第一节 能量的相互转化

第3章 能量的转化与守恒
第1节 能量的相互转化
教学任务分析
本章教材从能的转化角度将机械能、热能、电能、核能等多种形式的能整合在一起。作为本章的第一节课，教材从自然现象、工农业生产、人类生活中的各种现象来分析能量的相互转化过程，目的是使学生初步建立起用能量转化的观点来审视各种物质运动形态的变化，体会到自然界物质运动的形式总伴随着能的转化，知道生活中所谓的消耗能量、利用能量或获得能量，实质就是能量的相互转化和转变过程。然后利用相关的图片引导学生用上述结论来分析能量转化过程，感受到能量的转化既能造福于人类，又能给人类带来灾难。教材的最后安排了一个热能转化为机械能的小实验，让学生初步体验到我们能够利用规律使能量向有于人类的方向转化。
　　关于能量的概念，学生并不陌生，在教材的第2册第2章中曾提到能的多种形式，在讲光合作用时曾讲到过化学能、太阳能等，但对学生来说，各种形式的能量是相对独立的，可能部分学生有种朦胧的转化意识，但尚不知自然界中能的转化是普遍的，在教学中通过对大量事实的分析，让学生明白能量的转化和转移是一种普遍的现象，并可以为人类所利用的。
教学目标
知识与技能
1.知道机械能、光能、热能、电能、化学能、太阳能、核能等自然界中能量存在的各种形式。
2.理解能量转化的普遍性，并能运用能量转化的观点来分析各种物质运动形式的变化。
3.知道利用能量、消耗能量和获得能量的过程就是能量相互转化或转移的过程。
过程与方法
1.学会从具体事例的分析中，得出一般规律的方法。
2.通过设计实验和操作体验培养学生解决实际问题的能力。
情感、态度与价值观
1.让学生感受到认识客观规律的重要意义。
2.通过探究引导学生积极思考，勇于探索，保持较强的好奇心和求知欲。
教学重点和难点
重点：能在具体情景中分析能量形式的转化。
难点：理解能量的相互转化具有普遍意义。
教学设计思想
对于能量的存在及能量的利用，学生在生活中积累了非常丰富的感性认识，这些生活经验对于教学来说是不可多得的宝贵资源。故在本节课的教学中，可以从对生活中学生较熟悉的利用能量的例子进行分析入手，以“讨论能的存在形式及能的利用→建立能量能够相互转化的观点→利用能的转化造福人类”为主线来和学生展开教学对话，通过多角度的问题来挖掘学生自身的教学资源。从而把学生的感性认识和书本知识重新激活，唤起学生内在的需要和兴趣，促进学生主动学习。
同时在本节教学中，教师要指导学生认真观察和分析各类图片，帮助学生从多方面的能的转化的实例分析，理解自然界能量的转化是一种普遍现象。重视教材中制作小风车的实验，在教学中可以通过提出问题、让学生设计能的转化过程等方式增强实验的探究性，让学生能通过实验初步感受到我们能够利用规律使能量向我们需要的方向转化（由于考虑到安全性的方便性，这个实验中的电灯换成的蜡烛，但从效果上来说是一样的）。
教学流程
教学器材
蜡烛、火柴、大头针、圆形铝箔纸、氢氧化钠固体、硝酸铵、烧杯、水、玻璃棒等。
教学过程设计
一、创设情境，引入话题
能量对人类生产、生活的重要意义。
（评述：从学生熟悉的“利用能量”的角度引入，有利于激活学生的生活经验，使之成为教学的资源。）
展示图片：
⑴行驶的汽车
⑵利用天然气灶加热炒菜
⑶电灯发光
⑷太阳下生机勃勃的自然界
提出问题：生产生活离不开能量，那么人们在生产和生活中常利用的能量有哪一些？
（评述：问题的起点较低，目的是引发对话，吸引学生从思维上主动介入，积极参与对话。让学生感到：关于这个问题，我想说，我也能说，使每一个学生都能参与对话。）
二、新课教学
1．能量的存在形式及其利用
讨论：能量的存在形式。
教师根据学生的回答，将常用的各种形式的能量板书在黑板上：电能、化学能、太阳能、光能、机械能……
讨论：我们是如何利用这些能量的？
⑴问题：我们是如何利用电能的？
（学生列举利用电能的方法，即电流通过各种用电器，用电器工作。）
（评述：关于“如何利用能量”讨论，在教学时不必完全按照预设，可以根据学生回答的先后顺序来展开教学，让学生感到：我是被尊重的。）
引导：消耗了什么能？得到了哪种形式的能？
教师根据学生的回答分别板书：电能→光能；电能→机械能；电能→热能；电能→化学能……
⑵问题：我们是如何利用化学能的？
学生列举利用化学能的方法，如：汽车利用汽油行驶；利用天然气加热；利用干电池给手电供电……
引导：消耗了什么能？得到了哪种形式的能？
教师根据学生的回答分别板书：化学能→热能→机械能；化学能→热能；化学能→电能……
（同理引导学生回答利用太阳能、机械能时所涉及的能的转化。）
⑶提问：从上述的实例来看，人类利用能量或消耗能能量的实质是什么？
引导学生小结：所谓的“利用能量”、“消耗能量”实质上是能量相互转化或转移过程。
⑷追问：你所知道的能量的形式还有哪一些？它们之间也能相互转化或转移吗？请举例回答。
（评述：学生通过上面对话过程对能的转化的认识并不全面的，通过追问使学生主动联系实际，调动自己的感性知识，加深对知识的理解。）
2．建立能量转化具有普遍性的观点
视频：雪崩的壮观场面。
说一说：这一过程中能量是怎样转化的？
想一想：关于这种能的转化形式，生活中你有过体验吗？
展示图片：
情景一：展开“长翅”的人造卫星；
情景二：间歇泉；
情景三：青蛙捕食。
（评述：引导学生从图片中的事例分析：能量的转化和利用方便了人类的生活，但有时也会酿成灾害，我们研究能量的转化就是为了更好的利用能量。）
讨论：人造卫星工作的电能来自哪里？热水泉喷发过程中能是如何转化的？青蛙捕食过程中能的转化。
启发学生归纳、总结：自然界中各种形式的能量都不是孤立的，不同形式的能量会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移。
3．应用知识，解释现象
出示图片：
⑴胶片感光成像
⑵激光切割金属
⑶小型水电站
⑷森林火灾
提出问题：上述过程中能量是如何转化的？
引导分析：能量转化是一个普遍的现象，自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。
实验：将氢氧化钠和硝酸铵分别溶解在盛有少量水的小烧杯中。（提醒学生：不要用手直接接触药品，氢氧化钠有腐蚀性；注意用手感受水温的变化）
思考：
⑴能量是如何转化的？
⑵我们可以利用这个过程为我们服务吗？
（评述：设置思考2，使学生感受到所学的知识的实际意义。拓展学生的思维，培养学生的创新意识。）
引导：需要时可以用来临时的加热和冷冻食物。
4．实验探究、应用规律
指导制作：学生制作小风车。
提出问题：如何将蜡烛的化学能转化为自制“小风车”的动能？
讨论方案：学生组内讨论方案，可能有：利用蜡烛加热空气，上升的气流使小风车旋转；加热水产生水蒸汽推动小风车转动……
组间交流，优化方案。
分发器材：蜡烛、火柴。
学生实验，操作体验。
反思：谈谈这个探究实验给自己的启迪。
（评述：这里的探究对学生具有挑战性和吸引力，提高学生应用所学知识，解决实际问题的能力，更好的理解能的转化。）
三、课堂小结、作业布置
1.课后练习第二题，分析能量转化过程；启迪学生如何利用能源为人类服务。
2.自制一辆利用除人力外的其他形式的能的小车。
（评述：本节课中对教材进行了适当的处理，充分利用了学生的知识储备，再通过多媒体课程资源的充实，在师生平等对话的基础上，实现师生间的良性互动，让学生对知识进行积极的加工，从而主动的建构知识，取得了较好的效果。）
教学资料链接
1．地热能
人类很早以前就开始利用地热能，例如利用温泉沐浴、医疗，利用地下热水取暖、建造农作物温室、水产养殖及烘干谷物等。但真正认识地热资源并进行较大规模的开发利用却是始于20世纪中叶。地热能的利用可分为地热发电和直接利用两大类。 地热能是来自地球深处的可再生热能。它起源于地球的熔融岩浆和放射性物质的衰变。地热能是指其储量比目前人们所利用的总量多很多倍，而且集中分布在构造板块边缘一带、该区域也是火山和地震多发区。如果热量提取的速度不超过补充的速度，那么地热能便是可再生的。地热能在世界很多地区应用相当广泛。据估计，每年从地球内部传到地面的热能相当于100PW·h。不过，地热能的分布相对来说比较分散，开发难度大。
2．太阳能
太阳能是太阳内部连续不断的核聚变反应过程产生的能量。尽管太阳辐射到地球大气层的能量仅为其总辐射能量（约为3.75×1026W）的22亿分之一，但已高达173,000TW，也就是说太阳每秒钟照射到地球上的能量就相当于500万吨煤。地球上的风能、水能、海洋温差能、波浪能和生物质能以及部分潮汐能都是来源于太阳；即使是地球上的化石燃料（如煤、石油、天然气等）从根本上说也是远古以来贮存下来的太阳能，所以广义的太阳能所包括的范围非常大，狭义的太阳能则限于太阳辐射能的光热、光电和光化学的直接转换。太阳能既是一次能源，又是可再生能源。它资源丰富，既可免费使用，又无需运输，对环境无任何污染。
3．风能
风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的。太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风。据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2％转化为风能，但其总量仍是十分可观的。全球的风能约为2.74×109MW，其中可利用的风能为2×107MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍。人类利用风能的历史可以追溯到公元前，但数千年来，风能技术发展缓慢，没有引起人们足够的重视。但自1973年世界石油危机以来，在常规能源告急和全球生态环境恶化的双重压力下，风能作为新能源的一部分才重新有了长足的发展。风能作为一种无污染和可再生的新能源有着巨大的发展潜力，特别是对沿海岛屿，交通不便的边远山区，地广人稀的草原牧场，以及远离电网和近期内电网还难以达到的农村、边疆，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。 即使在发达国家，风能作为一种高效清洁的新能源也日益受到重视。
4．生物质能
生物质是讨论能源时常用的一个术语，是指由光合作用而产生的各种有机体。生物能是太阳能以化学能形式贮存在生物中的一种能量形式，一种以生物质为载体的能量，它直接或间接地来源于植物的光合作用，在各种可再生能源中，生物质是独特的，它是贮存的太阳能，更是一种唯一可再生的碳源，可转化成常规的固态、液态和气态燃料。据估计地球上每年植物光合作用固定的碳达2×1011t，含能量达3×1021J，因此每年通过光合作用贮存在植物的枝、茎、叶中的太阳能，相当于全世界每年耗能量的10倍。生物能是第四大能源，生物质遍布世界各地，其蕴藏量极大。世界上生物质资源数量庞大，形式繁多，其中包括薪柴，农林作物，尤其是为了生产能源而种植的能源作物，农业和林业残剩物，食品加工和林产品加工的下脚料，城市固体废弃物，生活污水和水生植物等等（中国生物质资源主要是农业废弃物及农林产品加工业废弃物、薪柴、人畜粪便、城镇生活垃圾等四个方面）。
5．海洋能
地球表面积约为5.1×108km，其中陆地表面积为1.49×108km，占29％；海洋面积达3.61×108km，占71％。以海平面计，全部陆地的平均海拔约为840m，而海洋的平均深度却为380m，整个海水的容积多达1.37×109km3。一望无际的汪洋大海，不仅为人类提供航运、水产和丰富的矿藏，而且还蕴藏着巨大的能量。通常海洋能是指依附在海水中的可再生能源，包括：潮汐能、波浪能、海洋温差能、海洋盐差能和海流能等，更广义的海洋能源还包括海洋上空的风能、海洋表面的太阳能以及海洋生物质能等。全球海洋能的可再生量很大，上述五种海洋能理论上可再生的总量为766亿千瓦。虽然海洋能的强度较常规能源为低，但在可再生能源中，海洋能仍具有可观的能流密度。
以能量对人类生活的重要性为话题，引入新课
归纳实质：能量转化的普遍性
讨论能的存在形式、能量的利用方式
知识迁移，
解释现象
知识应用，
解决问题
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