20.3 能的转化和能量守恒
课题：能的转化和能量守恒
三维教学目标： ( http: / / www.21cnjy.com )
1. 知道能量是可以转移和转化的，知道食物链中的能量转化情况；
2. 知道能量守恒定律，并能运用能量守恒定律分析“永动机”失败的必然性；
3. 了解能在转移、转化过程中的方向性;
4. 通过交流、讨论、设计实验等活动，让学生逐步学会自主学习和合作学习；
5. 通过能的转化和能量守恒的学习，培养学生辩证唯物主义观点。
教学重难点
重点：1. 能量是可以转移和转化的；
2. 能量守恒定律
难点：分析食物链中的能量转化情况
教学方法：讲授、实验和讨论等
教学用具：铁架台、线、等质量的两个铁球，
教学过程
一、复习引入
1. 通过前两节的学习，我们知道了人类利用能源的历史、能源危机和能源的开发利用。下面把有关的内容复习一下。能源利用的三个历史时期是什么？（师生齐答）
2.当今社会我们所利用的煤、石油、天然气等化石燃料已越用越少，而人们对能量的需求越来越大，出现了能源危机。为应对能源危机，我们应采取哪些措施呢？（师生齐答）也有不少科技工作者试图制造“永动机”来解决能源危机。
指导学生阅读图19-17(a)(b)，我们似乎觉得它们能不停地运转，从而对外做功，但是他们都失败了。他们失败的原因是什么？
二、新课教学
1.能的转移与转化
活动1：（1）演示图19-14(b)实验，质量相等的A球和B球，使B球上升，A球下降。
问：它们做什么运动？它们的动能和重力势能各如何变化？
教师引导学生得出：A球的重力势能转移给B球。
（2）指导学生阅读图19-14(a) (c),列举金属勺放在滚开的稀饭中，勺把很烫手的实例。
教师引导学生分析得出：热水的内能转移给冷水，发电站的电能转移给用户。
（3）交流讨论：你还知道哪些能的转移的实例？能否设计一些实验说明能的转移？
教师引导学生讨论得出：机械能、化学能也可以从一个物体转移给另一个物体。
师生总结得出结论：（板书）能量可以从一个物体转移给另一个物体。
练习：说出下列现象中的能的转移情况
1） 风吹草动;
2） 用口对手哈气;
3） 大鱼吃小鱼，小鱼吃虾米。
2.能量的转化
能量不仅可以转移，而且各种形式的能之间还可以相互转化。
活动2：（1）指导学生阅读图19-15(a) (b),它们的能量是如何转化的呢？
教师引导学生得出：电池充电时，电能转化成化学能；电池放电时，化学能转化成电能。
（2）交流、讨论、实验：你还知道哪些能的转化的实例？能否用现有的器具或易得的器材设计一些实验说明能的转化？
教师引导学生实验、交流讨论得出：
机械能转化为电能，如发电机
电能转化为机械能，如电动机
电能转化为内能，如电炉
内能转化为电能，如温差发电
机械能转化为内能，如摩擦生热
内转化为机械能，如内燃机的做功冲程
光能转化为内能，如太阳能热水器
内能转化光能，如白炽灯
光能转化为电能，如太阳能电池
电能转化光能，如电灯
师生总结得出结论：各种形式的能在一定条件下可以相互转化。
练习：
1) 锯木头，锯条发热
2) 气体膨胀做功，温度降低
3) 水轮机带动发电机发电
4) 电动机带动水泵转动
5) 电流通过灯丝使灯丝发光
6) 煤燃烧
7) 光合作用
8) 原子能发电
9) 压缩气体做功
10) 给蓄电池充电
11)木材燃烧
12) 手摇发电机发电使灯泡发光
3. 能量守恒定律
问：图19-16是用电动机提升物体的示意图。电动机在工作时消耗了什么能？是否都转化成了机械能？还转化成哪些形式的能？
启发学生分别回答：消耗了电能，并不都转化为做功的机械能，还转化为内能和声能——物体振动发声的机械能。
问：如果把转化后其他形式的能全部加起来，是否应该跟所消耗的电能相等？
讲授：科学家经过长期的研究发现，其他各种形式的能之和与所消耗的电能相等。在其他形式能的相互转化中，消耗的能量和得到的各种能量之和相等。
师生总结得出结论：能量既不可会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体。能量在转化和转移过程中，能的总量保持不变。这就是能量守恒定律。
讲授：在学习力学知识时，学习了机械能守恒定律。机械能守恒定律是有条件限制的定律，而且实际现象中是不可能实现的。而能量守恒定律是自然界最普遍、最根本的定律之一，没有条件的限制。一切物体，大到宇宙天体、小到原子世界，从非生物到生物，都服从这一规律。
活动3：指导学生阅读图19-18食物链示意图，分析其中的能量转化情况，并与周围同学交流讨论。
太阳能 大树的化学能 昆虫体内的化学能 鸟体内的化学能 细菌分解后的养分进入土壤
4.能在转移和转化过程中的方向性
讲授：在图19-14（a）中，试管中的凉水变热时，烧杯中的热水变冷，在这种内能的转移过程中，内能总是自动地从高温物体向低温物体转移。
提问：反过来，内能是否也可以从低温物体转移给高温物体呢？请同学们讨论，如果可以的话，请举例说明。
启发学生回答：电冰箱、空调制冷都是从低温的内部吸热，向外面放热，内能从低温物体转移给高温物体。
提问：这种转移是自动进行的，还是必须要有附加的条件？
教师引导学生回答：必须消耗电能，它们的电动机（压缩机）对工作物质做功。
问题：用煤、天然气烧开水时，能量如何转化？（学生答：煤、天然气的化学能转化为水的内能）当水渐渐凉下来时，能否将其减少的内能复原为煤、天然气的化学能呢？
问题：行驶中的汽车克服摩擦做功，能量如何转化？（学生答：机械能转化为地面和车轮的内能）地面和车轮的内能能否推动汽车行进呢？
讲授：上述问题的答案是否定的。这样的例子有很多，你还能举出一些类似的事例吗？
学生举例，师生评价。
师生总结得出结论：能的转化和转移过程具有方向性。
三、巩固练习
1. 小结：能的转移和能的转化及其方向性，能量守恒定律。
