第3节 能量的转化和守恒
一、教学目标
1．在物理知识方面的要求：
（1）理解能的转化和守恒定律，能列举出能的转化和守恒定律的实例；
（2）理解“永动机”不能实现的原理。
2．让学生初步学会运用能的转化和守恒定律计算一些简单的内能和机械能相互转化的问题。
3．能的转化和守恒定律是自然科学的基本定律之一，应用能的转化和守恒的观点来分析物理现象、解决物理问题是很重要的物理思维方法。
二、重点、难点分析
1．重点内容是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。
学习运用能的转化和守恒原理计算一些物理习题。
2．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，对学生来说是有难度的。
三、教具
四、主要教学过程
（一）引入新课
我们知道刀具在砂轮上磨削时，刀具发热是因为通过摩擦力做功，机械能转化为内能。在暖气片上放有一瓶冷水，过一段时间后水变热，这是通过热量传递使这瓶水内能增加。这些实例中，物体的内能为什么增加了？是凭空产生的还是由其他形式能转化来的？能的转化过程中数量之间有什么关系？这是今天要学习的内容。
（二）教学过程设计
1．机械能与内能转化过程中能量守恒
（1）运动的汽车紧急刹车，汽车最终停下来。这过程中汽车的动能（机械能）转化为轮胎和路面的内能（假定这过程没有与周围物体有热交换，即不散热也不吸热）。摩擦力做了多少功，内能就增加多少。公式W=ΔE表示了做功与内能变化的关系，这公式也反映出做功过程中，机械能的损失数量恰好等于物体内能增加的数量。
（2）把一铁块放入盛有水的烧杯中，用酒精灯加热烧杯内水，直至水沸腾。在这一过程中，铁块从周围水中吸收了热量使它温度升高，内能增加。这过程中水的一部分内能通过热量传递使铁块内能增加。铁块吸收多少热量，它内能就增加多少。公式Q=ΔE表示吸收的热量与内能变化量的关系，也反映出铁块增加的内能数量与水转移给铁块的内能数量相等。
一般情况下，如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程，那么，外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q，等于物体内能的增加ΔE，即W+Q=ΔE
上式所表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系，同时它也反映了一个物体的内能增加量等于物体的机械能减少量和另外物体内能减少量（内能转移量）之和。进而说明，内能和机械能转化过程中能量是守恒的。
2．其他形式的能也可以和内能相互转化
（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：（同时放映幻灯片）
① 电炉取暖：电能→内能
② 煤燃烧：化学能→内能
③ 炽热灯灯丝发光：内能→光能
（3）其他形式的能彼此之间都可以相互转化。画出图表让学生回答分析：
3．能的转化和守恒定律
大量事实证明：各种形式的能都可以相互转化，并且在转化过程中守恒。
“能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体。”这就是能的转化和守恒定律。
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。而能的转化和守恒定律是存在于普遍自然现象中的自然规律。这规律对物理学各个领域的研究，如力学、电学、热学、光学等都有指导意义。它也对化学、生物学等自然科学的研究都有指导作用。
4．永动机不可能制成
历史上不少人希望设计一种机器，这种机器不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。虽然很多人，进行了很多尝试和各种努力，但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了能的转化和守恒定律，任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量，不消耗能量就无法对外做功，因而永动机是永远不可能制造成功的。
