第10节能量守恒定律与能源
本节教材分析
（1）三维目标
（一）知识与技能
1.了解什么是常规能源，什么是新型能源.
2.知道能量转化和转移的方向性以及第二类永动机不可能实现.
3.通过能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性.
4.了解能源与人类生存和社会发展的关系，使学生认识能源的合理利用与环境保护对可持续发展的重要意义
（二）过程与方法
1.通过指导学生分析事例，培养学生分析问题和理论联系实际的能力.
2.通过指导学生阅读教材，培养学生的自学能力.
（三）情感、态度与价值观
1.了解大量的能源消耗带来的全球性环境问题,树立环保意识.
2.感知我们周围能源的耗散，树立节能意识.
（2）教学重点
能量守恒定律的内容.
（3）教学难点
理解能量守恒定律的确切含义，知道既然能量守恒为什么还要节约能源.
（4）教学建议
本节从能量守恒定律入手，从机械能守恒定律向普遍的能量守恒定律拓展，阐述了能量守恒定律推出的艰辛历程，建议本节采取开放式的教学形式，让学生通过预习查找资料，谈谈自己对能量的认识.特别应该对教材中“思考与讨论”栏目中所说的“既然能量是守恒的，不可消灭，为什么我们还要节约能源？”的话题进行讨论.在讨论中逐渐使学生认识到，能量从更深的层次上反映了物质运动和相互作用的本质
导入一:
2003年12月8日国内某媒体报道了下面的这则消息：这个冬天，对于湖南长沙市的150多万市民来说，将格外漫长，因为从今年11月30日起，可能一直要持续到明年三月份，这里的市民，将分区分片“享受”每连续供电三天后，停电24小时的“待遇”.《某某晚报》11月27日的报道中，已经赫然出现了商店秉烛营业的景观. 仅仅是电力吗？似乎没有这么简单，入秋之后，柴油的紧张状况，从珠江三角洲到长江三角洲，从福建到浙江，已经形成了一种新的“流行病”，即使在北京地区，限量供应的情况也再次出现，就差没有“凭票供应”了.
同学们思考，为什么会出现能源危机？如何应对？
导入二：
新华社2000年12月31日和中央电视台2001年元月6日先后报道：在20世纪的最后几分钟里，一项新的多米诺骨牌吉尼斯世界纪录，在北京颐和园体育健康城综合馆和网球馆诞生.中国、日本和韩国的62名青年学生成功推倒340多万张骨牌，一举打破了此前由荷兰人保持的297万张的世界纪录.这就是“多米诺骨牌效应”，该效应产生的能量是十分巨大的.大不列颠哥伦比亚大学物理学家A.怀特海德曾经制作了一组骨牌，共13张，第1张最小，长9.53 mm，宽4.76 mm，厚1.19 mm，还不如小手指甲大.以后每张体积扩大1.5倍，这个数据是按照一张骨牌倒下的时候能推倒一张1.5倍体积的骨牌而选定的.最大的第13张长61 mm，宽30. 5 mm，厚7.6 mm，把这套骨牌按适当间距排好，轻轻推倒第1张，必然会波及到第13张，第13张骨牌倒下时释放的能量比第1张牌倒下时整整要扩大20多亿倍.而按同样比例制作的第32张骨牌倒下时释放的能量将高达1.24×1015J，又扩大了20多亿倍.不过，A.怀特海德毕竟未能制作第32张骨牌，因为它将高达415 m，两倍于纽约帝国大厦.如果真有人制作了这样一套骨牌，那摩天大厦就会在一指之力下被轰然推倒!
这种巨大的能量从何而来？能量之间又是如何转化的？
十、能量守恒定律与能源
【要点导学】
1、能量守恒定律的内容是：
___________________________________。
能量有多种形式，与机械运动对应的能叫做机械能，与化学反应对应的能叫做化学能，与电荷运动对应的能叫做电能，与热运动对应的能叫做内能，……，此外还有生物能、磁能、核能等。当只有重力做功时，物体的重力势能与动能发生转化，减少（增加）的重力势能转化为增加（减少）的动能，物体的机械能是守恒的，可见机械能守恒定律仅仅是能量守恒定律在机械运动中的特殊体现。涉及机械能与内能发生转化时，物体的机械能不再守恒，减少（增加）的机械能将转化为增加（减少）的内能，这时尽管机械能不再守恒，但包括___________在内的总能量还是守恒的。永动机之所以不能实现，其原因是因为它_____________________。
2、能量的耗散是指__________________________________，能量耗散并不违背_________，但反映出自然界中宏观过程具有_________，能源利用受它的制约，所以能源利用是有________，也是有___________。
【范例精析】
例1 在某密闭隔热的房间内有一电冰箱，现接通电源使电冰箱开始工作，并打开电冰箱的门，则过段时间后室内的温度将( )
A、降低 B、不变 C、升高 D、无法判断
解析 电冰箱制冷过程中，使冰箱内放出热量Q放，温度降低，同时使其外部空气吸收热量Q吸，温度升高，此过程不可能自发发生，必须借助压缩机的工作来完成，由于压缩机中的线圈有电阻，电流流过电阻要发热，此部分焦耳热将使室内温度上升，即从整体来看冰箱相当于一个发热电阻在使用。故正确答案是C。
拓展 如图为化学中电解食盐（NaCl）水的示意图，a、b为两根导体电极，从能量角度看，电解的过程是将电能转化为化学能的过程，由于食盐水有一定的电阻，所以有一部分电能将转化为焦耳热。设电源电压为U，a、b间食盐水的等效电阻为R，电流表的示数为I，不计电极的电阻，下列说法正确的是( )
A、电流表的示数等于U/R
B、电源的电压等于IR
C、单位时间产生的焦耳热等于I2R
D、单位时间产生的化学能等于IU-I2R
答案：BC[提示：电解过程中在把电能转化为化学能的同时，电解液电阻上也要产生焦耳热，作为电解来讲，此部分能量是浪费了]
例2 瀑布从20cm高处以Q=103m3/s的流量竖直落下，流进底部的水轮机后再以2m/s的速度流出，水轮机再带动发电机发电。如果水的机械能转化为电能的效率是80%，那么发电机发出的电功率有多大？（瀑布在山顶的速度可忽略不计，g取10m/s2）
解析 由能流图对能量的转化做出分析可得，
瀑布竖直下落后减少的机械能为mgh－mv2/2
转化为电能的为P=E/t=(mgh－mv2/2)×0.8/t=ρ水Q（gh－v2/2）×0.8
=103×103(10×20－22/2)×0.8W=1.58×108W=1.58×105kW
拓展 某地强风速为v=14m/s，设空气密度为ρ=1.3kg/m3，通过横截面积为S=400m2的风全部使风力发电机转动，其动能有20%转化为电能，则发电的功率为多少瓦？（取2位有效数字）(答案： 1.4 ×105)[提示：t秒内到风叶处的空气包含在以S为底面积，长为L=vt的柱体中]
【能力训练】
1、指出下列物理现象中能量转化的情况：
(1)燃料在气缸内燃烧，气缸内气体推动活塞运动，是_______能转化为_________能。
(2)给盛水的容器内的电阻丝通电，水温升高，是_________能转化为_________能。
(3)汽车紧急制动后在地面上滑行直到静止的过程，是_________能转化为_________能。
(4)跳伞运动员打开降落伞后，匀速下降阶段是_________能转化为_________能。
(1)内，机械；(2)电，内；(3)机械，内；(4)机械，内
2、若无大气吸收，在垂直照射时地球上每平方米面积的太阳光入射功率为P0=1.8kw，已知太阳到地球的距离为r=1.5×1011m，试计算太阳一秒钟总共放出多少能量？（保留一位有效数字）
5×1026J
3、瀑布从10m高处落下，如果下落中减少的机械能有50％转化为水的内能，水的温度升高多大?水的比热容是4.2×103J/(kg×0C)
0.012℃
