段和精密的测试方法，已成为其他许多学科的重要组成部分，并产生了良好的效果．这对于天文学、化学、生物学、地学、医学、农业科学甚至经济学都是如此，1997年诺贝尔经济学奖授予的项目，是一个对全球金融产生巨大影响的期权定价模型——Black一Ccholes公式．该公式的主要创建人F．S．Black的学历背景如下：1959年毕业于哈佛大学物理系，1964一年获该校数学应用系博士，1971年任芝加哥大学经济系教授．当前出身理科的人跻身经济学界的大有人在．
19世纪末、20世纪初，相对论和量子论的确立是物理学革命的高潮，以物理学革命为先导，带动了化学、生物学、天文学、地质学等学科的理论也都发生了革命性的突破，并形成了一些交叉学科，如物理化学、生物物理、地球物理等等．当前科学中最活跃、最引人注目的课题，如生命科学、宇宙起源、材料科学等等，都与物理学的研究成果和研究方法密切相关．现代物理知识对其他学科的渗透比上个世纪要广泛得多，教师在教学过程中必须拓宽视野，重视物理学与人文科学和其他技术科学知识的交叉与拓宽．
物理学对自然科学各个领域都有相当重要的影响和作用，限于篇幅，教材不能过多地介绍，只是列举了物理学的研究方法和成果对化学、生物学、天文学的影响，教学中应鼓励学生结合本节“实践与拓展”第1题了解更多物理学与其他自然科学的关系．
[实践与拓展]
1．数学对物理学的发展起了重要的作用，反过来物理学也促进数学的发展．例如力学与数学在发展中始终相互推动，相互促进．一种力学理论往往和相应的一个数学分支相伴产生，如运动基本定律和微积分，运动方程的求解和常微分方程，弹性力学及流体力学和数学分析理论，天体力学中运动稳定性和微分方程定性理论等，因此有人甚至认为力学应该也是一门应用数学．但是力学和其他物理学分支一样，还有需要实验基础的一面，而数学寻求的是比力学更带普遍性的数学关系，两者有各自不同的研究对象．
地质学与物理学密切相关．地球物理学的研究对象是地球整体及其各组成部分的物理学性质和物理过程，如地球重力加速度的测定、地磁的测定、地震的研究等等．地质学的分支矿物学和岩石学，是在19世纪应用物理学和化学等学科的理论和方法的基础上形成和发展起来的．
物理学与气象学用物理学的相关规律去研究大气的性质和运动，使人们得以进行天气预报．
2．物理学与现代技术——人类文明进步的推动力
为说明物理学的发展与科学技术发展的密切关系，教材列举了电子信息技术、核能发电、激光技术的发展应用以及相关的物理理论和实验基础(详细背景知识可参阅课程资源)，目的在于使学生切实体会物理学的发展对科技发展的推动作用和对人类社会生活的巨大影响，教学中要提示学生特别注意每一项科学技术诞生的物理学发展背景．4.6 能量 能量转化与守恒定律
教学目标：
一、知识目标
（1）了解自然界中存在多种形式的能量。
(2) 知道能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一．
(3) 通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性．
（4）通过永动机研制的失败，体会能量守恒定律建立的重要性。
2．过程与方法
(1) 注意自然界中各种不同形式的能量，体会自然界能量形式的多样性．
(2) 关注自然界能量相互转化的过程，知道能量的多样性和复杂性，了解人类创造和发明的许多技术设备都是为人类服务的能量转化器．
(3) 通过讨论与交流，举出生活、生产中接触到的能量转化或转移的例子．
(4) 查阅资料，了解能量守恒定律的建立过程．
(5) 列举自然界中能量转化和转移具有方向性的例子，体会提高能源利用率和节约能源的重要性．
3．情感、态度与价值观
(1) 认识自然界中各种不同形式能量及其转化，体会自然界能量的多样性．
(2) 通过能量守恒定律的建立过程，体会自然界的和谐统一．
(3) 通过永动机研制的失败，体会能量守恒定律建立的重要性．
(4) 通过能量转化和转移的方向性认识，树立节约能源意识，体会提高能源的利用率的重要性．
教学步骤：
一、新课教学
自然界的物质有不同的运动形式，每一种运动形式都有一种能量相对应．能量无处不在.
1．各种各样的能量
教师可就表中每一栏的内容作简单的解释，然后再让学生对照后面的举例进行领会。
在上面学习的基础上，教师可通过将学生分组，然后以小组发言的形式讨论教材图4-6-1的内容. 图片中所展示的能量形式具有多样性，因此学生回答具有开放性，教学中不要拘泥于一种答案．水中航行的汽艇具有机械能等，发光的电灯具有电能、电磁能和内能等，燃烧的树枝放出内能和电磁能，原子弹爆炸释放的核能和内能．
如果条件许可，教师最好用多媒体展示不同形式存在的能量，然后让学生进行讨论，不必拘泥于教材．
2．能量之间的转化
上述物体所具有的能量都是其他能量转化而来的．轮船的机械能是由电能或燃料的化学能转化而来，发光的电灯所具有的电磁能和内能是由电能转化而来，原子弹爆炸释放的电磁能和内能是由原子能转化而来等．从而说明能量是可以相互转化的．
其实学生对能量的转化已具有许多的感性认识，大多数学生只是对能量的各种形式不是太清楚，所以不知道是由什么能量转化为什么能量．这要求教师尽量多举一些不同形式能量转化的例子，让学生体会不同能量的本质区别。
教材图4—6—2说明了太阳能和其他形式能量的相互转化，地面的水吸收太阳能蒸发变为水蒸气，水蒸气升腾到高空变为飘动的云，再变为降落的雨，高处的雨水向下流动经水电站变为电能为人类的生活、生产服务，植物(农作物、蔬菜、树木等)也必须经光合作用才能生长……教师还要适当引申，多举一些例子．如：煤炭、石油主要是古代树木等植物被埋葬后变成的，流动的空气主要是由于太阳光照射到空气上造成的温度差而形成的，洋流也主要是海水的温差而引起的……
教材图4—6—4用框图的形式说明了几种常见能量的转化，教师要提醒学生光能与机械能之间也可直接转化，如光压使风车转动，碰撞产生火花；化学能与电能也可直接转化，如生生物电的产生、电解等．适当利用多媒体技术，能更加直观地表示以上的转化．
3．能量守恒定律
能量守恒定律是自然界最基本、最普遍、最重要的自然规律之一，教师要想尽办法使学生将这种守恒的思想纳入到已有的知识结构中，并能随时提取、随时应用．
教材从机械能守恒人手，目的是让学生进一步思考：(既然物体的动能和势能在只有重力或弹力做功的条件下可以相互转化，使得机械能守碴，那么，自然界中其他形式的能量也是可以相互转化的，它们是否也遵从同样的规律呢 若遵从同样的规律，需要满足一定的条件吗？
在上面问题提出以后，让学生讨论与交流，对历史上曾出现的永动机进行分析，说明其失败的原因。
还可让学生分析一些现实问题：世界各国为了自身的发展，展开了能源抢夺战．如俄罗斯如何向中国和日本铺设石油管道的问题、伊拉克的石油问题、OPEC对世界的重大影响等都成了世界的焦点问题．设想若能量不守恒，一升汽油能让机器永远转动下去、一度电能让电灯永远发光，世界还是如今的样子吗
最后强调，机械能只是能量的一种形式．因此，要保证机械能守恒就必须保证它不和其他形式的能量相互转化，即满足只有重力或弹力做功的条件．而能量守恒定律包含了所有形式的能量，所以一种形式的能量减少多少，另一种形式的能量必然增加多少．
4．能量转化和转移的方向性
为了节省篇幅，教材试图通过事例，揭示能量转化和转移的方向性，让学生有个感性认识．教师在上课时可灵活处理这部分内容．
许多学生在学习了能量之间的转化和转移后，再来学习这部分内容可能会说：各种形式的能量都是可以相互转化的，为什么还说具有方向性呢 对此问题，教师可让学生回忆课本上的另一句话：人类发明的许多技术装置都是为人类服务的能量转化器．也就是说，许多能量的转化和转移必须借助于技术装置，而在自发进行转化和转移的情况下是有方向性的．所以要使房间降温必须借助于空调；要吃雪糕必须借助于冰箱等技术设备．
二、小结
三、作业5.1 经典力学的成就与局限性
(一)教学目标
1．知识与技能
(1)了解经典力学的发展历程，知道经典力学发展历程中有哪些物理学家作出了突出贡献。
(2)了解经典力学所取得的伟大成就及其对当时自然科学、社会发展的影响。
(3)认识经典力学的局限性和适用范围。
2．过程与方法
(1)通过收集对经典力学建立作出重要贡献的物理学家的故事，把科学成果的发现过程展现为历史的过程，即科学家是如何在前人的基础上进行求索的，并将科学家的成果放在特定的历史背景下去评说，从而让学生认识到历史的发展有承接，科学的发展也一样。
(2)通过收集和交流具体实例来分析说明经典力学所取得的伟大成就，培养学生就某一观点或结论收集例证的能力，培养学生获取和评价信息的能力。
(3)通过对比亚里士多德、伽利略、牛顿所采用的科学研究方法，了解科学研究方法不断发展的过程，学习科学实验研究方法的思想。
(4)通过查阅文献或网络资料撰写小论文，更多地了解经典力学的成就、局限性与适用范围，培养学生查阅文献的能力，筛选和组织信息的能力、交流和表述信息的能力。
3．情感、态度与价值观
(1)通过查阅、对比、举例、交流等学习活动，培养学生自主学习的习惯和善于合作的意识；培养学生懂得尊重他人的成果、与他人合作交流的能力与习惯，锻炼学生在讨论与交流活动中敢于发表自己的感想和看法，共同探讨交流与合作学习的途径。
(2)使学生领悟和感受科学研究方法的正确使用对科学发展的重要意义，体会经典力学在人类认识自然以及物理学发展中的重要影响和作用。
(3)感受物理学家充满着艰巨性和创造性的科学探究过程，体会科学家们忘我的献身精神和刻意追求的严谨作风，从而让学生更好地把握科学探究的本质，帮助学生建立起像科学家从事科学探究那样来学习科学的意识，领悟科学探究的真谛。
(4)感受物理学所揭示的自然规律中蕴藏着和谐、有序、简单、统一的科学美，培养学生对科学的审美能力，领悟自然界的内在秩序与和谐，唤起人的真、善、美的自然天性，达到认识和情感的完美统一。
(二)本节特点
(1)展示经典力学的发展历程、成就和局限性，体现历史与逻辑、继承与发展的统一．
(2)渗透科学精神、科学研究的思想和方法。
(3)突出学生的自主合作学习。
（三）教法与学法
教学方法上建议多采用引导学生自主学习和合作学习的方法，鼓励和组织学生在收集资料的基础上进行讨论和交流，建立起对经典力学的整体性认识。
(四)教材说明与教学建议
本节引入先对学生前面所学内容进行了简要概括，接着指出学生所学知识是多位物理学家的重要贡献，从而使学生产生了解这些物理学家，了解所学知识由来的兴趣。
1．经典力学的发展历程
对经典力学发展历程的了解建议以学生自主学习和合作学习为主，可以课前将学生分小组，布置学生收集、查阅相关资料和书籍，有条件的学校可以组织学生上网查找经典力学发展史，在学生自学及小组内相互交流的基础上引导学生理清经典力学理论形成和发展的线索，建议从以下几个角度进行提炼和分析：
(1)领会力学体系得以建立的原因。
一是生产需要的推动，由于生产实践为力学研究提出了许多问题，促使许多科学家投身于地上物体运动和天体运动规律的研究。
二是科学自身发展的要求。
三是因为力学研究的对象最简单，它抛开物体的物理、化学性质，只把它作为一个有质量的实体来看待，研究物体间的作用及在这一作用下物体运动状态的变化规律。
四是有一系列科学家为牛顿力学的建立打下了重要的科学基础，特别是：(1)伽利略发现了惯性定律和重力作用下的匀加速运动，奠定了牛顿第一定律和第二定律的基本思想。②“天空的立法者”——开普勒所发现的行星运动三定律，是牛顿万有引力定律产生的最重要的前提。
(2)明确力学发展的三个阶段。
第一阶段是在伽利略、牛顿时代之前，人们对力学现象的研究大多直接反映在技术之中或完全融合在哲学之内，物理学就整体而言还没有成为独立的科学．在这个阶段对力学作出突出贡献的是阿基米德，在本节“实践和拓展”第l题中要求收集、整理阿基米德在力学方面取得的成就以及有关他的故事(可参见课程资源《阿基米德》)，并在班上和同学交流或展示。合作、交流在科学探究中有助于对科学过程的理解，当今科学的发展都是人们合作探索的结果，教学中要利用这类交流活动培养学生善于合作的意识和沟通、交往的能力，懂得尊重他人的成果。
第二阶段是从伽利略到牛顿，是经典力学从基本要领、基本定律到建成理论体系的阶段，在这一阶段有一系列的科学家为经典力学打下重要基础．要让学生知道伽利略、笛卡儿、惠更斯、开普勒、牛顿各自有怎样的发现，他们对科学的杰出贡献与意义所在，可查询《中国科普》网站“科学人物”网页．例如法国物理学家笛卡儿(1596—1650)补充和完善了伽利略的观点；强调了伽利略没有明确表述的惯性运动的直线性．他在《哲学原理》一书中这样描述：“所有的运动，其本身都是沿直线的．”笛卡儿认为惯性运动不仅仅局限于水平面上的运动，而且包括一切方向上的运动．又如荷兰物理学家惠更斯((~hristiaan Huygens 1629一1695)，全面细致地解决完全弹性碰撞问题，则为牛顿第三定律的表述奠定了基础．相关内容教材作了简要介绍，但最好能让学生查询和收集更多的这些科学家进行科学研究的故事，并相互交流，使学生在了解物理学史的过程中更深地体会科学家们忘我的献身精神和刻意追求的严谨作风，而了解科学家是如何在前人的基础上进行求索的，可以让学生更好地把握科学探究的本质。
第三个阶段是牛顿之后，经典力学又有新的发展，这一阶段主要是后人对经典力学的表述形式和应用对象进行了拓展和完善(可参见课程资源《三大守恒原理的确立》)．
(3)分析科学研究方法的发展。
在本节“实践和拓展”第2题中要求比较亚里士多德、伽利略、牛顿所采用的科学研究方法的特点和区别以及对科学发展的意义．实际上他们所采用的科学方法也是科学研究方法发展的三个阶段．可建议学生列表来进行对比。
这里是学生在课余自学、收集和查询资料之后一个进行相互交流的机会，也是学生在教材内容指引下进一步了解经典力学的发展历程的一个小结，在进行成果交流当中，注意使学生在归纳问题、表述、口头表达、交往、自信心、宽容心等一系列方面得到充分的锻炼。
学生在了解这些科学家的故事和贡献时，也完全可能了解到对某些科学家有褒有贬的评价，对此应指导学生看待科学家的成果要放在特定的历史背景下去评说，应用历史的观点进行科学教育．例如在力学发展历程中，以往人们容易把亚里士多德看成是阻碍科学进步的反动或落后势力的代表而进行批判，而实际上亚里士多德是世界古代史上最伟大的哲学家、科学家和教育家．在人类科学史上，亚里士多德是第一个阐明各学科研究对象和基本概念的人，他对混沌一团的科学进行了分类，为科学的发展奠定了基础．虽然亚里士多德对很多问题处理是错误的，但每个人的认识均受其所处时代科技水平的影响，和所有科学家一样，亚里士多德的一些观点存在错误是难免的．我们应该在历史背景下客观评价科学家的贡献和科学的发展，要知道历史的发展有承接，科学的发展也一样．包括认识经典力学的成就和局限性也要联系当时的历史和科学背景，以史为镜，更好地认识科学事业的前景。
2．经典力学的伟大成就
首先要引导学生从教材中提炼经典力学的伟大成就体现在哪些方面：
(1)把人类对整个自然界的认识推进到一个新水平，牛顿把天上运动和地上运动统一起来，实现了天上力学和地上力学的综合，从力学上证明了自然界的统一性．这是人类认识自然历史的第一次大飞跃和理论大综合．它开辟了一个新时代，并对科学发展的进程以及后代科学家们的思维方式产生了极其深刻的影响．这里可结合学生学习运动学与动力学的情况对经典力学的成就做简单补充介绍(参见课程资源《经典力学在科学史上的成就》)。
(2)经典力学的建立首次明确了一切自然科学理论应有的基本特征，这标志着近代理论自然科学的诞生，也成为其他各门自然科学的典范．牛顿运用归纳与演绎、综合与分析的方法极其明晰地得出了完美的力学体系，被后人称为科学美的典范，显示出物理学家在研究物理时，都倾向于选择和谐与自洽的体系，追求最简洁、最理想的形式．教学中应有意识地引导学生去领会在物理学揭示的自然规律中所蕴藏的和谐、有序、简单、统一的科学美，培养学生对科学的审美能力，领悟自然界的内在秩序与和谐，陶冶学生的情操，达到认识和情感的完美统一。
(3)经典力学的建立对自然科学和科技的发展、社会进步具有深远影响．这部分的教学思路应突出以下三个层面：一是经典力学形成的科学研究方法推广应用到物理学的各个分支学科上，对经典物理学的建立意义重大．二是经典力学与其他基础科学相结合产生了许多交叉学科，促进了自然科学的进一步发展．三是经典力学在科学技术上有广泛的应用，促进社会文明的发展。
教材此处设置的“讨论与交流”栏目意在结合具体实例使学生体会经典力学的伟大成就，可以在学生收集资料和例证的基础上在课堂让学生讨论与交流，也可以分小组讨论交流，将小组成果制作成手抄报或其他作品在班内展示。
3．经典力学的局限性和适用范围
这部分内容可以结合本节“实践与拓展”第3题展开教学，组织学生在班内相互交流自己撰写的小论文．在认识经典力学的局限性和适用范围时建议了解19世纪末经典物理学与实验发现的矛盾，由理论与实验的矛盾去联系经典力学的局限性和适用范围，也是为第二、第三节的新物理学革命作铺垫(可参见课程资源《经典力学的局限性》)。
（五）小结
（六）作业：课本中的本节课后练习35.2 经典时空观与相对论时空观
(一)教学目标
1．知识与技能
(1)了解伽利略相对性原理，知道时空观与参考系的联系。
(2)了解经典时空观及其基本推论，知道牛顿引入绝对时空观的原因。
(3)了解狭义相对论的理论基础与狭义相对论时空观的几个推论，知道相对论时空观对人们认识世界的影响。
(4)知道经典时空观与相对论时空观的主要区别。
2．过程与方法
(1)通过关于参考系和运动的“讨论与交流”，认识惯性系的概念与伽利略相对性原理。
(2)解读并分析教材图5-2-1和图5-2-2，了解绝对时空观与实验事实的矛盾。
(3)通过了解爱因斯坦创立狭义相对论的过程，学习创立科学理论的基本方法——“提出假设”。
(4)解读并分析教材图5-2-3和图5-2-4，通过“讨论与交流”理解同时的相对性．
(5)对比经典时空观的推论与相对论时空观的推论，认识经典时空观与相对论时空观的区别。
3．情感、态度与价值观
(1)通过“讨论与交流”活动，培养学生的独立思考能力、逻辑分析能力、口头表达的能力和合作学习的精神。
(2)通过了解时空观的变革，从中认识物理学的发展和变革，体会相对论对人类认识世界的影响，感受物理学的发展对推动社会的作用。
(3)感受科学家客观求实、理性追求、批判创新的精神和富有创造性的想像力，启发学生勇于质疑，富于想象，培养思维的多向性和发散性。
(4)通过了解时空观的变革，使学生认识到自然界是可以被人认识的，科学是认识自然最有效的途径，科学对自然现象有解释和预见的功能，科学知识具有相对的稳定性并不断发展和进步，从过程的意义来看，科学的本质就是探究，是不断地追求真理和不断地修正错误，不断地创新。
（二)本节概述
1．本节特点
(1)侧重于定性介绍。
(2)强调物理学思想和方法。
(3)重视实验事实。
(4)重视理性思维的作用。
2．教法与学法
本节内容有一定难度，教学形式建议在教师的组织和引导下，以教师讲解和师生共同讨论为主进行教学，渗透对科学研究方法的领悟和学生创造性思维的培养。
本节分两个主题，主要安排了“讨论与交流”活动项目，教学中注意通过交流与讨论培养学生的逻辑思维能力，引导学生乐于合作，集智取长。
(三)教材说明与教学建议
本节教学可以从启发学生思考自己对时间和空间的感觉或认识来引入．举例如下：
或许大多数人对时空的认识就像19世纪作家查里斯·兰姆写的：“世间万物没有任何东西像时间和空间那么使我困惑．然而没有任何东西比时间和空间更少使我烦恼，因为我从不想起它们．”的确，我们中的大多数人几乎从来不去细想我们每天的时空观念，可是，若要问一问“时空是何物 时间和空间是否存在于我们的知觉之外 时间和宇宙有开端吗 它们会结束吗 ”这些问题的答案是什么 此类问题的提出可以激发学生了解时空奥秘的兴趣。
什么是时间与空间 人们一提到时间，常常想到的是秒、时、天、年；一提到空间，便想到尺、米、千米．实际上这些都是时间和空间的计量单位．说出这些单位的名称，不等于理解了什么是时间和空间．其实，所谓时空观，就是有关时间和空间的物理性质的认识。时空观同自然科学的发展是密切相关的，科学上的重大变革往往伴随着新时空观的产生。甚至，一定意义下可以反过来说时空观的变革才是科学上大变革的基本标志。
教学中可以简要介绍或布置学生课下了解古代人们对时空的一些认识和思考．参见课程资源《时空观的发展》，从而使学生认识到人类对时间和空间本质的探索是自生命之始就有的，从古到今人们做出许多努力，希望解开时空之谜．古人尝试由宗教和神话去了解空间、时间与宇宙；如今我们利用科学来了解这些概念。
1．经典时空观
从参考系的概念引入经典时空观，是为了介绍牛顿引入经典时空观的理论出发点，使学生领会经典时空观是经典力学的理论基础。
[讨论与交流]在匀速前进的车厢中的自由落体，相对于车厢中静止的观察者做竖直向下初速度为零的匀加速直线运动，相对于地面上静止的观察者做平抛运动。
[讨论与交流]
(1)我们所说的匀速运动实际上是以地面为参考系，物体不受外力或者所受合外力为零时的惯性运动。
(2)一个物体的运动对两个相互做匀速直线运动的惯性系来说，速度、加速度以及所遵循的力学规律都是相同的。
教学中要组织好学生通过“讨论与交流”体会伽利略相对性原理的含义，理解惯性系的概念．对“相对性原理”的理解重点在于理解所有的惯性系都是平等的，不能用任何实验来区分一个系统是静止还是在做匀速直线运动．这一原理是物理学最重要的基石之一，不管是经典力学还是相对论都要用到它。可以补充介绍伽利略在《关于两大世界体系的对话》一书中运用理想实验对“相对性原理”的阐述，参见课程资源《伽利略相对性原理》。
了解牛顿引入绝对时空观的缘由，教学中要注意理清以下思路：
(1)经典力学是讨论物体的运动状态及其改变的，而所有的运动都是在一定的时间、空间中进行的，机械运动是物体的位置移动，位置涉及空间概念，移动涉及速度，涉及时间概念，所以牛顿力学必定与一定的时空观相联系。
(2)机械运动的描述离不开参考系，然而牛顿定律并不适用于所有的参考系(后人把牛顿定律适用的参考系叫做惯性参考系)，但是经典力学的理论框架本身并不能能明确给出什么是惯性参考系，牛顿的解决办法是引入一个客观标准——绝对空间，用以判断各物体足处于静止、匀速运动还是加速运动状态．参见课程资源——《牛顿对绝对空间的设想》。
对绝对时空观及其三个推论的教学建议采用举例和联想、比喻的方式，使学生结合生活经验了解和领会。
牛顿认为，宇宙本身结构是不会变的，他称这结构为绝对空间．我们打个比方，把“空间”设想成物体做机械运动的舞台和背景，在日常生活中我们有这样的经验：在一个箱子中可以放进一定数量的东西，这是箱子的一种性质，可以叫做箱子的容积，也就是箱子的空间．这个容积大小或空间大小是与箱子里放什么东西(以及放不放东西)没有关系的．在卖箱子的商店里，总是要标出26×26×10等等尺寸，之所以能这样标出，就是以容积是箱子的不受“外在的情况”影响的本性这一点为依据的．进一步，我们设想箱子无限地扩大，这就得到了一个与任何特殊的物质无关的、绝对的空间．它就是牛顿的绝对空间。
牛顿的绝对时间由于其内在性质而均匀地、与任何外界事物无关地流逝着．如何理解绝对时间呢 时间是绝对的，意味着人们可以毫不含糊地测量两个事件之间的时问间隔，只要用好的钟，不管谁(在什么参考系中)去测量，这个时间都是一样的．而时间像空间的结构一样，是永远稳定而可靠的，是永恒的，它均匀连续地流过．这样我们可以想象时间是一根单独的线，或者是两端无限延伸的铁轨。
在牛顿的时空观中，空间、时间脱离物质及其运动而客观存在，空间的延伸和时间的流逝都是绝对的，也就是说，空间、时间就像是事件发生的背景，但是这种背景不受事件的影响．并且时间和空间相互分离。
对经典时空观的几个具体结论，教材没有做更多的介绍，教学中可举例说明：
(1)同时的绝对性．绝对时空观中的同时是绝对的．就是说，在两个不同地点发生的两个事件，只要对一个惯性参考系来说是同时，那无论对什么惯性参考系来说都是同时的，例如，有一辆做匀速直线运动的火车，车厢内观察者看到两个事件是同时发生的，那站在站台上的观察者也必定看到两个事件是同时发生的，反过来说也如此．在这点上，经典时空观与人们的日常生活经验似乎是一致的。
(2)时间间隔的绝对性．例如一个人看到自己的手表走过一分钟，往往以为世界上所的钟和表也都同样地走过一分钟，而不管是在哪一种运动状态的钟．这就是时间间隔的绝对性。
(3)空间距离的绝对性．例如一把直尺的长度，如果从某一个参考系测量它是一尺．那么，我们的日常经验会以为从任何参考系来测量它，它仍旧是一尺，而与参考系的运动状态无关。
显然以上结论与我们的日常生活经验相符，所以绝对时空观很容易被人们接受；而且绝对时空观与经典力学是一致的，所以在经典力学广泛应用的过程中，牛顿的绝对时空观也广为流传，在大约一个世纪的时间里，人们都以绝对时空观去认识和思考世界。
2．相对论时空观
相对论时空观的教学可分三个层次：狭义相对论的提出、相对论时空观、相对论对人类认识世界的影响。
爱因斯坦为什么会提出狭义相对论的两条理论假设 这一问题既包含物理学发展过程中引起重大变革的实验发现，又蕴含了物理学家丰富的想像力、敏锐的洞察力以及富有探索性和创造性的思维特征。
本节开篇直接指出：光在空间是如何传播的 对这一问题的研究和思考引发了物理学的革命，改变了人们的时空观；目的是交代理论变革的线索，教学时应使学生对19世纪末物理实验与理论的矛盾有所了解，可参见课程资源《以太危机》、《相对论“出世” 》。
教学中应结合教材图5—2—1、图5—2—2使学生理解光的传播与经典力学的矛盾，使学生体会科学强调和尊重经验事实对理论的检验，实验验证是物理学的生命线。
学生对相对论时空观的理解会有一定难度，教学的重点应放在理解“同时的相对性” 。
在师生进行讨论与交流活动时，要注意提示学生在光速不变和运动的相对性两条原理下思考问题．运动的相对性即某物对于一个惯性系来说是静止的，而对于另一个惯性系来说，却可能发生了运动，这是理解狭义相对论的前提，因为物质运动是在时间和空间中进行的，时间和空间是物质运动的形式；没有运动的相对性，就不会有时间和空间的相对性。