课件26张PPT。能量的转化和守恒 我们知道能量的形式：
机械能、内能、电能、光能、太阳能、化学能、生物能、原子能等．化学能1、燃料的燃烧是一种化学变化，燃烧时产生
的光和热就来源于燃料储存的化学能。2、食物也具有化学能，人们的生活、工作所消
耗的能量就来源于食物里储存的化学能核能电能转化为机械能机械能转化为电能化学能转化为电能水果电池光能转化为化学能化学能转化为内能机械能转化为电能煤气灶做饭太阳能转化为电能电能转化为内能摩擦生热机械能转化为内能电动机电能转化为机械能光能转化为内能内燃机车太阳能热水器内能转化机械能光能转化为电能再转化为机械能机械能转化为光能和内能电能转化为光能和内能电解池电能转化为化学能灯泡发光热机做功冲程 化学能转化为内能再转化为机械能化学能转化为光能和内能钻木取火机械能转化为内能火力发电厂发电内能转化为机械能再转化为电能各种形式的能可以相互转化想想议议：1、电风扇工作时，消耗的电能与电动机获得的机械能相等吗？2、掉在地上的弹性小球为什么越跳越低? 能量既不会 ，也不会 ，它只会从一种形式
为其他形式，或者从一个物体
到另一个物体。在转化和转移的过程中，能量的总量 。凭空消灭凭空产生转化转移保持不变总结：“消耗能量”“利用能量”“获得能量”的实质是：能量相互转化或转移的过程。能量守恒定律： 能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。我国有句俗语：“既要马儿跑，又要马儿不吃草。”你认为这可能吗？为什么？永动机的设计图这两个“永动机”能旋转不息吗？ 能量既不会______________，也不会___________，它只会从一种形式__________其他形式，或者从一个物体_______到另一个物体，而在____________的过程中，能量的总量保持_______。凭空消失凭空产生转化为转移转化和转移不变 2、能量守恒定律:本节小结1、各种形式的能可以相互转化 分析各现象中 能的转化或转移
气体膨胀做功，温度降低
水轮机带动发电机发电
电动机带动水泵转动
电流通过灯丝使灯丝发光
煤炭燃烧
光合作用
压缩气体做功
木材燃烧
手摇发电机发电使灯泡发光 （内能转化为机械能）
（机械能转化为电能）
（电能转化为机械能）
（电能转化为内能光能）
（化学能转化为内能）
（光能转化为化学能）
（机械能转化为内能）
（化学能转化为内能）
（机械能转化为电能再转化为内能光能）练一练练习一1、冰块沿地面滑动，往往会逐渐融化，在这一过程中是 能转化为 能。2、原子弹、氢弹爆炸时释放的能量来源于 。3、白天，太阳能热水器中的水的温度升高，水的内能 （填”减少“”不变“或”增加“），这是通过 的方法改变了它的内能。 机械内原子核反应增加热传递练习二1、在各种形式的能量的相互转化的过程中，下列说法中正确的是 （ ）
A、机械能一定守恒
B、各种形式的能量都守恒
C、各种形式的能的总量一定守恒
D、只有机械能转化为内能2、植物进行光合作用的过程，是 （ ）
A、光能转化为化学能 B、内能转化为化学能
C、化学能转化为光能 D、光能转化为内能CA练习三：1、自然界中，各种形式的能量都可在一定条件下 ，且在这一过程中，一定遵循 。 相互转化能量守恒定律2、下列做法属于能量转化的（ ） A、人烤火取暖
B、划火柴点火
C、用热水袋取暖
D、用煤气炉给一壶水加热 B3、自由运动的滚摆，每次上升的高度逐渐减小，下列说法正确的是 （ ） A、机械能守恒
B、能量正在消失
C、只存在动能和重力势能的相互转化
D、减少的那部分机械能转化为内能，但总的能量守恒 D4、小刚同学想运用已学知识在家门口建立一个喷泉，并用抽水机把喷出的水送回到喷水用的贮水容器。为此他想为抽水机设计一个机械装置来带动，要求一开始用手摇动使机械转动起来，以后就靠机械自己通过内部简单机械相互传动，使其永远转动下去；抽水机就永远工作，喷泉也不停出水。你认为小刚同学设想的机械能实现吗？（“能”或“不能”），为什么？ 第3节 能量的转化和守恒
［例1］ 一个物体从粗糙斜面上滑下来，如图所示，则物体（ ）
A．机械能和内能都增大 B．机械能减小，内能增大
C．物体的机械能和内能总和不变 D．机械能和内能都不变
［例2］以下几种现象中不属于能的转化的是（ ）
A．飞驰的流星拖着一条尾巴 B．给电炉丝通电，电炉丝变红了
C．烧水时壶盖被顶起 D．放在炉子里的铁钉被烧红
［例3］在密闭的房间里有一个开着门的电冰箱，给电冰箱通电，过一段时间，房间的温度将（ ）
A．升高 B．降低 C．不变 D．无法确定
［例4］ 《深圳商报》2004年3月11日报道：近日一种新型太阳能公共卫生间落户北京东郊民巷。该卫生间的能源全部由位于顶部的太阳能电池板提供，它还能将多余的能量储存在蓄电池里。这种能量转化和储存的方式是（ ）
A、太阳能转化为内能，再转化为电能 B、太阳能转化为电能，再转化为化学能
C、太阳能转化为内能，再转化为化学能 D、太阳能转化为电能，再转化为光能
［基础精练］
1、 既不会消失，也不会 它只会从一种形式转化为 或者从一个物体转移到 而能的 保持不变。
2、在国际单位制中，焦耳是 、 和 的单位。
3、冰块沿地面滑动时，往往会逐渐熔化，在这一过程中是 能转化为 能；把铁丝多次弯折，弯折处会发热，是把 能转化成 能。
4、指出下列现象中能量的转化的形式。
①电动机带动水泵抽水是 。
②汽车突然紧急刹车停住是 。
③用毛巾反复擦背，感觉后背热了是 。
④利用木柴烧水的过程是 。
⑤钻木取火 。
⑥点燃爆竹，爆竹腾空而起 。
⑦植物发生光合作用 。
⑧发电机发电 。
5、一辆汽车在关闭油门后继续在水平方向上向前移动，从能的转化来看，它是：（ ）
A．动能不变 B．机械能不变 C．动能转化为势能 D．动能转化为内能
6、在以下过程中，内能转化为机械能的是：（ ）
A.冰块在地面是滑动时熔化 B.砂轮磨刀
C．水开了会顶动壶盖 D．火柴摩擦后燃烧
7、自由运动的滚摆，每次上升的高度逐渐减小，下列说法正确的是：（ ）
A．机械能守恒
B．能量正在消失
C．只存在动能和重力势能相互转化
D．减少的那部分机械能转化为内能，但总的能量守恒
8、下面例子中，机械能转化为内能的是（ ）
A．冬天在太阳光的照射下，人感到暖烘烘
B．用酒精灯给水加热
C．冬天里喝一杯热水，马上感到暖和
D．寒冷的冬天同学们闹着玩，一会儿就不感到冷了
9、以下说法中正确的是 （ ）
A．木柴燃烧时总能量在减小 B．摩擦生热总能在增加
C．铁水温度降低时总能量减少 D．能量转化过程中总量保持不变
［能力拓展］
10、冬天，我们觉得手冷时，习惯做两种动作：一是用嘴对着手心哈气；一是两手互相搓一搓。这两种方法都可以使手产生暖和的效果，试解释其原因。
11、在课堂上讨论“掉在地上的弹性小球为什么越弹越低”这一问题时，有三位同学发表了不同的看法。
小强说：“这是因为小球每次落回地面时，地面都会把一部分能量传给小球，只不过每一次给的能量在不断减少，所以就越跳越低。”
小雅说:“这是由于小球每次都丢失了一部分能量，所以越跳越低。”
小敏说：“都不对，只不过它本身的能量化成了空气、地表及它自身的其他形式的能量，致使它的动能越来越小，所以越跳越低。”
请你分析一下，哪位同学的说法是正确的？并说明原因。
［探究创新］
12、从能量的高度谈谈为什么我们人体摄入的能量（热量）过多、过少都有损于健康？对于正在成长的初中生，每天应摄入多少热量？如何科学地安排一天的饮食。请查找资料，写篇科学报告。
13、有一种新型的隔音墙，墙体夹层内填有轻小的颗粒型塑料球，当声音由墙体传入时可以引起小球的振动，这种墙是怎样起到隔音效果的呢？例题答案：
解答：B
剖析 物体沿粗糙斜面滑下来，由于克服摩擦做功，物体的一部分机械能要转化为物体和斜面的内能，所以物体的机械能减小，内能增加，根据能量守恒定律，物体本身的能量（机械能和内能）减小了，因为粗糙斜面的内能在增加，因此B正确。