4、如图所示，容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定．A、B的底部由带有阀门S的管道相连，整个装置与外界绝热．原先A中水面比B中的高h，打开阀门使A中水逐渐流向B中最后达到平衡。设A和B的横截面分别为SA和SB，水的密度为ρ。求：①大气压力对水做的功；②水的内能变化量。（忽略活塞和容器内能的变化）
5、电动机是把电能转化为机械能的装置，某一用直流电动机提升重物的装置，如图所示，重物的重力等于500N，电源的电压恒定为110V，不计摩擦．当电动机以v=1.0m/s的恒定速度向上提升重物时，电流表的读数为5A：问：
(1)把电动机的输出功率与输入功率的比值称为电动机的效率，计算此电动机的效率；
(2)电动机的绕线电阻为多大？
(1)90.0%；(2)2Ω
10 能量守恒定律与能源
整体设计
本节从能量守恒定律入手，从机械能守恒定律向普遍的能量守恒定律拓展，阐述了能量守恒定律推出的艰辛历程，让学生感受物理规律得出的历程，使学生体会科学家不畏艰辛的探索精神.并且指出能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果,展示了科学的和谐美.教材第二部分，能源和能量耗散，从生活实际出发，让学生了解自然界中热传导过程和能量转化、转移是有一定方向的，让学生了解能源对人类文明的意义和由能源带来的环境问题，引入可持续发展的概念.让学生认识节约能源，开发新能源与可持续发展的关系，可以让学生通过查阅相关材料，提出自己的见解.思考怎样探索和使用未来的理想能源,使学生体会物理学与技术发展的互动关系.
建议本节采取开放式的教学形式，让学生通过预习查找资料，谈谈自己对能量的认识.特别应该对教材中“思考与讨论”栏目中所说的“既然能量是守恒的，不可消灭，为什么我们还要节约能源？”的话题进行讨论.在讨论中逐渐使学生认识到，能量从更深的层次上反映了物质运动和相互作用的本质.能量守恒定律是人们认识自然的重要工具.能源关系到人们的衣食住行，关系到国家的兴旺发达,能源的开发和利用，是关系人类生存和发展的一个重大的社会问题.这一节教学目标的落脚点应放在使学生树立科学的世界观、形成可持续发展的意识上.本节课为物理规律与实际生活的结合课程，重点为物理规律与实际问题的辩证关系，课堂教学要大量引用其他相关学科的知识，比如地理、历史等.
教学重点
能量守恒定律的内容.
教学难点
理解能量守恒定律的确切含义，知道既然能量守恒为什么还要节约能源.
课时安排
1课时
三维目标
知识与技能
1.了解什么是常规能源，什么是新型能源.
2.知道能量转化和转移的方向性以及第二类永动机不可能实现.
3.通过能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性.
4.了解能源与人类生存和社会发展的关系，使学生认识能源的合理利用与环境保护对可持续发展的重要意义.
过程与方法
1.通过指导学生分析事例，培养学生分析问题和理论联系实际的能力.
2.通过指导学生阅读教材，培养学生的自学能力.
情感态度与价值观
1.了解大量的能源消耗带来的全球性环境问题,树立环保意识.
2.感知我们周围能源的耗散，树立节能意识.
教学过程
新课导入
情景导入
在20世纪的最后几分钟里，一项新的多米诺骨牌吉尼斯世界纪录，在北京颐和园体育健康城综合馆和网球馆诞生.中国、日本和韩国的62名青年学生成功推倒340多万张骨牌，一举打破了此前由荷兰人保持的297万张的世界纪录.这就是“多米诺骨牌效应”，该效应产生的能量是十分巨大的.大不列颠哥伦比亚大学物理学家A.怀特海德曾经制作了一组骨牌，共13张，第1张最小，长9.53 mm，宽4.76 mm，厚1. 19 mm，还不如小手指甲大.以后每张体积扩大1.5倍，这个数据是按照一张骨牌倒下的时候能推倒一张1.5倍体积的骨牌而选定的.最大的第13张长61 mm，宽30.5 mm，厚7.6 mm，把这套骨牌按适当间距排好，轻轻推倒第1张，必然会波及到第13张，第13张骨牌倒下时释放的能量比第1张牌倒下时整整要扩大20多亿倍.而按同样比例制作的第32张骨牌倒下时释放的能量将高达1.24×1015J，又扩大了20多亿倍.不过，A.怀特海德毕竟未能制作第32张骨牌，因为它将高达415 m，两倍于纽约帝国大厦.如果真有人制作了这样一套骨牌，那摩天大厦就会在一指之力下被轰然推倒!
这种巨大的能量从何而来？能量之间又是如何转化的？
故事导入
在2004年，某杂志报道，一位家住“河南郑州二七区齐扎阎乡”，自称是“新加坡籍华人”“博士、院士、专家委员”名为“梁星人”的一个人，成了当时的网上名人，其原因是他声称建成了“宇宙引力能永动机”，并获得了中国专利（实际上只是申请了专利，还未获得批准），而且还有一家“海南星人永动机发电厂有限公司”正在生产改永动机装备的车辆，你分析一下制造这种永动机的可行性.
问题导入
我国人均能源占有量只有世界平均值的1/4，解决我国的能源问题的基本方针是：能源开发与节约并重.但有人认为“能量是守恒的”,不需要节约，谈一下你对此的看法，并观察周围可利用的能源哪些是“绿色的”.
新闻导入
2003年12月8日国内某媒体报道了下面的这则消息：这个冬天，对于湖南长沙市的150多万市民来说，将格外漫长，因为从今年11月30日起，可能一直要持续到明年三月份，这里的市民，将分区分片“享受”每连续供电三天后，停电24小时的“待遇”.《某某晚报》11月27日的报道中，已经赫然出现了商店秉烛营业的景观.
长沙并不是唯一的例子，从今年春天就开始逐渐浮出水面的电力危机，在盛夏季节达到一个短暂的高峰，至今这个阴影仍然挥之不去，影响范围先后涉及到全国几乎三分之二的省份，有人戏称，中国电力市场又退回到了20世纪80年代.
仅仅是电力吗？似乎没有这么简单，入秋之后，柴油的紧张状况，从珠江三角洲到长江三角洲，从福建到浙江，已经形成了一种新的“流行病”，即使在北京地区，限量供应的情况也再次出现，就差没有“凭票供应”了.
同学们思考，为什么会出现能源危机？如何应对？
推进新课
一、能量守恒定律
问题：在验证机械能守恒定律的实验中，重物带着纸带下落时，计算结果发现，减少的重力势能的值大于增加的动能的值，即机械能的总量在减少.原因就是纸带和打点计时器之间的摩擦力和空气的阻力等.是不是考虑了各种摩擦和阻力后这部分能量就消失了呢？
学生根据所学知识总结归纳：没有，它转化成为除机械能外的其他的能量了.
教师引导：它转化成了机械能外的其他形式的能量，除重力、弹力之类的力外，其他任何力对物体做功使物体的机械能增加或减少的过程，实质上都是其他形式的能与机械能相互转化的过程，在转化的过程中，能的总量是不变的.这是大自然的一条普遍的规律，而机械能守恒定律只是这一条普遍规律的一种特殊情况.
问题：验证机械能守恒定律中，减少的机械能转化为内能.生活中还有很多这样能量转化或转移的例子，同学们能否举出几例，并说明其中的能量转化或转移过程?
参考案例：
1.风吹动柳枝摆动空气的机械能转移到柳枝上.
2.放在火炉旁的冰融化变热内能由火炉转移到冰.
3.电流通过灯泡，灯泡发光电能转化为光能.
4.植物进行光合作用光能转化为化学能.
思维拓展
课件展示各种图片，让学生认真观察，并说明各种装置能量的转化情况.通过图片展示，让学生更加形象地感受能量的转化或转移过程,为能量守恒定律的提出作准备.
学生通过认真观察图片并回顾相关知识，归纳总结：
图1：太阳能电站：太阳能转化为电能 图2：内燃机车：内能转化为机械能
图3：水电站：机械能转化为电能 图4：水果电池：化学能转化为电能
从上面的例子我们可以看出，能量之间是可以相互转化或转移的.
引导学生阅读教材，说出能量守恒定律的内容，并引用教材上的话，说明能量守恒定律的建立有何重大意义.
师生总结：
1.能量守恒定律的内容：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，而在转化和转移过程中，能量的总量保持不变.
2.定律的表达式：E初=E终 ΔE增=ΔE减
3.发现能量守恒定律的意义：能量守恒定律的建立，是人类认识自然的一次重大飞跃，是哲学和自然科学长期发展和进步的结果，它是最普遍、最重要、最可靠的自然规律之一，而且是大自然普遍和谐性的一种表现形式.
重点说明：该定律是贯穿整个物理学的基本规律之一，是学习物理学的一条主线.在应用中,要分清系统中有多少种形式的能，发生了哪些转化和转移.
例 一小滑块放在凹形斜面上，用力F沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了一段距离.若已知在这过程中，拉力F所做的功的大小（绝对值）为A，斜面对滑块的作用力所做的功的大小为B，重力做功的大小为C，空气阻力做功的大小为D,当用这些量表达时，小滑块的动能的改变（指末态动能减去初态动能）等于多少？滑块的重力势能的改变等于多少？滑块机械能（指动能与重力势能之和）的改变等于多少？
解答：根据动能定理，动能的改变等于外力做功的代数和，其中做负功的有空气阻力、斜面对滑块的作用力的功（因弹力不做功，实际上为摩擦阻力的功），因此ΔEk=A-B+C-D；
根据重力做功与重力势能的关系，重力势能的减少等于重力做的功，因此ΔEp=-C；
滑块机械能的改变等于重力之外的其他力做的功，因此ΔE=A-B-D.
二、能源和能量耗散
问题：既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？
情景引导：有些事可以倒过来进行，但有些事情却是不可能倒过来进行的.你可以向前走路，也可以倒退着走路,但是，打碎的镜子不可能自动复原成原来完好的样子,冒起的煤烟和散开的炭灰不可能重新组合成一堆煤炭.类似的，自然界中自发的能量的转化和转移也具有某种方向性.
问题：根据上面的提示，能否举出生活中关于这种方向性的例子，并说明其中能量的变化?
参考案例：
1.草地上滚动的足球，逐渐慢下来，最后静止,足球不能主动从静止开始运动.
足球的机械能减少，转化成内能,内能不能自发地转化为机械能.
2.同学们围着火炉取暖，热量从高温的火炉转移到同学们身上,同学们却不能利用比自身温度低的物体取暖.
热能够自动地从高温的火炉向人体传输却不能从低温物体自发地向高温物体传输.
师生总结：与热现象有关的能量转化过程是具有方向性的.例如：摩擦力做功的过程，要损耗机械能而生热，产生的热不可能全部转化为机械能.在其他的宏观过程中也是如此，例如：两种气体放到一个容器内，总会均匀地混合到一起，但不会再自发地分离开来.通过实例说明，在能量的转化和转移过程中，能的量是守恒的，但能量的品质却降低了，可被人直接利用的能在逐渐减少，这是能量耗散现象.所以，能量虽然守恒，但我们还要节约能源.
阅读课本，举例说明自然界能量转化过程的方向性,如:冰箱制冷、瀑布中水的机械能转化、喷出的香水、松弛后的发条等.
学生交流：自然现象的变化也具有类似的不可逆性，例如沙漠化的土地不会自发地再变为绿洲.因此人类不仅要珍惜能源和资源，还要自觉地保护自然.
总结：能量耗散
1.能量耗散：流散的内能无法重新收集起来加以利用的现象叫做能量耗散.
2.能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性.
例2 下列判断正确的是（ ）
A.电流的能不可能全部变为内能
B.在火力发电机中，燃气的内能不可能全部变为电能
C.热机中，燃气内能不可能全部变为机械能
D.在热传导中，热量不可能自发地从低温物体传递给高温物体
解析：凡与热现象有关的宏观过程都具有方向性，电流的能可全部变为内能（由电流热效应中的焦耳定律可知），而内能不可能全部变成电流的能.机械能可全部变为内能，而内能不可能全部变成机械能.在热传导中，热量只能自发地从高温物体传递给低温物体，而不能自发地从低温物体传递给高温物体，所以选项B、C、D正确.
答案：BCD
阅读材料：课件展示阅读材料，让学生了解能源和环境是两个全球所关注的问题，能源是现代社会生活的重要物质基础，而常规能源的有限储藏量与人类的需求存在矛盾，同时大量消耗常规能源带来了环境问题，正确地协调和解决这一矛盾和问题是生活在地球上每一个人的职责.
（一）常规能源
1.能源：凡是能够提供可利用能量的物质统称为能源.
2.常规能源：人们把煤、石油、天然气叫做常规能源，人类消耗的能量主要是常规能源.
3.常规能源的储藏是有限的.
4.常规能源的大量消耗带来了环境问题.
（1）温室效应：温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的.石油和煤炭燃烧时产生二氧化碳.
（2）酸雨：大气中酸性污染物质，如二氧化硫、二氧化碳、氢氧化物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨.煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生二氧化硫等物质.
（3）光化学烟雾：氮氧化合物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质——光化学烟雾，主要成分是臭氧.
另外常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染.
常规能源的大量消耗所带来的环境污染既损害人体健康，又影响动植物的生长，损坏建筑物及文物古迹，严重时可改变大气的性质,使生态受到破坏.
（二）绿色能源的开发和利用
常规能源的短缺和利用常规能源带来的环境污染，使得新能源的开发成为当务之急.
绿色能源：在释放能量或能量转化过程中对环境不造成污染的能源叫绿色能源.人类可开发和利用的绿色能源主要有下列几种：
1.风能.
2.水流（河流、潮汐）能.风能和水流能是可再生能源.而石油、煤炭是不可再生能源.
3.太阳能.
4.氢能源.
5.反物质能.
大自然赐给人类的绿色能源储量丰富，只要我们科学开发、合理利用，必将对人类作出前所未有的贡献.
课堂小结
新课程更多地与社会实际相联系，鼓励学生提出问题.本节“思考与讨论”对能源问题做了讨论，这是一个质疑的范例，它引导我们考虑能量转化和转移的方向性.从物理学的角度研究宏观过程的方向性，在现阶段只需用一些简单的实例，让学生初步地体会一下就可以了.例如：摩擦力做功的过程，要损耗机械能而生热，产生的热不可能全部转化为机械功.在其他的宏观过程中也是如此，例如：两种气体放到一个容器内，总会均匀地混合到一起，但不会再自发地分离开来.通过实例说明，在能量的转化和转移过程中，能量是守恒的，但能量的品质却降低了，可被人直接利用的能在逐渐减少，这是能量耗散现象.所以，能量虽然守恒，但我们还要节约能源.
布置作业
1.教材“问题与练习”第1、2题.
2.设想有一间房间，与外界没有热量交换，完全绝热.房间里有一台电冰箱在工作，如果电冰箱的门是开着的，那么，房间里的温度会变化吗？认真讨论一下，形成书面材料，与同学们交流.
板书设计
10 能量守恒定律与能源
一、能量守恒定律
二、能量耗散
三、能源
活动与探究
课题：永动机
目的：通过具体的能量转化的分析，说明永动机不能制造的理由.
内容：有人设计了这样一台“永动机”：距地面一定高度架设一个水槽，水从槽底的管中流出，冲击一个水轮机，水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮.他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去，这样循环不已，机器不停地转动，就可以永久地用砂轮磨制工件做功了.分析这种装置的能量转化过程并判断能否制造.
习题详解
1.解答：家用电饭锅是把电能转化为内能；洗衣机是把电能转化为动能，等等.