所谓两个事件是同时的，意思是说：两件事的空间位置可以不同，但发生的时间是一样的．举一个例，每当广播电台在播送对钟信号的时候，在不同地点的许多人都要对一下自己的钟或表．我们可以说，不同地点的人对钟动作是同时的．仔细分析，这个说法并不严格．因为电台发射的信号要经过一定的时间才能传到收音机那里．距离越大，传播时间越长，不同地点收到信号的时间，实际上并不完全一样．当然，由于电波速度很快，这种对钟方法产生的差别相当小，在日常生活中这种不严格性不会带来任何麻烦。
注意同时的相对性是针对发生在不同地点的事件而言的．因为两个事件发生在不同地点、光信号的传递是两段不同的路程，这两个不同的过程才会相互比较．因为是两个基本点不同的地点，才会有是否同时接受到光信号的问题．如果两个事件发生在同一个地点(更准确地说是同一个点)，那这两个事件光信号的传递就是相同的过程．在这种情况下，就不可能出现先后接收到光信号的问题，同时就是绝对的，与参考系的选择无关．比如，在教材图5—2—3、5—2—4的例子中，如果我们把车厢里的前后两个门安装在一起，两个门面相贴，就像一个门的正反两面．那这两个门无论放在车厢内的什么位置，总是同时接到光信号，总是同时打开．无论车厢里的观察者，还是站台上的观察者，他们看到的都是两个门同时打开。
视学生程度来把握对“同时的相对性”探讨的深度，可参见课程资源——《关于“同时”的概念》及《同时的相对性》。
“运动的时钟变慢、运动的尺子缩短、物体质量随速度的增加而增大”这三种相对论效应利用教材插图进行解释。
(1)运动的时钟变慢，其实质是指在相对论中每位观察者都有自身的时间测度，即如果一时钟在天空高速飞驰，对静止不动的观察者来说似乎钟的时间走得慢了．时钟飞驰得越快，钟的时间走得越慢；在与光速相等的时候，钟将似乎完全停止，时间就会停顿了．这种效应得到了实验的验证．f1971年，美国人把原子钟放到喷气式飞机上，当飞机绕地球飞行一周回到地面后，飞机上的原子钟与地面上的原子钟的读数出现了微小的差别，这个微小的差别主要是由相对论中的时钟变慢引起的．1喷气式飞机的速度毕竟不是很快，跟光速相比则差距更大．试想，若飞机的速度接近光速，那么时钟读数的差别将绝不会是微小的．高能量基本粒子的运动速度很高，非常接近光速．把测量到的静止介子的衰变寿命，同实验测量到的高速运动介子的衰变寿命比较，就会发现运动介子的寿命确实比静止介子的寿命长了很多。
(2)运动的尺子缩短．在对教材图5—2—6解释时，应注意指出左图中A尺相对于B尺静止，右图中A尺相对于B尺运动，在B尺看来A尺长度缩短，尺缩和钟慢一样，是对称的．即如果A、B之间有相对运动，那么，A看B的尺缩短了，B看A的尺缩短了．这个结论表示空间的大小并不是绝对的，而是相对的。
即物体运动起来以后，运动的物体沿运动方向收缩，长度变短．例如，一列以速度v匀速前进的火车，从站台一端到达另一端时，按车站钟表计需要时间t1，站台长为v×t1；但是，按火车上乘客的手表计只需要时间t2，站台长为v×t2．由于运动的时钟变慢，即t2小于t1，故v×t2小于v×t1．所以，乘客完全有理由得出这样的结论：站台缩短了．实际上在车站上的人看来站台却并没有缩短，但他们也同样有理由说，火车缩短了。
这种现象绝不是一种光幻视，因为用任何测长仪器测量都会得出同样的结论．我们在平时看不到这种收缩现象．(只不过是由于在低速缓慢的运动中，这种现象不明显而已．事实上，即使物体运动的速度达到每秒3万千米，长度的收缩也不过是千分之五十．由此可见，时间、空间和运动的确是紧密联系的，时间和空间的这种性质就叫做时空的相对性。)
(3)物体质量随速度的增加而增大．爱因斯坦在时空观的彻底变革的基础上建立了相对论力学，指出质量随着速度的增加而增加，当速度接近光速时，质量趋于无穷大．他给出了著名的质能关系式：E=mc。，质能关系式对后来发展的原子能事业起到了指导作用。
[讨论与交流]
此处的讨论与交流意在使学生认识相对论效应显著与否依赖于运动速度的快慢．长度收缩和时间膨胀的效果只有当你以接近光速运动的时候才能注意到，当运动得非常慢(你可能认为你的车开得很快，每小时120千米，但这对于相对论来说，是极慢的)时，相对论效应极其微小，完全可以忽略不计。
狭义相对论时空观对人类认识自然和社会的影响是教学中要着重引导学生体会的，其意义与影响应包含以下内容：
(1)相对论的创立对人们的思维方式产生了深刻的影响．人们从中领悟：对同一个事物，不同的人从不同的角度来观察，观察的结果会有一定的差异．所以我们不应当把自己的认识绝对化，尽管这种认识是合理的．相对论时空观使我们摒弃了一些习以为常但却并不正确的成见，也是人类突破牛顿绝对时空观的束缚，走向现代物理学真理的一场伟大科学革命。
(2)相对论严格地考察了时间、空间、物质和运动这些物理学的基本概念，揭示了空间——时间的辩证关系以及物质同时空的关系，给出了科学而系统的时空观和物质观，加深了人们对物质和运动的认识，反映了自然科学的辩证唯物主义倾向，从而使物理学在逻辑上成为更完美的科学体系。
(3)没有相对论，现代物理学不可能存在．狭义相对论在很大程度上解决了19世纪以来出现的古典物理学危机，推动了整个物理学理论的革命，并且为原子物理学的发展和应用提供了依据；可以说，相对论的建立是现代物理学最伟大的成就之一，对于现代物理学的发展和现代人类思想的发展都有巨大的影响。
(4)经典力学与绝对时空观可以很好的对付运动较慢的诸如苹果、行星的问越，但在处理以光速或接近光速运动的物体时却根本无效．实际上，经典力学是相对论在低速条件下的近似．可以让学生小结和归纳经典时空观与狭义相对论时空观的主要区别，
如下表所示：
绝对时空观 狭义相对论时空观
光速 相对的 绝对的
同时 绝对的 相对的
时间与空间 与运动无关，绝对的 与运动联系，相对的
质量 与运动无关，不变的 随速度增大而增大
[实践与拓展]
推荐书目供对“相对论”有兴趣的学生进一步自学和了解相对论的知识。
(四) 小结
（五）作业4.4 机械能守恒定律
1．知识与技能
（1）了解动能与重力势能之间的相互转化，初步领会机械能守恒定律的内容。
（2）会正确推导自由落体过程中的机械能守恒定律。
（3）正确理解机械能守恒定律的含义及适用条件，并能判断物体机械能守恒的条件，会合理选择零势面。
（4）分析实际生活中的事例，进一步理解机械能守恒定律的含义及适用条件。
（5）掌握应用机械能守恒定律的解题步骤，知道机械能守恒定律处理问题的优点，提高运用所学知识综合分析、解决问题的能力。
2．过程与方法
(1) 通过讨论与交流，使学生知道物体的动能和势能之间是如何实现相互转化的.
(2) 通过理论推导，掌握机械能守恒定律的推导方法与过程。
(3) 通过讨论与交流，知道机械能守恒的条件——只有重力和弹力做功．加深对机械能守恒条件的理解。
(4) 通过例题的讲解，掌握应用机械能守恒定律解题的一般步骤，知道利用机械能守恒定律解题的优点。
3．情感、态度与价值观
(1) 通过讨论与交流，培养学生勤于思考的习惯、积极合作的态度、敢于提出问题的胆识、准确的表述能力。
(2) 通过理论推导机械能守恒定律，培养学生灵活应用所学知识的能力，提高学生的推理论证能力。
(3) 通过对例题的分析，培养学生灵活处理实际问题的能力，如将实际问题抽象化，抓住主要因素而忽略次要因素等能力。
4.重点难点：
1．推导机械能守恒定律。
2．正确理解机械能守恒定律的含义及适用条件。
3. 会用机械能守恒定律解决力学问题。
三、教学过程：
（一）引入新课：
1.复习动能定律的内容和适合条件。
2.在初中我们已经学过，重力势能和动能之间可以发生相互转化，如物体自由下落或竖直上抛时，前者下落过程中高度不断减小，重力势能减小，速度增加，动能增大，是一个重力势能向动能转化的过程；后者在上升过程中高度不断增大，重力势能增加，速度减小，动能减小，是一个动能向重力势能转化的过程。既然重力势能和动能之间可以相互转化，那么“转化”过程中的动能和势能之和即机械能变不变呢？这就是我们这堂课要研究的机械能守恒定律的知识。
板书课题：机械能守恒定律
（二）进行新课：
1．机械能：物体的动能和势能之和称为物体的机械能。用E表示，即E=EK+EP。
2．重力势能与动能之间的相互转化。
观察图，分析出哪个过程是动能向重力势能转化，哪个过程是重力势能向动能转化。
自由落体运动是重力势能向动能的转化过程，我们应用学过的动能定理和重力做功与重力势能的关系等知识，可推导证明在这个过程中机械能守恒。
3．证明机械能守恒定律
如图4所示，设一个质量为m的物体自由下落，经过高为h1 的B点（初位置）时速度为V1。下落到高度为h2的C点（末位置）时速度为V2，在自由落体运动中，物体只受重力G=mg的作用，重力做正功，设重力所做的功为WG，则由动能定理可得：
(1)
（1）式表示，重力所做的功等于动能的增加。
另一方面，由重力做功与重力势能的关系知道：
WG=mgh1-mgh2 (2)
（2）式表示，重力所做的功等于重力势能的减少。由（1）式和（2）式可得：
（3）
由（3）式可知，在自由落体运动中，重力做了多少功，就有多少重力势能转化为等量的动能。通过对（3）式移项后可得：
或写成EK2+EP2= EK1+EP1 （4）
（4）式表明，在自由落体运动中，动能和重力势能之和即总机械能保持不变。
同样，我们还可以分析物体做竖直上抛运动及平抛运动几种情况下的受力情况、做功情况及能量转化情况，归纳总结出：在只有重力做功的情况下，不论物体做直线运动还是曲线运动（如竖直上抛运动、平抛等），物体的机械能总量保持不变。
4．机械能守恒定律
（1）．内容：在只有重力做功的情况下，物体的动能和重力势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变．
板书（2）．适用条件：1.只有重力做功。
以上学习了机械能守恒定律的基本内容，下面进一步理解机械能守恒定律及其适用条件．
5． 进一步认识机械能守恒定律
下面我们对机械能守恒的适用条件进行扩展．我们可想像到，在光滑的水平面上，放开一根被压缩的弹簧，它可以把跟它接触的小球弹出去，这时弹簧的弹力做功，弹簧的弹性势能转化为小球的动能．以后可以证明：在弹性势能和动能的相互转化中，如果只有弹力做功，动能和弹性势能之和保持不变，即机械能守恒，所以机械能守恒的适用条件还有：
板书2．在只有弹力做功的情形下，物体系（弹簧和物体）的机械能也守恒。
通过以上学习，我们可以归纳出机械能守恒定律的适用条件：
只有重力或弹力做功，没有任何外力做功。
做课本练习2（学生对机械能守恒定律的适用条件应该有明确的认识，并且会根据适用条件判断具体过程中机械能是否守恒，这是应用机械能守恒定律解决问题的前提。）
归纳：在判定物体机械能是否守恒时，常从两方面来考虑：对于物体来说，要看除重力外，还有没有其它外力做功。如果没有，机械能守恒.
6．应用机械能守恒定律的基本思路：
应用机械能守恒定律时，相互作用的物体间的力可以是变力，也可以是恒力，只要符合守恒条件，机械能就守恒。而且机械能守恒，只涉及物体系的初、末状态的物理量，而不须分析中间过程的复杂变化，使处理问题得到简化。应用的基本思路如下；
选取研究对象----物体系或物体。
根据研究对象所经历的物理过程，进行受力，做功分析，判断机械能是否守恒。
恰当地选取参考平面，确定研究对象在过程的初、末态时的机械能。
根据机械能守恒定律列方程，进行求解。
【例题1】课本例题
【例题2】一物体从光滑斜面顶端由静止开始滑下，如图3所示，
斜面高1m，长2m 。不计空气阻力，物体滑到斜面底端的速度是多大？
解析：斜面是光滑的，不计摩擦，又不计空气阻力，物体所受的力有重力和斜面的支持力。支持力与物体的运动方向垂直，不做功。物体在下滑过程中只有重力做功，所以可用机械能守恒定律求解。
设物体质量为m，地面为零势点。物体在开始下滑时，EP1=mgh,EK1=0;设物体到达斜面底端时的速度为V，则有EP2=0，EK2=。
根据机械能守恒定律有：EK2+EP2=EK1+EP2，即
课堂小结：
1．机械能守恒定律：在只有重力或弹力做功的情况下，物体的动能和重力势能或弹性势能发生相互转化，但机械能的总量保持不变．
2．应用机械能守恒定律的基本思路：
选取研究对象----物体系或物体。
根据研究对象所经历的物理过程，进行受力，做功分析，判断机械能是否守恒。
恰当地选取参考平面，确定研究对象在过程的初、末态时的机械能。
根据机械能守恒定律列方程，进行求解。
（三）作业：
做课本中本节课后练习第（4）、（5）题。
说明：
1．机械能守恒定律是本意的重点，学生对定律的得出、含义、适用条件应该有明确的认识。这是能够用这个定律解决力学问题的基础。教学中首先要着重这些内容，而不要一开始就着重解题。
2．课本是就自由落体的情形推导机械能守恒定律的，教师可以补充就竖直上抛运动的上升阶段进行推导。课后可建议学生就自由落体运动的情形独立推导这个定律，以加深对这个定律的认识，提高推导论证的能力。
3．学生对机械能守恒定律的适用条件应该有明确的认识，并且会根据适用条件判断具体过程中机械能是否守恒，这是应用机械能守恒定律解决问题的前提。课本练习第2题就是为了使学生明确定律的适用条件而设的。
4．课本对机械能守恒定律的表述，限于动能和重力势能相互转化的情况。有弹性势能参与转化的情况，只要求学生知道，并能定性地解释有关的现象。
图34.7 功 率
一、教学目的：
1．知道功率是表示做功快慢的物理量。
2．理解功率的概念，能运用功率的公式P=W /t 进行有关计算。
3．正确理解公式P=FVcosα的意义，知道什么是瞬时功率，什么是平均功率，并能用来解释现象和进行计算。
二、重点难点
1．理解功率的概念是本节的重点。
2．瞬时功率和平均功率计算是本节的难点。
3．机车起动问题是本节课对学生的一个能力培养点。
三、教学过程：
（一）引入新课
上节课学习了功的概念及其计算。现在我们研究下面两个问题。
①质量为2kg的物体在4N的水平拉力F1作用下沿F1的方向以2 m/s的速度匀速前进16m.在此过程中，有几个力对物体做功，各做功多少？此过程用多长时间？
②质量为2kg的物体静止在光滑水平面上，在F2=4N的水平拉力作用下前进16 m。在此过程中，有几个力对物体做功？各做功多少？此过程用多长时间？
（学生自己解答，教师小结。）
①中拉力做功：W11=F1S=64J；阻力做功：W12=-fS=-64J；时间：t1=s/V=8s.
②中拉力做功：W2=F2S=64J；时间t2=.
可见，力对物体做功多少，只由F、S及它们间夹角决定，与物体是否还受其它力、物体是匀速运动还是变速运动无关。再比较一下，F1、F2做功一样多，但所用时间不同。说明力对物体做功还有一个快慢问题。本节课学习做功快慢的描述问题。
板书课题：第二节 功率
（二）进行新课
1．我们把描述力做功快慢的物理量定义为功率，这是物理学中的一个重要概念。
2．功率的概念
（1）定义：功跟完成这些功所用时间的比值叫做功率。
定义式：P=W/t
（2）单位：国际单位为瓦(W)，技术上常用“千瓦”（KW）作功率单位。
1W=1J/S，1KW=1000W。
（3）功率的物理意义：功率是描述力对物体做功快慢的物理量
功率大的做功快。不论在什么条件下，只要明确了功W和所用时间t，就可求出相应的功率。
（4）功率是标量。
由于功有正负，相应的功率也有正负。功率的正负不表示大小，只表示做功的性质，即动力的功率为正，阻力的功率为负，计算时不带符号，只计绝对值。
根据W=FScosα和v=S/ t,可得P=Fvcosα。若F、S同向，可简化为P=Fv。
（5）功率的另一表达式：P=Fvcosα。
F：对物体做功的力。v：物体运动的速度。α：F与v的夹角。
3．平均功率和瞬时功率
（1）平均功率：描述力在一段时间内做功的快慢，用P=W/t 计算，若用P=Fvcosα，V为t时间内的平均速度。
平均功率是针对一段时间或一个过程而言的，因此在计算平均功率时一定要弄清是哪段时间或哪一个过程的平均功率。
（2）瞬时功率：描述力在某一时刻做功的快慢，只能用P=Fvcosα，V为某时刻的瞬时速度。
瞬时功率是针对某一时刻或某一位置而言的，因此在计算瞬时功率时一定要弄清是哪个时刻或哪一个位置的瞬时功率。
【例题1】已知质量为m的物体从高处自由下落，经时间t，在t时间内重力对物体做功的平均功率为 ;在t时刻重力对物体做功的瞬时功率为 。
解析：在t时间内，物体下落的高度h=,重力对物体所做的总功W=,所以在t时间内重力对物体做功的平均功率为;在t时刻重力对物体做功的瞬时功率为.
（3）额定功率和实际功率
额定功率指机器正常工作时的最大输出功率，也就是机器铭牌上的标称值。实际功率是指机器工作中实际输出的功率。机器不一定都在额定功率下工作。实际功率总是小于或等于额定功率。对公式P=Fv的讨论。
①当功率P一定时，。即做功的力越大，其速度就越小。
当汽车发动机功率一定时，要增大牵引力，就要减小速度。所以汽车上坡时，司机用换挡的办法减小速度来得到较大的牵引力。
②当速度v一定时，。即做功的力越大，它的功率也越大。
汽车从平路到上坡，若要保持速度不变，必须加大油门，增大发动机功率来得到较大的牵引力。
③当力F一定时，。即速度越大，功率越大。
起重机吊同一物体以不同速度匀速上升，输出功率不等，速度越大，起重机输出功率越大。
4．先让学生做课本例题。然后再讲解。
5.对公式P=Fv的讨论。
①当功率P一定时，。即做功的力越大，其速度就越小。
当汽车发动机功率一定时，要增大牵引力，就要减小速度。所以汽车上坡时，司机用换挡的办法减小速度来得到较大的牵引力。
②当速度v一定时，。即做功的力越大，它的功率也越大。
汽车从平路到上坡，若要保持速度不变，必须加大油门，增大发动机功率来得到较大的牵引力。
③当力F一定时，。即速度越大，功率越大。
起重机吊同一物体以不同速度匀速上升，输出功率不等，速度越大，起重机输出功率越大。
【例题2】飞机、轮船运动时受到的阻力并不恒定，当速度很大时，阻力和速度的平方成正比，这时要把飞机、轮船的最大速度增大到原来的2倍，发动机的输出功率要增大到原来的：
A．2倍； B．4倍； C．6倍； D．8倍.
解析：飞机、轮船达到最大速度时牵引力F与阻力f相等，即F=f,而f=KV2,所以发动机的输出功率P=FV=KV3，要把飞机、轮船的最大速度增大到原来的2倍，发动机的输出功率要增大到原来的8倍.
（三）课堂小结
（四）作业：课本中本节课后的练习1、3
说明：
1．本节教学的重点是使学生确切地理解公式P＝FV的意义，为此教材通过实例进行分析，教学中还可以补充一些实例。
2．通过本节的例题的教学，应使学生学会应用基本公式进行计算，对平均功率和瞬时功率有所理解。
3．考虑到发动机的额定功率与汽车的最大速度的关系比较难一些，单独列为专题加以讨论。在这个专题中，着重分析了汽车由开动到匀速行驶的物理过程，然后运用公式解题，以便使学生养成分析物理过程的习惯，避免简单地套用公式
功率
功率的物理意义：功率是描述力对物体做功快慢的物理量
平均功率：描述力在一段时间内做功的快慢，用P=W/t 计算，若用P=Fvcosα，V为t时间内的平均速度
瞬时功率：描述力在某一时刻做功的快慢，只能用P=Fvcosα，V为某时刻的瞬时速度。
额定功率和实际功率4.8 能源的开发与利用
(一)教学目标
1．知识与技能
(1)了解能源与人类生存和社会发展的关系．
(2)知道什么是能源及其分类．
(3)知道可持续发展的重大意义．
2．过程与方法
(1)列举常见的能源，试着将它们分类，并说出自己分类的标准，能尝试经过思考发表自己的见解．
(2)提高信息收集和处理的能力，通过历史上的典型事件说明能源对人类生存的意义．
(3)由学生对周围环境的切身体验，说出能源的利用和开发对环境所造成的危害．思考怎样合理利用和开发能源，怎样解决日益增加的能源危机．尝试应用物理知识解决实际问题的能力．
(4)能源是有限的，但能源又是无限的．如何节约能源，如何开发利用可再生能源，又如何发现新能源，都是值得人们深思的问题．引导学生就此讨论，发表自己的见解．
(5)未来的能源应该是安全、环保、高效的能源．对能源标准的讨论，将有助于学生树立有关能源的正确观点．
3．情感、态度与价值观
(1)由亲身经历，体会能源对人类的重要性．
(2)树立“可持续发展”的意识，培养利用和开发能源的正确态度．在力所能及的范围内，为社会的可持续发展做出贡献．
(3)以实际行动节约能源，养成利用能源的良好习惯．
(4)关心世界范围内能源发展的现状，积极思考未来的能源发展趋势．
(二)教学步骤
能源的利用能力和能源工业的水平，反映了一个国家的综合实力．近几年来，有关能源的话题在人们的生活中不断出现：石油价格的飞涨，世界各国对石油输出国的依赖，OPEC在国际舞台上举足轻重的地位，各个国家投巨资研究开发新能源，世界范围内的大气、水土等环境污染……所有这些，无不提醒人们要重视能源问题．
教师可让学生举出大量的具体例子来说明能源的重要性：例如以目前各国使用的主要能源——石油为例，在过去的2003年度，中国的石油日消耗量达546万桶，日本则为每日543万桶．中国不断增长的经济对石油的需求激增，使中国已经成为仅次于美国的世界第二大石油消费国。目前美国的石油日消耗量超过2000万桶，遥遥领先于其他国家，相当于中国的3～4倍，仍然是全球最大的石油消耗国．
1．能源及其分类
学生通过初中物理或科学课程的学习，虽然对能源的概念及其分类已不陌生，但往往把能量和能源的概念相混淆，对能源如何分类也非常模糊．因此，本节的教学应该使学生对能源及其分类有一个较为明确的认识，这是思考能源问题的基础．教材对什么是能源给出了一个较为明确的定义：能源指的是在一定条件下能够提供可利用能量的物质资源 这里可利用能量包括机械能、热能、电能、化学能、原子能等．对所研究的大量问题进行分类是科学研究常用的方法，能否对要认识的事物进行科学分类，从一个侧面反映了一个人的科学素养。如平常所说“工业用品、农业用品、日常用品”是根据用途分类，“金属、非金属和半导体”是根据导电的难易程度分类，“生物和非生物” 是根据是否具有生命分类等．由此可见，对问题分类时必须明确分类的依据，对能源的分类也是如此．本节将能源按照两种不同的方式分类：生产方式和能否被再利用．教师也可以让学生试着按其他的方式来分，如：根据它们的初始来源，概括为四大类：第一类是与太阳有关的能源．如煤炭、石油、天然气、油页岩等化石燃料．水能、风能、波浪能、海流能等也都是由太阳能转换来的．第二类是与地球内部的热能有关的能源．从地下喷出地面的温泉和火山爆发喷出的岩浆就是地热的表现．第三类是与原子核反应有关的能源．第四类是与地球一月球一太阳相互联系有关的能源．如海水涨落而形成潮汐能．按照能源的地位来分，可分为常规能源和新能源等．
[讨论与交流]
(1)汽油机、柴油机是利用石油，发电机是利用石油、煤、核能、风能、水能、太阳能、海洋能等，电灯是利用电能，电话也是利用电能等．(2)植物要靠太阳能进行光合作用才生长，食草动物要靠植物生存，而食肉动物要以食草动物或其他的食肉动物才能生存，经过这样的过程太阳能就转化成了化石能源的能量．
2．能源危机与环境污染
教材通过一些事实从两个方面说明了能源的消耗和利用所带来的社会问题：能源危机与环境污染．能源危机是世界性问题，在我国，这一问题更为突出．教学中，可列举大量的事实是学生认识到节约能源的重要性．学生对诸如酸雨、温室效应、城市热岛效应不会陌生，但这些现象是怎样产生的呢 课文对此进行了简要的介绍，教师可要求学生查找有关资料，写一篇如《谁污染了我们的环境 》等类的文章，弄清环境污染的主要来源，最好经过调查提出解决的办法或建议．
由于环境污染越来越严重，所以人们提出了“可持续发展”的观点．查找资料，判断一下目前人类的哪些行为与“可持续发展”相吻合，哪些做法与“可持续发展”背道而驰．也可以在课堂上采取“讨论与交流”的方式进行．
[讨论与交流]
(1)方便之处有夜晚照明的电灯，外出时乘坐的飞机、汽车、轮船等，电脑。电话等，洗澡时用的热水等……、
烦恼之处有飞机、汽车等产生的噪音，由于大气污染所造成的灰蒙蒙的天空，能源工业所造成的水污染导致饮用水和农业灌溉水质量的降低等．
(2)可联系当地近年来的生活环境的变化，展开对这一问题的讨论，增强学生环境保护的意识．
3．未来的能源
化石能源的不断枯竭，环境污染的不断加重，迫使人们寻找和开发新能源．而储量丰富、低污染、安全稳定的能源成为人们追求的目标．课文主要介绍了核能、风能、地热能、太阳能、生物质能、水能、海洋能、氢能等，这些能源基本代表了未来能源的开发方向．通过本节的学习，学生应能认识到，只要人类合理利用和开发能源，那么，地球上的能源将是取之不尽的．
（三）小结
（四）作业：课本练习3
