【轻松备课】人教版物理九年级上 第十四章第3节 能量的转化和守恒 教学详案

第十四章 内能的利用
第3节 能量的转化和守恒
设计说明 本节课主要介绍了能量守恒定律的知识，主要包括能的转化、能量守恒定律的内容、永动机研制的失败等内容。本节知识以能量为线索，通过图表的形式介绍自然界中各种形式的能量和能量的转移和转化，通过“想想议议”的提问和讨论，让学生对能量的转化有一个感性认识，最后突出能量守恒定律及应用的重要性。能量的转化与守恒是自然科学的核心内容之一，从更深层次上反映了物质运动和相互作用的本质，与日常生活息息相关，学习这部分内容对学生树立科学的世界观、形成可持续发展的意识以及进一步学习其他科学技术，都是十分重要的。本节教学过程可分为两个阶段，第一阶段进一步认识能的转化；第二阶段认识能量守恒定律。 教学目标 【知识与技能】 1.知道能量守恒定律。 2.能举出日常生活中能量守恒的实例。 3.有用能量守恒的观点分析物理现象的意识。 【过程与方法】 1.通过学生自己做小实验，发现各种现象的内在联系，体会各种形式能量之间的相互转化。 2.通过学生讨论体会能量不会凭空消失，只会从一种形式转化为其他形式，或从一个物体转移到另一个物体。 【情感态度和价值观】 1.通过学生自己做小实验，激发学生的学习兴趣。 2.对能量的转化和守恒有一个感性的认识，为建立科学世界观和科学思维方法打基础。 3.通过学生讨论锻炼学生分析问题的能力。 重点难点 教学重点 理解能量守恒定律、能量的转移和转化的实例分析。 教学难点 运用能量的转移和转化和能量守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能量是怎样转化的。 教学方法 实验探究法、讨论法、观察对比法。 教具、学具 塑料袋、自来水、小电风扇、钢笔、小球、滚摆、多媒体课件。 授课时数 1课时 教学过程 回顾思考 1.如果只有动能和势能相互转化，尽管动能和势能的大小会发生变化，但机械能的总和 ，或者说，机械能是 的。 2.改变物体内能的方式有 和 ，第一种实质上是内能的 ，第二种实质上是内能的 。 3.内燃机的压缩冲程是把 能转化为 能；做功冲程是把 能转化为 能。 导入新课 1.能量无处不在，无处不有，在日常生活中我们常见到哪些形式的能量？ 学生举例：机械能、电能、内能、光能、化学能等 2.幻灯片出示各种能量图片 图14-3-1 认识各种能量：机械能、内能、电能、光能、化学能、核能。 讲授新课 一、能量的转化 【教师导入】 1.按照教材第27页中“想想做做”的操作，观察发生的现象，并说一说发生了那些能量的转化。 （1）来回迅速摩擦双手，手发热：机械能转化为内能。 （2）黑塑料袋盛水，阳光下，温度升高：光能转化为内能。 （3）连着太阳能电池的小电扇对着阳光，转动起来：光能转化为机械能。 （4）钢笔杆在头发或毛衣上摩擦后会吸引小纸片：机械能转化为电能。 【教师点拨】看来各种形式的能，在一定的条件下是可以相互转化的，仔细观察下面的能量相互转化的图示，你能不能找到更多的实例？ （1）介绍其他形式能：我们学习过机械运动有机械能，热运动有内能，实际上自然界存在着许多不同形式的运动，每种运动都有一种对应的能量，如电能、磁能、光能、化学能、原子能等。 (2）不仅机械能和内能可以相互转化，其他形式能也可以和内能相互转化，举例说明。 电炉取暖 电能——内能 煤取暖 化学能——内能 灯丝发光 内能——光能 图14-3-2 2.请同学们分析一下风光互补路灯中涉及哪些能量？这些能量是如何转化的？ 图14-3-3 【教师点拨】 涉及的能量：太阳能(光能)、电能、化学能、风能(机械能) 能量的转化：（1）太阳能电池板可以把太阳能(光能)转化为电能。 （2）风力发电机可以把机械能转化为电能。 （3）给蓄电池充电时把电能转化为化学能。 （4）蓄电池放电时把化学能转化为电能。 （5）灯发光时把电能转化为内能和光能。 3.能量以多种形式存在自然界中，除了我们生活中常见的，还有核能、生物能、潮汐能、地热能等。科学家经过长期探索，发现各种现象变化常常存在着能量的转化。 4.请同学们做一做教材第27页“想想做做”，分析它们的内在联系。能量是可以在不同的形式中转化的。请看教材图14.3-1，不同形式的能量在一定条件下相互转化，讨论后补充一些实例。 图14-3-4 注意：此处不要强调答案统一，只要学生认真思考，合理就行。 【教师点拨】 （1）摩擦生热是机械能转化为内能； （2）发电机是机械能转化为电能； （3）火力发电站可使内能转化为电能； （4）太阳能电池可把光能转化为电能； （5）电动机可将电能转化为机械能； （6）植物体的光合作用可将光能转化为化学能； （7）炽热的铁水可将部分内能转化为光能； （8）蓄电池在充电时可以把电能转化为化学能等。 例题讲解：(学生先练习，如有问题，教师补充讲解) 例1 关于能量及能量之间的转化，下列说法正确的是( ) A.火山具有内能，冰山不具有内能 B.火箭在加速上升时，机械能保持不变 C.拦河大坝使水位升高，增加了水的重力势能 D.坠落的陨石在空中划过一道亮光时，内能转化为机械能 解题思路：本题考查了对能量的理解及能量间转化的判断。解答时记清任何物体都具有内能，机械能的大小可从动能和势能的大小进行判断，而动能或势能的大小可从影响因素方面进行判断。在判断能量转化时，分析哪种能量减少了，哪种能量增加了，则能量由减少的转化为增加的。 解析：内能是物体内所有分子热运动的动能和分子势能的总和，任何物体在任何情况下都具有内能，故A选项错误；火箭在加速上升时，速度增大，高度增大，所以火箭的动能和重力势能都增大，而机械能为动能和势能之和，所以火箭的机械能增加，故B选项错误；物体的重力势能与物体的质量和物体所处的高度有关，在质量一定时，高度越大则物体具有的重力势能就越大，拦河大坝使水的高度增大，水的重力势能就增加，故C选项正确；陨石在空中划过时，要克服空气的摩擦做功，机械能转化为内能，使陨石的内能增加，温度升高，故D选项错误。 答案：C 能量守恒定律 1.实验演示：能量的转移 (1)如图14-3-5所示，左边的小球撞击后静止了，右边的小球向右摆动。当右边的小球撞击后静止时，左边的小球向左摆动。左边的小球在撞击的过程中把自己的机械能转移到右边的小球上。 图14-3-5 (2)分析论证 从实验中可观察到，左右小球摆动起来的幅度基本上是相同的，也意味着左边小球的动能基本上转移到了右边的小球上。一个小球的动能减少了，另一个小球的动能增加了。这说明能量会发生转移。在发生转移时，能量从一个物体转移到另一个物体的过程中，能量的形式是不变的。 2.实验演示：动能与势能的转化 (1)如图14-3-6所示，滚摆在上、下运动的过程中，其动能与势能在不断地转化。 (2)学生分析动能与势能的大小变化及转化。 【教师点拨】　　　　　　　 　 　　　　图14-3-6 滚摆在上升的过程中，高度越来越高，速度越来越小，重力势能增大，动能减小，动能转化为重力势能。到达最高点时，速度为0，重力势能最大，动能为0。 滚摆在下降的过程中，高度越来越小，速度越来越大，重力势能减小，动能增大，重力势能转化为动能。到达最低点时，速度最大，高度最低，动能最大，重力势能最小。 (3)提出问题 如果滚摆的动能全部转化为重力势能，重力势能也全部转化为动能，那么滚摆应该永远运动下去。实际上，滚摆在运动过程中，上升的高度会越来越小，运动的速度会越来越慢，也就是说滚摆的机械能会逐渐减小，那么机械能是不是消失了呢？还是转化成了其他形式的能？如果是转化成了其他形式的能，那么是转化成了什么能呢？ (4)分析论证 在滚摆运动的过程中，上升的高度会越来越小，运动的速度会越来越慢，滚摆的机械能在减小。滚摆在上、下运动的过程中，和空气不停地摩擦，摩擦生热，滚摆的机械能转化成了内能。滚摆的机械能在减小的同时，滚摆会变热(只是温度升高得非常小，我们无法感觉出来)，滚摆的内能在增大，周围空气的内能也在增大。也就是说，有一种能量在减小的同时，就有其他形式的能量在增大。第一个撞击小球的实验中，小球摆动的幅度也会越来越小，到最后会静止，也是同样的道理。小球的机械能在减小的同时，小球的内能和空气的内能都在增大。 3.通过科学家的长期研究，大量的事实表明：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，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其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。 4.列举一些生活中的实例，加深对能量守恒定律的理解 学生回答：（1）当汽车急刹车时，汽车的机械能急剧减小，减小的机械能转化为内能散失到空气中去了；（2）在水平地面上，人要不停地蹬自行车，自行车才会一直运动，人体的化学能转化为自行车的机械能。 例题讲解：(学生先练习，如有问题，教师补充讲解) 例2 电动机通电后，电动机带动其他机器运转，一段时间后，电动机的外壳就会变得烫手，则下列关于能量的转化和守恒的说法正确的是( ) A.电能全部转化为机械能，总的能量守恒 B.电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒 C.电能全部转化为内能，内能守恒 D.电能转化为机械能和内能，机械能守恒 解题思路：根据能量守恒定律，能量既不会消灭也不会创生，它只会从一种形式转化成其他形式或者从一个物体转移到其他物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。电动机的外壳变得烫手，说明有内能产生，也就是说，有一小部分电能转化成了内能。 