2.解答：（1）依题意可知，三峡水库第二期蓄水后，用于发电的水流量为：
1.35×104m3/s-3 500 m3/s=10 000 m3/s，
每秒钟转化为电能的是：mgh×20％=ρVgh×20％=1.0×103×1.0×104×10×135×20％ J/s
=2.7×109J/s
发电功率最大是2.7×109 W=2.7×106 kW.
(2)设三口之家每户的家庭生活用电功率为1 kW，考虑到不是每家同时用1 kW的电，我们平均每家同时用电0.5 kW，则三峡发电站能供给=5.4×106户用电，人口数为3×5.4×106=16.2×106人，即可供16个百万人口城市的生活用电.
设计点评
本节重点是让学生体会能量守恒定律的发现过程与能源危机，培养学生节约能源、保护环境的环保意识.教学中通过大量的实例，采取开放式的教学形式，让学生通过预习查找资料，发表自己对能量的认识.在能源和能量耗散方面，本教学设计从生活实际出发，让学生了解了自然界中热传导过程和能量转化、转移具有方向性，让学生了解了能源对人类文明的意义和由能源带来的环境问题，引入了可持续发展的概念.让学生了解了可持续发展的含义和意义，能够从自己做起，节约资源，保护环境.
课件19张PPT。10．能量守恒定律与能源1．能量守恒定律：转化转移不变 (1)定律内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它
只 能 从 一种 形 式 ________ 为另一种形式， 或者从一个物体
________ 到另一个物体，在转化或转移的过程中，能的总量
________.(2)建立定律的两个重要事实：永动机联系转化①确认了__________的不可能性.
②各种自然现象中能量的相互________与________．2．能源和能量耗散：自动聚集起来电能 (1)能量耗散：燃料燃烧时把自己的热量释放出去，就不会
再次_____________供人类重新利用；电池中的化学能转化为
______，它又通过灯泡转化成______和______，热和光被其他
物体吸收之后变成周围环境的______，我们无法把这些散失的能量收集起来重新利用.内能光能内能 (2)能源危机的含义：在能源的利用过程中，即在能量的转
化过程中，能量在数量上虽然没有______，但在可利用的品质
上_____了，从便于利用变成___________的了.减少降低不便于利用 (3)能量转化的方向性与节约能源的必要性：能量的耗散反
映了能量转化的宏观过程具有____________，所以能源的利用
是有条件的，也是有代价的，尽管自然界的能量________，但还是很有必要节约能源.方向性守恒3．自由摆动的秋千摆动幅度越来越小，下列说法正确的是()A．机械能守恒DB．能量正在消失
C．只有动能和重力势能相互转化
D．减少的机械能转化为内能，但总能量守恒知识点1能量守恒定律 图 7－10－1 是牛顿所发明的仪器，叫牛顿摆，我们用它来
演示如下内容：
(1)把最右边的小球拉高释放，撞向其余静止的五个小球，
将会观察到落下的小球碰撞后立即静止，最左边的____个小球
弹起，弹起小球的高度________释放小球时的高度．一等于 (2)改变拉起的小球个数，发现弹起的小球个数______拉起
释放的小球个数，小球弹起的高度________释放小球时的高度．
如果忽略空气阻力与摩擦力，上述现象可以一直持续下去．从
能量转化的角度看，是________与________发生相互转化．
图 7－10－1等于等于动能重力势能1．能量守恒定律的理解：(1)某种形式的能量减少，一定存在另一种形式能量的增加，且减少量和增加量相等．(2)某个物体的能量减少，一定存在别的物体的能量增加，且减少量和增加量相等．
2．能量守恒定律的意义：(1)能量守恒定律是普遍适用的，对宏观世界、微观世界、高速运动和低速运动都成立．(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系，揭示了自然科学是相互联系、相互统一的． (3)能量守恒定律的建立，揭示了自然界各种运动形式不仅