解答：D
剖析 飞驰的流星具有机械能，它进入了大气层后与大气产生摩擦，克服摩擦做功使机械能转化为内能、光能，给电炉通电，电炉丝发热而变红，电能转化为内能，烧水时壶盖被顶起来是水蒸气膨胀烧红是炉子的内能转移给铁钉，使铁钉内能增加而变红，是能的转移。选项D正确。
解答：A
剖析 生活经验告诉我们，冰箱内的温度低得多，有人会认为打开冰箱门，由于冰箱与外界发生热传递，内能发生转移，房间温度降低，这种看法是片面的，只考虑了冰箱内部与外界的热传递，实际上，电冰箱工作时，电冰箱内部制冷，在电冰箱的外部的散热，把内能转移出来，这样看来开着门的电冰箱一面把内能转移出来，另一方面把外界的内能又转移进去，哪一边转移得多似乎难以判断，其实只要根据能量守恒定律，电冰箱工作时是电流做功的过程，消耗电能，自然引起电流的热效应，而获得内能。因此外界的温度将升高。选项A正确。
剖析 太阳能电池板在白天把太阳能转化为电能，提供照明和其他功效，多余的电能又转化为化学能储存起来，以备晚上或阴天使用。
解答：B
五、能量的转化和守恒
1、能量 创生 另一种形式 另一个物体 总量；2、能 功 热量；3、机械 内 机械 内；4、（1）电能转化为机械能 （2）机械能转化为内能 （3）机械能转化为内能 （4）化学能转化为内能 （5）机械能转化为内能 （6）化学能转化为内能，然后转化为机械能 （7）光能转化为化学能 （8）机械能转化为电能；5、D； 6、C； 7、D；8、D； 9、D；10、提示：改变物体内能有两种方法：一是做功，二是热传递。一个是能量的转化，一个是能量的转移；11、小敏说的正确 。她的说法符合能量守恒定律；12、略；13、声音传到隔音墙时，引起小球的振动，由于克服摩擦阻力做功，小球的机械能逐渐减少，转化为隔音墙的内能，使小球的振动频率和幅度越来越小，声音越来越小，从而起到隔音的效果。
课题 §14-3《能量的转化和守恒》导学案
【学习目标】
1、知道各种形式的能是可以相互转化的。
2、知道各种能在转化的过程中，能量的总量是保持不变的。
3、能列举出日常生活中能量守恒的实例。
【课前预习案】
使用说明&学法指导：1先通读教材，勾画出本节内容的基本知识点：各种形式的能量是可以相互转化的，能量守恒定律。再完成教材助读设置的问题，依据发现的问题，然后再读教材或查阅资料，解决问题。2.预习案完成时间15分钟。
Ⅰ.知识准备
1、机械能守恒：如果只有动能和势能的转化，机械能的总量保持不变。
2、内燃机的一个工作循环包括吸气、压缩、做功、排气四个冲程，其中压缩冲程活塞向上运动，压缩缸体内气体，机械能转化为内能，做功冲程，燃烧产生的高位高压气体推动活塞向下运动，内能转化为机械能。
3、对物体做功，物体的内能增加，从能量转化的角度上我们说，机械能转化为了物体的内能；物体对外做功，内能减少，物体的内能转化为机械能。一定条件下，内能可以与机械能之间互相转化。
Ⅱ.教材助读
1、能量的转化和转移
①、自然界中的各种现象都是互相联系的，可以从能量的角度反映这种联系。做p27页想想做做，观察实验所发生的现象，发生了哪些能量转化？ 实验1 现象_______________________能转化为_________________ 实验2 现象_______________________能转化为_________________ 实验3 现象_______________________能转化为_________________ 实验4 现象_______________________能转化为_________________ ②通过想想做做,我们发现在一定条件下,各种形式的能都可以相互转化： 摩擦生热，_______能转化为_____能；
水电站里水轮机带动发电机发电，_____能转化为____能；
电动机带动水泵把水送到高处，___能转化为____能；
植物吸收太阳光进行光合作用，____能转化为___能；
燃料燃烧时发热，_____能转化为____能。
③读p27页图14.3-1，按要求试着补充三个能量转化的实例。
④下列现象中，只发生能量的转移而不发生能量的转化的过程是：（理解能量转化和转移的意义）
A、子弹从枪膛射出 B、用火焰烧开水时，水温升高
C、电灯发光 D、冬天用手摸户外的东西感到冷
2、能量守恒定律
⑤能量既不会凭空________，也不会凭空________，它只会从一种形式________为其他形式，或者从一个物体________到其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量__________________。这就是能量守恒定律。
【课堂探究案】
Ⅰ合作探究
探究一：能量的转化和转移
1、如图，不同形式的能量可以在一定条件下相互转化，图中给出了两个实例：电能转化为光能，如电灯；电能转化为内能，如加热器。合作讨论，尽可能多的补充图中缺少的实例。
探究二：能量守恒定律
1、停止用力，秋千会越摆越低；掉在地上的弹性小球会跳起，但是越跳越低。就这些现象展开讨论：
①讨论秋千和小球在运动中的能量转化。
②为什么它们的高度会逐渐降低？是否丢失了能量？减少的机械能到哪里去了？
③用自己的话总结能量转化和转移当中的规律。
2、如图，是一种设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动用来对外做功，同时带动抽水器将水抽到高处，从而循环工作。请你从能量守恒的角度说一说它能不能一直工作下去？
【我的收获】反思静悟，体验成功
【当堂检测】
1、下列现象中，有能量的转化的是 ( )
A．用酒精灯加热烧杯里的水 B．冬天用热水袋取暖
C．用打气筒打气，筒壁会发热 D．冬天用手摸户外的东西感到凉
2、下面事例中，属于内能转化为机械能的是 ( )
A．用锤子敲打钉子时，钉子发热 B．古代人们的钻木取火
C．水沸腾时，水蒸气将壶盖顶起 D．用通电的电炉加热水．水温升高
3、一物体在沿粗糙的斜面匀速下滑的过程中 ( )
A．物体的动能转化为重力势能 B．物体的重力势能转化为动能
C．物体的机械能保持不变 D．物体的机械能转化为内能
4．火电厂进的是“煤”，出的是“电”，在这个过程中能量的转化是（ ）
A．机械能→内能→化学→能电能 B．化学能→内能→机械能→电能
C．化学能→重力势能→动能→电能 D．内能→化学能→机械能→电能
5．在一定的条件下，各种形式的能量是可以互相转化的．在它们互相转化的过程中，下面说法正确的是（ ）
A．机械能一定守恒 B．各种形式的能都守恒
C．各种形式的能量的总和一定守恒 D．内能一定守恒
【课外拓展】
你知道吗，能量也会贬值！
我们知道，运动是多种多样的，就其运动形态而论，运动可分为有序运动和无序运动，与此相似，能量也可分为有序能和无序能．一切宏观整体运动的能量和大量电子定向运动的电能都是有序能；而物质内部分子杂乱无章的热运动所具有的能量是无序能．根据能量转化和转移的方向性，有序能可以完全地、无条件地转换为无序能，但有序能不能自动地全部转化为有序能，无序能不能全部被利用，总有一部分要转移到环境中去，无序能转换为有序能是有条件的、不完全的．因此能量的转换特性，导致了能量不仅有“量”的多少，还有“质”的高低．自发进行的能量转换过程是有方向性的，因此可以说有序能比无序能更有价值，具有更高的品质．有一种普遍的自然现象“摩擦生热．由于摩擦过程中机械能转换为内能，即有序能转换为无序能．能量的转化从量级上看没有变化，但从品质上看却降低了，即它的使用价值变小了，能量使用价值的降低称为能量贬值．摩擦使高品质能量贬值为低品质能量．能量贬值是自然界的普遍现象．例如，汽车制动时，由于摩擦，动能转变成地面、空气的内能，这些能量能够自动地用来再次开动汽车吗？显然不能．这些能量虽然没有消失，但是我们却不能利用它我们是在能量的转化或转移的过程中利用能量的，但能量的转化或转移，都是有方向性的．因此，不是什么能量都可以利用．