解析：因为电动机的外壳变得烫手，说明有一部分电能转化成了内能，故A选项错误；电能一部分转化为机械能，另一部分转化为内能，总的能量守恒，故B选项正确；在转化中是电能转化为机械能及小部分的内能，内能不守恒，故C选项错误；因为电能转化为机械能和内能，机械能增加了，但是能量的总量守恒，故D选项错误。 答案：B 三、永动机 【思考】阅读教材第29页第一自然段及“想想议议”，思考回答下列问题： (1)什么叫永动机？ (2)为什么永动机的研制都失败了？ (3)教材图14.3-3所示装置能一直工作下去吗？为什么？ 学生回答，教师订正、补充 (1)不需要动力就能源源不断地对外做功的机器叫永动机。 (2)能量在转化过程中只要有运动，摩擦是不可避免的，就会产生热，这样运动物体的能量就会减少，如果能量得不到补充，运动最终会停止，所以永动机是不可能实现的。 (3)教材图14.3-3所示的“永动机”是这样的：在距地面一定高度上架设一个水槽，槽底有个水管，当水从槽底的水管流出时，冲击水轮机，在水轮机的轴上安装着抽水机和砂轮，水轮机就可以带动抽水机抽水和砂轮磨制工件。这台机器的设计者认为，抽水机把地面水槽里的水抽上去，水就循环不止，机器就可以不停地转动，人们就可以永久地利用砂轮磨制工件了。 【教师点拨】 这种构思不能实现，因为要想使砂轮持续不断地做功，就要消耗能量把流到低处的水抽回到高处。显然，这种“永动机”是违反能量守恒定律的。 课堂小结 1.自然界中不同形式的能量，如内能、机械能、电能、光能、化学能在一定条件下可以相互转化。摩擦生热，是机械能转化为内能；电动机将电能转化为机械能；发电机将机械能转化为电能；植物的光合作用将光能转化为化学能；燃料燃烧将化学能转化为内能。 2.能量守恒定律的内容：能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，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其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 3.永动机不可能制造出来，因为它违背了能量守恒定律。 当堂达标 1.如图14-3-7所示实验或事例，属于内能转化为机械能的是( ) 　　　　　　　　　　 A.由滑梯上滑下，臀部会有灼热感 　　　B.搓手取暖 　　　　　　　　　　　　　 C.钻木取火 D.水蒸气将软木塞冲出 图14-3-7 答案：D 2.我国研制的“神舟九号”在返回地面通过大气层的飞行中，下列说法中不正确的是( ) A.飞船的机械能保持不变 B.飞船的一部分机械能转化为内能 C.飞船的势能越来越小 D.飞船的外表温度会升高 答案：A 3.小王同学分析了四个常见事例中的能量转化，其中正确的是( ) A.在汽油机的做功冲程中，内能转化为机械能 B.电风扇正常工作过程中，电能主要转化为内能 C.电热水器工作过程中，内能转化为电能 D.跳水运动员在空中下落的过程中，动能转化为重力势能 答案：A 4. 如图14-3-8所示的“和谐号”动车进站前的减速过程分两个阶段进行：第一阶段采用“再生刹车”技术，这期间关闭动力，列车依靠惯性前行并带动发电机发电，速度从250 km/h减至90 km/h；第二阶段采用传统的“机械刹车”，速度从90 km/h不断减小直至停下。 “和谐号”动车在进站前减速的整个过程中，发生的能量转化情况主要是( ) 图14-3-8 A.第一阶段：动能转化为电能；第二阶段：动能转化为内能 B.第一阶段：电能转化为动能；第二阶段：动能转化为内能 C.第一阶段：动能转化为电能；第二阶段：内能转化为动能 D.第一阶段：电能转化为动能；第二阶段：内能转化为动能 答案：A 5. 在各种形式能的相互转化过程中，下列说法正确的是( ) A.机械能一定守恒 B.某种形式的能总守恒 C.各种形式能的总量一定守恒 D.内能一定守恒 答案：C 6.有关能量守恒定律，下列说法正确的是( ) A.能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化 B.能量守恒定律只适用于能量转化过程 C.“摩擦生热”是创造了热，它不符合能量守恒定律 D.按照能量守恒定律，宇宙中的能量总和永远不会增减 答案：D 板书设计 第3节 能量的转化和守恒 一、不同形式的能量可发生相互转化 二、能量守恒定律 能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，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其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 三、永动机研制失败的原因 违背了能量守恒定律 教学反思