具有多样性，而且具有统一性，宣布“第一类永动机”是不可
能制成的．3．应用能量转化与守恒定律的方法：(1)明确研究对象，分析受力情况，分清有多少种形式的能；
(2)确定初、末状态，分析做功情况；(3)明确能的形式及转化方向，分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增；(4)列出方程ΔE减＝ΔE增，代入数据计算． 【例 1】(双选)一颗子弹以某一水平速度击中了静止在光滑
水平面上的木块，并从中穿出．对于这一过程，下列说法正确的是() A．子弹减少的机械能等于木块增加的机械能
B．子弹和木块组成的系统损失的机械能等于系统产生的
热量
C．子弹减少的机械能等于木块增加的动能与木块增加的
内能之和
D．子弹减少的动能等于木块增加的动能与子弹和木块共
同增加的内能 解析：子弹射穿木块的过程中，由于摩擦力的作用使得子
弹的动能减少，木块获得动能，同时产生热量，且系统产生的
热量在数值上等于系统机械能的损失量，A 选项漏了考虑系统
内能的增加，C 选项应考虑系统(子弹、木块)内能的增加，故选
B、D.答案：BD【触类旁通】1．下列说法正确的是()C A．随着科技的发展，永动机是可以制成的
B．太阳照射到宇宙空间的能量都消失了
C．“既要马儿跑，又让马儿不吃草”不可能实现
D．有种“全自动”手表，不用上发条，也不用电源，却
能一直走动，说明能量能凭空产生知识点2功能关系的理解与运用重力势能动能 (1)如图 7－10－2 所示，撑竿跳包括三个阶段：助跑、撑
竿起跳、越横竿．运动员的助跑阶段，身体中的化学能转化为
人和竿的______；起跳阶段，运动员的______和身体中的化学
能转化为人的________、_____和竿的__________，使人体上升
至横竿以上；越过横竿后，运动员的________转化为______．
动能动能重力势能动能弹性势能图 7－10－2 (2)自然界中有许多不同形式的能量，如机械能、内能、光
能、化学能、原子能等，各种形式的能量之间是可以相互转化
的，各种能量的相互转化是通过________来实现的，并且能量
转化的多少通过______________来量度，物体对外做多少功，
它就等量地转化多少能量，即W＝ΔE.能量在转化和转移的过程中其总量________．做功做功的多少守恒1．功是能量转化的量度： 不同形式的能量之间的转化是通过做功来实现的．做功的
过程就是各种形式的能量之间转化的过程，做了多少功，就有
多少能量发生了转化，因此功是能量转化的量度．2．功对能量的改变：物体做功时，必然伴随着能量的转化，而且功与能量转化的量值是相等的．(1)合外力对物体做功，使其他形式的能与动能之间相互转化，表达式为 W＝ΔEk. (2)重力或弹力做功，使动能和势能相互转化，表达式为 W
＝ΔEp减＝ΔEk增．
(3)除重力和弹力以外的力做功，使其他形式的能与机械能
之间相互转化，表达式为 W外＝ΔE.
(4)一对滑动摩擦力做功使机械能向内能转化，表达式为＝ΔE内增＝ΔE机减． fs相对 【例 2】如图 7－10－3 所示，质量为 m 的物体，从半径为
R 的竖直半圆形轨道的边缘，由静止开始下滑，滑至最低点时
速度为 v，则物体沿轨道下滑的过程中，产生的热能是多少？若摩擦力大小不变，则摩擦力是多大？图 7－10－3【触类旁通】
2．(双选)在奥运比赛项目中，高台跳水是我国运动员的强
项．质量为 m 的跳水运动员进入水中后受到水的阻力而做减速
运动，设水对他的阻力大小恒为 F，那么在他减速下降高度 h的过程中，下列说法正确的是()A．他的动能减少了 Fh
B．他的重力势能减少了 mgh
C．他的机械能减少了(F－mg)h
D．他的机械能减少了 Fh 解析：动能的减少量对应合外力做的功，为(F－mg)h，A
错；重力势能的减少量对应过程中重力做的功，为 mgh，B 对；
机械能的减少量对应重力以外其他力做的功，即阻力做的功，
大小为 Fh，C 错，D 对．答案：BD
