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课题 第十一章 物理学与能源技术
11.2 能量转化的方向性和效率
导学目标:
（1）初步了解现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性。
（2）了解能量转化效率
重点：能量转化的方向性和能量的转化效率。
难点：能量转化的方向性
导学方法：实验探究法、讨论法
课 时：1课时
导学过程
课前导学
1．如果某个过程中涉及了 ，能量的 （和转移）就将“覆水难收”，无法自发地沿反方向 ，除非我们耗费额外的 提供帮助。对能量的利用，无法避免涉及 的生成与转移。每利用一次 ，都会 利用能量的总量。
2.在所有的能量利用过程中，能量 不可避免。以烧水过程为例，有一定比例的热量会散发到 、壶体中。如果把天然气完全燃烧释放的 能称为输入能量，而把水吸收的那部分能量称为输出 能量，把散发到 、壶体中的能量称为输出 能量。能量的转化效率。
输入能量=输出 能量+输出 能量
能量转化效率η=输出 能量/ 能量
3.在任何情况下，η都 1。提高能量 是节能核心和持续发展重要 。
课堂导学
一、能量转化的方向性
1．如果某个过程中涉及了 ，能量的 （和转移）就将“覆水难收”，无法自发地沿反方向 ，除非我们耗费额外的 提供帮助。对能量的利用，无法避免涉及 的生成与转移。每利用一次 ，都会 利用能量的总量。
二、能量相互中的效率
2.在所有的能量利用过程中，能量 不可避免。以烧水过程为例，有一定比例的热量会散发到 、壶体中。如果把天然气完全燃烧释放的 能称为输入能量，而把水吸收的那部分能量称为输出 能量，把散发到 、壶体中的能量称为输出 能量。能量的转化效率。
输入能量=输出 能量+输出 能量
能量转化效率η=输出 能量/ 能量
3.在任何情况下，η都 1。提高能量 是节能核心和持续发展重要 。
4．能量转化效率机械效率、热机效率更 ，包含重复 ，废水 。
教师引导、学生归纳小结
课堂练习
1．下列现象可能发生的是 （ ）
A.冰在常温下化成水
B.水蒸气在常温下变成雪花
C.枯萎的花儿从空气中吸收能量和水分重焕青春
D.坡底的石块从周围环境中获取能量滚向坡顶
2. 下列说法正确的是 （ ）
A.能量转化涉及热量，就能自发沿反方向发生
B.能量转化过程涉及热量就将“覆水难收”，无法自发沿反方向发生
C.由于能量守恒，利用的能量，还可以再利用
D.热量可自发从低温处传到高温处
3. 用天然气烧水，下列说法正确的是 （ ）
A.水壶吸收的热量是输出有效能量
B.水吸收的热量是输出有效能量
C.天然气燃烧释放的热量是输入能量
D.水和空气吸收的热量是输入无效能量
4. 下列说法不正确的是（ ）
A.在任何情况下，能量转化效率都小于1
B.提高能量利用中的转化效率是节能的核心
C.提高能量的转化效率是可持续发展重要措施之一
D.使用滑轮组可以省力，可以提高能量转化效率
5. 下列说法错误的是（ ）
A．利用能量无法避免涉及热量的生成与转移
B．每利用一次能量，就会减少这个世界上可利用、便于利用的能量的总量
C．瀑布水往低处流，也可自发从低处流向高处
D．用天然气烧水，天然气完全燃烧释放的化学能是输入能量
参考答案：1.A；2.B；3.B；4.D；5.C。
课后练习
课后反思
参考答案：
课前导学
1.热量、转化、发生、能量、能量、减少。2.损坏、空气、化学、有效、空气、无效、有效、无效、有效、输出。3.小于、转化效率、措施。
课堂导学
1.热量、转化、发生、能量、能量、减少。2.损坏、空气、化学、有效、空气、无效、有效、无效、有效、输出。3.小于、转化效率、措施。4.全面、利用、取暖。
课堂练习
1.A；2.B；3.B；4.D；5.C。
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课题 第十一章 物理学与能源技术
11.1 能量守恒定律
教学目标:
1.知识与技能
（1）了解能量存在的不同形式，解释生产中各种形式的能量是如何转化的。
（2）理解能量守恒定律，知道永动机不可能制成。
2.过程与方法
（1）通过回顾已学过的各种能量及能量的转化的实例，了解生产生活中各种形式能量的转化过程。
（2）通过观察实验及课件演示，理解能量守恒定律，知道永动机不可能制成，并能应用能量守恒定律独立地进行分析问题。
3.情感态度与价值观
（1）通过分析自然界中各种能量的转化过程，渗透事物之间相互联系的观点。
（2）让学生体会物理学的自然规律之美
（3）通过讲解永动机是不可能制成的，让学生了解事物的发生和发展都有其自然规律，使学生形成尊重科学、尊重规律的意识。
教学重点：
理解能量守恒与转化定律并应用其解释实际问题。
教学难点：
摩擦生热不能逆转。
教学用具：
单摆、滚摆、多媒体课件。
教学互动设计：
一、创设情景，导入新课
通过近两年的初中物理学习，我们已经知道能量有多种形式，不同的运动形式，对应不同的能量。
展示教材图让学生观察并寻找能量的足迹，并思考：这些过程中，能量都由什么形式变成了什么别的形式？它们遵循什么规律呢？
对学生的回答给予肯定或者纠正。
教师：我们今天就要找出，在能量不断转化、转移的过程中遵循的规律。
二、新课讲授，师生互动
（一）形形色色的能量
从八年级上册第二章我们开始接触“能量”这一概念至今，在两年的初中物理学习中，我们已经知道能量有多种多样的形式，不同的运动形式，对应不同的能量。常见的能量有机械能、内能、电能、光能。
讨论交流 物体具有的能量
在刚刚接触“能量”概念时，大家可能还不知道物体具有的能量是什么形式的。现在，你一定能说出以下图中这些物体具有的是什么能量了。
足球在空中运动；太阳内部的原子核发生剧烈的变化；暖气片内的水中的大量水分子做无规则运动；电池一旦接入闭合电路，它内部的化学成分将持续发生反应 运动的多样性，对应着能量的多样性。
（二）不同形式的能量的相互转化
常见的能量：机械能、内能、电能、光能、化学能等。
1、观察：能量之间的转化
首先指出：
（1）能量是可以互相转化的。举出一些例子，如：太阳灶将太阳能转化为水的内能；人踢球，人自身储存的化学能通过人体做功，转化为皮球的机械能，等等。
要求学生回忆，并举出一些例子。
（2）能量是可以转移的。举出一些例子，如：打台球时，两颗台球之间发生了动能的转移；人们通过热水袋取暖，就是热水的内能转移至人体。
要求学生回忆，并举出一些例子。
教师：那么，大家就根据你们的理解，寻找能量的足迹吧！
（3）什么能量便于传递、输送、方便使用？
既然不同形式的能量是可以相互转化的，为了便于传递、输送，我们利用最广泛的能量形式是哪一种呢？
发电机发电，把机械能转化成电能；电动机工作，把电能转化成机械能；使用电熨斗，把电能转化成内能；给电池充电，把电能转化成化学能 我们生产、生活、工作中不断地将一种能量转化成另一种能量。
2、讨论与交流：能量从哪里来？ 人类生活的能量归根结底来自太阳能。
让学生以小组为单位，根据P40图 太阳能的转化与利用 开展“能源的转化和利用”活动。
对于这个活动，教师可以在课前提供一个表格，以供各个小组填写。
让小组代表回答本小组的讨论结果，并进行总结： 能量是可以在不同的物体之间转移的，也可以转化成其他不同的形式的能。
通过上图可以发现，我们生产、生活中利用的能量，追根溯源，大都来自太阳。太阳的辐射，向地球传递了巨大的能量。
（三）能量守恒定律
我们在力学部分已知道，物体在一定的条件下机械能守恒，为什么图中的小球来回摆动过程中能达到最高的位置越来越低呢？为什么小孩还要不断改变脚的伸展状态？
这是因为小球受到了空气的阻力，在摆动的过程中不断生热，小球的机械能不守恒。但是如果把小球和空气分子的内能加上，总能量仍然不变。
同理，摆钟、小孩在运动过程中也会发生机械能损耗，但是考虑机械能和内能，总能量仍然守恒。
能量既不能创造，也不会消灭；当能量从一个物体转移到另一个物体或从一种形式转化为另一种形式时，总量保持不变。
（四）永动机是不可能实现的
教师：能量是维持我们的生产、生活得以正常进行的源泉。正是这样，在历史上，许多人煞费苦心，希望能够制造出一个不需要向其提供能量，就能持续对外做功的机器，也就是永动机。然而，我们根据能量守恒定律就可以知道，这样的机器是不存在的。
举出历史上比较有名的永动机，展示图片，说明设计初衷。如达芬奇的永动机，等等。可以要求学生说明其中的漏洞。
再让学生分析教材图 达 芬奇的设想能实现吗 ——永动机，以小组为单位，进行讨论，指出其中的不可能之处。可以指出“完全转化”往往是不可能的。
一切运动都会产生热，这些热是人类不需要，无法利用的。
教师：永动机是非常美妙而诱人的设想，多少人为了永动机熬白了头发，甚至耗尽一生精力。但是，在科学规律面前，幻想终究是幻想。
首先，让学生自行阅读教材中的对话部分。
进而，配合多媒体，向学生简单介绍焦耳测定热功当量的实验。并举一些别的例子，如荡秋千过程中，如果没有别的损耗，每次秋千总是能够回到原来的高度等等。
举例中，也可以向学生指出，能量转化过程中，往往存在损耗，即一种能量转化为多种能量，而其中有些能量转化过程是我们不想要但是无法克服的。为下面的能量转化效率做铺垫。
教师对例子进行总结，指出能量守恒定律。
教师：我们观察到的能量转化过程，往往“看不到”其中的能量守恒。刚才所说到的“热功当量”测定实验中，焦耳总是努力地减少热量的散失；在“机械能守恒”的过程中，秋千能够达到的高度总是越来越低，这是为什么呢？
教师再举一个例子，烧水的时候，如果我们计算所消耗的电能，它与水所增加的内能是相等的吗？
三、板书设计，整体提升
四、大海扬帆，尝试远航
1．下列说法正确的是 （ ）
A.在空中运动的球具有8J的动能，机械能是8J
B.电流通过灯泡的光能为8J，内能为2J，消耗的电能不少于10J
C.输入发电机的机械能为90J，输出的电能为90J
D.草地上滚动足球具有动能为10J，停止时重力势能为10J
2. 下列过程中，电能转化为机械能的是（ ）
A.电风扇扇风
B.电饭煲煮饭
C.发电机发电
D.太阳能电池发电
3. 汽车匀速上坡，下列说法正确的是 （ ）
A.汽车的动能增大，机械能增大
B.汽车的重力势能增大，机械能增大
C.汽车增大的机械能等于汽油燃烧放出的热量
D.汽油完全燃烧放出的热量小于汽车增大的机械能
4. 下列说法正确的是（ ）
A.我们生产、生活的能量追根溯源大多来自太阳
B.绿色植物将光能转化为植物的内能
C.水循环的能量来自水的重力势能
D.水力发电将电能转化为水的动
5. 根据能量守恒定律，下列可能发生的是（ ）
A.出膛的射穿木板，以更快的速度继续前进
B.电水壶的水沸腾了，断电后水继续沸腾不停
C.两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后，继续冲上右斜面
D.孤岛上被人遗忘的一只机械表，默默走了十年
参考答案：1.B；2.A；3.B；4.A；5.C。
五、作业、P42T1 、T2 。
教学反思
本节学习的重点是能量守恒定律及其应用。能量是物理学的重要概念，在本套教材中也贯穿始终，本节课作为收官之作，具有重要意义。但是能量守恒定律往往不便采用探究活动式的教学来开展，在本节教学中，通过归纳总结的方式给出这一重要定律，并把教学重心后移，着重通过其应用让学生理解并巩固。这一构思基本符合教学实际与一般的教学思维。本节课的情感、态度与价值观教学目标也较为重要，需让学生接受物理的守恒思想，并具有通过物理规律去伪存真的意识。
能量守恒定律
形形色色的能量：机械能、内能、电能、光能、化学能等。
能量转化有方向性——永动机是不可能实现的。
不同形式能量的相互转化：电能便于转化、输送、使用
太阳能以电磁波形式为地球生物提供能量。
能量守恒定律：能量既不能创造，也不会消灭；当能量从一个物体
转移到另一个物体或从一种形式转化为另一种形式时，总量保持不变。
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11.1 能量守恒定律
教科版 九年级下册
制作 高文超
教学目标
1.知识与技能
（1）了解能量存在的不同形式，解释生产中各种形式的能量是如何转化的。
（2）理解能量守恒定律，知道永动机不可能制成。
2.过程与方法
（1）通过回顾已学过的各种能量及能量的转化的实例，了解生产生活中各种形式能量的转化过程。
（2）通过观察实验及课件演示，理解能量守恒定律，知道永动机不可能制成，并能应用能量守恒定律独立地进行分析问题。
教学目标
3.情感、态度与价值观
（1）通过分析自然界中各种能量的转化过程，渗透事物之间相互联系的观点。
（2）让学生体会物理学的自然规律之美
（3）通过讲解永动机是不可能制成的，让学生了解事物的发生和发展都有其自然规律，使学生形成尊重科学、尊重规律的意识。
教学重点：理解能量守恒与转化定律并应用其解释实际问题。
教学难点：摩擦生热不能逆转。
新知导入
新知导入
新知导入
新知导入
新知导入
新知讲解
从八年级上册第二章我们开始接触“能量”这一概念至今，在两年的初中物理学习中，我们已经知道能量有多种多样的形式，不同的运动形式，对应不同的能量。常见的能量有机械能、内能、电能、光能。
新知讲解
在刚刚接触“能量”概念时，大家可能还不知道物体具有的能量是什么形式的。现在，你一定能说出以下图中这些物体具有的是什么能量了。
在空中运动的球
——具有机械能
一缕阳光
——具有光能
新知讲解
现在，你一定能说出以下图中这些物体具有的是什么能量了。
发热的暖气片
——具有内能
电池
——具有电能
新知讲解
足球在空中运动；太阳内部的原子核发生剧烈的变化；暖气片内的水中的大量水分子做无规则运动；电池一旦接入闭合电路，它内部的化学成分将持续发生反应 运动的多样性，对应着能量的多样性。
新知讲解
在如图所示中，足球从空中落向地面，高度越来越低，速度越来越快；沐浴在阳光中，我们倍感温暖；即使在寒冷的冬日，装有暖气片内的室内依然暖意融融；将电池接入电路中，电池储存的化学能便转化为电能。上述现象都伴随着不同形式的能量的转化过程。
新知讲解
试分析以下过程中能量转化情况。
小球上下运动，动能与势能（包括重力势能和弹性势能）不断相互转化
小球左右摆动，动能与势能不断相互转化
势能最大
动能最大
新知讲解
试分析以下过程中能量转化情况。
由a点出发，以速度v运动的木块在摩擦力作用下到b点停止，木块的动能全部都转化为内能。
v
a b
电能转化为光能和内能。
新知讲解
既然不同形式的能量是可以相互转化的，为了便于传递、输送，我们利用最广泛的能量形式是哪一种呢？
新知讲解
既然不同形式的能量是可以相互转化的，为了便于传递、输送，我们利用最广泛的能量形式是哪一种呢？
新知讲解
发电机发电，把机械能转化成电能；电动机工作，把电能转化成机械能；使用电熨斗，把电能转化成内能；给电池充电，把电能转化成化学能 我们生产、生活、工作中不断地将一种能量转化成另一种能量。
新知讲解
发电机发电，把机械能转化成电能；电动机工作，把电能转化成机械能；使用电熨斗，把电能转化成内能；给电池充电，把电能转化成化学能 我们生产、生活、工作中不断地将一种能量转化成另一种能量。
新知讲解
从能量利用和转化角度来讲，现代化的生活就是以电能为中心的能量转化和利用的过程。
餐饮
电能
通信
洗衣、除尘、健身
交通
空调冷藏
照明
娱乐
新知讲解
我们生产、生活中的能量从哪里来？观察下图，你能得到哪些认识？
辐射到地球的太阳能总功率为1.7×1017W
太阳能热水器 风的形成 水循环 动植物生长
新知讲解
燃烧
太阳能热水器 风的形成 水循环 动植物生长 食品
风力 水力 石油、煤 化工燃料
照明 发电机 汽车 燃气灶
家庭影院 笔记本电脑 电熨斗 电车 机床
太阳
新知讲解
通过上图可以发现，我们生产、生活中利用的能量，追根溯源，大都来自太阳。太阳的辐射，向地球传递了巨大的能量。
新知讲解
我们在力学部分已知道，物体在一定的条件下机械能守恒，为什么图中的小球来回摆动过程中能达到最高的的位置越来越低呢？为什么小孩还要不断改变脚的伸展状态？
势能最大
动能最大
势能最大
动能最大
新知讲解
我们在力学部分已知道，物体在一定的条件下机械能守恒，为什么图中的小球来回摆动过程中能达到最高的位置越来越低呢？为什么机械钟要定时上发条？
势能最大
动能最大
新知讲解
这是因为小球受到了空气的阻力，在摆动的过程中不断生热，小球的机械能不守恒。但是如果把小球和空气分子的内能加上，总能量仍然不变。
新知讲解
同理，摆钟、小孩在运动过程中也会发生机械能损耗，但是考虑机械能和内能，总能量仍然守恒。
势能最大
动能最大
新知讲解
能量既不能创造，也不会消灭；当能量从一个物体转移到其他物体或从一种形式转化为其他形式时，总量不变。这称为能量守恒定律（law of conservation of energy）。
所有能量转化和转移过程，都遵守能量守恒定律。
也就是说，考虑机械能和增加的内能，能量仍然是守恒的。
实验和事实证明：
新知讲解
很长时间以来，不少人想发明一种永动机（permanent machine）,它不消耗能量，就可以永远运动下去，并连续不断做功。有些永动机，看起来设计与制作得十分巧妙，但由于违背科学规律，一个个都失败了。永动机的失败，从反面证明了能量守恒定律的正确性。
新知讲解
达 芬奇的设想能实现吗？
水银的流动能不能使这个轮子不停地转下去呢？
新知讲解
怎样能保证推动轮子转动水银总是比阻止轮子转动的水银多呢？
此外，水银在滚动过程中，会不会损失能量？
水银的流动能不能使这个轮子不停地转下去呢？
新知讲解
如图所示是一位“发明家”设计的一种永动机。
他的设想是：利用上水池的水向下的冲力是水轮机发电，然后，利用发电机发出的电能驱动抽水机把下水池的水再抽回上水池。这样不断循环下去，就可以制成一个永动机。
新知讲解
如图所示是一位“发明家”设计的一种永动机。
在此过程中，水轮发电机还可以抽出一部分电能供用电器使用。真实一种美妙的设想！遗憾的是，这个永动机不能持续运转，你能分析一下这种永动机失败的原因吗？
新知讲解
如图所示是一位“发明家”设计的一种永动机。
失败原因：一切机械在运动过程中存在摩擦，克服摩擦运动需要消耗机械能；消耗的机械能转化为内能，这个内能无法再次利用；发电机将机械能转化为电能，电能小于机械能。
新知讲解
如图所示是一位“发明家”设计的一种永动机。
失败原因：一切机械在运动过程中存在摩擦，克服摩擦运动需要消耗机械能；消耗的机械能转化为内能，这个内能无法再次利用。所以这种“永动机”是失败的。
课堂练习
1.下列说法正确的是 （ ）
A.在空中运动的球具有8J的动能，机械能是8J
B.电流通过灯泡的光能为8J，内能为2J，消耗的电能不少于10J
C.输入发电机的机械能为90J，输出的电能为90J
D.草地上滚动足球具有动能为10J，停止时重力势能为10J
B
课堂练习
2.下列过程中，电能转化为机械能的是（ ）
A.电风扇扇风
B.电饭煲煮饭
C.发电机发电
D.太阳能电池发电
A
课堂练习
3.汽车匀速上坡，下列说法正确的是 （ ）
A.汽车的动能增大，机械能增大
B.汽车的重力势能增大，机械能增大
C.汽车增大的机械能等于汽油燃烧放出的热量
D.汽油完全燃烧放出的热量小于汽车增大的机械能
B
课堂练习
4.下列说法正确的是（ ）
A.我们生产、生活的能量追根溯源大多来自太阳
B.绿色植物将光能转化为植物的内能
C.水循环的能量来自水的重力势能
D.水力发电将电能转化为水的动能
A
课堂练习
5.根据能量守恒定律，下列可能发生的是（ ）
A.出膛的射穿木板，以更快的速度继续前进
B.电水壶的水沸腾了，断电后水继续沸腾不停
C.两个斜面相对连接，小球从左斜面滚下后，继续冲上右斜面
D.孤岛上被人遗忘的一只机械表，默默走了十年
C
课堂总结
一、形形色色的能量：不同的运动形式，对应不同的能量。常见的能量有机械能、内能、电能、光能。
二、不同形式的能量相互转化：.电能便于转化、输送、使用方便。不同形式能量在一定条件下可以相互转化。
人类利用的能量大都来自太阳。
三、能量守恒定律：能量既不能创造，也不会消灭；当能量从一个物体转移到另一个物体或从一种形式转化为其他形式时，总量不变。
四、永动机是不可能实现的：永动机的失败，从反面证明了能量守恒定律的正确性。
板书设计
一、行行色色的能量：不同的运动形式，对应不同的能量。常见的能量有机械能、内能、电能、光能。
二、不同形式的能量相互转化：电能便于转化、输送、使用方便。不同形式能量在一定条件下可以相互转化。
人类利用的能量大都来自太阳。
三、能量守恒定律：能量既不能创造，也不会消灭；当能量从一个物体转移到另一个物体或从一种形式转化为其他形式时，总量不变。
四、永动机是不可能实现的：永动机的失败，从反面证明了能量守恒定律的正确性。
作业布置
1.P42T1、T2
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