2. 讨论：“永动机”失败的原因什么？
四、布置作业
1. 课本P79第1、2题
2. 《基础训练》第1-6题20.3 能的转化和能量守恒
教学目标
1．知识与技能
●知道各种形式的能是可以相互转化的．
●知道在转化的过程中，能量的总量是保持不变的．
●列举出日常生活中能量守恒的实例．
●有用能量守恒的观点分析物理现象的意识．
2．过程与方法
●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．
●通过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，或者从一个物体转移到另一个物体．
3．情感态度与价值观
●通过学生自己做小实验，激发学生的学习兴趣，对物理规律有一个感性的认识．
●通过学生讨论锻炼学生分析问题的能力．
教学重点与难点
重点：能的转化和守恒定律，强调能的转化和守恒定律是自然科学中最基本定律．
难点：运用能的转化和守恒原理计算一些物理习题；运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的．
教学课时：1时
教学过程：
引入新课
我们知道物体的动能和热能，是由物体的机械能 ( http: / / www.21cnjy.com )运动情况决定的能量，内能跟物体内部分子的热运动和分子间的相互作用情况有关。物体内部分子的热运动，物体的机械运动都是物质运动的形式，由于运动形式不同，与之相联系的能量也不相同。
进行新课
(1)自然界存在着多种形式 ( http: / / www.21cnjy.com )的能量。尽管各种能量我们还没有系统地学习，但在日常生活中我们也有所了解，如跟电现象相联系的电能，跟光现象有关的光能，跟原子核的变化有关的核能，跟化学反应有关的化学能等。
(2)在一定条件下，各种形式的能量可以 ( http: / / www.21cnjy.com )相互转化和转移（列举学生所熟悉的事例，说明各种形式的能的转化和转移）。在热传递过程中，高温物体的内能转移到低温物体。运动的甲钢球碰击静止的乙钢球，甲球的机械能转移到乙球。在这种转移的过程中能量形式没有变。
在自然界中能量的转化也是普遍存在的 ( http: / / www.21cnjy.com )。小朋友滑滑梯，由于摩擦而使机械能转化为内能；在气体膨胀做功的现象中，内能转化为机械能；在水力发电中，水的机械能转化为电能；在火力发电厂，燃料燃烧释放的化学能，转化成电能；在核电站，核能转化为电能；电流通过电热器时，电能转化为内能；电流通过电动机，电能转化为机械能。有关能量转化的事例同学们一定能举出许多，课本图2-17中画出了一些农常用的生活、生产设备。请同学分析在使用图中设备时能量的转化。
(3)在能量转化和转移的过程中，能 ( http: / / www.21cnjy.com )的总量保持不变。大量事实证明，在普遍存在的能量的转化和转移过程中，消耗多少某种形式的能量，就得到多少其他形式的能量。如在热传递过程中，高温物体放出多少热量（减少多少内能），低温物体就吸收多少热量（增加多少内能）；克服摩擦力做了多少功，就有多少机械能转化为能量，但能量的总量不变。就是说某物体损失的能量等于几个物体得到几个物体得到的能量的总和。例如，把烧热的金属块，投到冷水中，冷水，盛水的容器以及周围的空气等，都要吸收热量，它们所吸收的热量总和跟金属块放出的热量相等。再如水电站里，水从高处流下，损失了机械能，一方面由于推动发电机转动而转化为电能，一方面水跟水轮机、管道摩擦而转化为内能。那么水的机械能的损失等于产生的电能和内能的总和。
以上规律是人类经过长期的实践探索，直到19世纪，才确立了这个自然界最普遍的定律棗能量的转化守恒定律。通常把它表述为：
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一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总保持不变。
小结
能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。
(1)能量守恒定律普遍适用。在形形色色的自然 ( http: / / www.21cnjy.com )现象中，只要有能量的转化，就一定服从能量守恒规律。从物理的、化学的现象到地质的、生物的现象，大到宇宙天体的演变，小到原子核内部粒子的运动，都服从能量守恒的规律。
(2)能量守恒定律反映了自 ( http: / / www.21cnjy.com )然现象的普遍联系。自然界的各种现象都不是孤立的，而是相互联系的。电灯发光跟电流有联系，电能转化为光能反映了这种联系。植物生长更不是孤立的，要靠阳光进行光合作用才能生长，光能转化为化学能反映了这种联系。
(3)能量守恒定律是人类 ( http: / / www.21cnjy.com )认识自然的重要依据。人类认识自然，就要根据种种自然现象，总结规律，能量守恒定律就是人类总结出的规律之一，而且人类认识的其他规律也必定符合能量守恒定律。1933年意大利科学家费米，在研究β衰变的过程中发现，能量不守恒。于是他根据能量守恒定律大胆预言了还有一种未发现的粒子，这就是现在已被科学界公认的中微子。这一事例说明了能明守恒定律，已成为人类认识自然的重要依据。
(4)能量守恒定律是人类利用自然的重要 ( http: / / www.21cnjy.com )武器。纵观人类科学技术进步的历史，也是一部认识能量、利用能量、实现能量转化的历史。从原始人钻木取火，到水能利用；从蒸汽机发明，到电能的利用；从太阳能，到核能的利用。人类总是在认识、利用能源，逐步实现能量的转化。
作业布置:
