18.4能量转化的基本规律 教案

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能量转化的基本规律
【设计意图】
　　本节内容是对本章及以前所学物理知识从能量的观点进行了一次综合、深化和再认识．教材首先分析自然界中各种能量之间的转化，揭示它们之间的本质联系：能量，并分析一系列熟知的能量转化的事例，指出能量的转化与守恒．最后阐述了能的转化与守恒定律的普遍性和重要性．
　 能量守恒定律是一个实验规律，列举能量转化的实例，是学生理解和掌握能量守恒的基础，因此在教学过程中要充分利用学生已知知识，对这些实例中的能的转化进行具体分析．
　　在教学过程中，强调定律的两个方面：转化与守恒．另外还要强调该定律的普遍性和重要性，可列举19世纪的自然科学史对学生进行教育．
“能量转移和转化的方向性”是本节教学的一个难点．教学时借助学生熟悉的生活实例介绍，并帮助他们初步了解有关知识．教材中是以“水往低处流（黄果树瀑布）”“热水中的冰块”等引入“自发过程”及其方向性问题的，其中功热转换过程、热传导过程以及气体自由膨胀过程的方向性问题，在教学中应通俗且不违背科学地解释有关问题。
【教学目标】
一、知识与技能
1．通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化．
2．知道能量守恒定律，能举出日常生活中能量守恒的实例．
3初步了解在现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性．
4、认识到日常生活中合理利用能源与节约能源的重要性。
二、过程与方法
1．能在观察物理现象或物理学习过程中发现一些问题。有初步的提出问题的能力。
2．通过参与科学探究活动，初步认识科学研究方法的重要性。有对信息的有效性作出判断的意识。
3．学习从物理现象和实验中归纳简单的科学规律，尝试应用已知的科学规律去解释某些具体问题。有初步的分析概括能力。
三、情感态度与价值观
1．能保持对自然界的好奇，初步领略自然现象中的美妙与和谐，对大自然有亲近、热爱、和谐相处的情感。
2．具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理。
3．养成实事求是、尊重自然规律的科学态度，不迷信权威，具有判断大众传媒是否符合科学规律的初步意识。
【重点难点】
1、能量转化与守恒
2、能量的转移与转化有一定的方向性
【教学器材】
演示用玻璃毛细管一套、适量红墨水、烧杯两只、水、少量棉花。
【课前准备】上网查询有关历史上的永动机方案，能大概说明它不能永动的原因。
【教学过程】
教学阶段与时间分配 教师主导 学生主体 点评
一、复习与引入(约5钟) 请同学们阅读课本第一段，并注意回答以下问题：1、举例说明什么叫能量的转移？什么叫量的转化？2、煤、石油、天然气在燃烧的过程中，____能转化为_____能。3、高温蒸气推动发电机发电的过程中，____能转化为______能，再转化_____能。4、电流通过电动机，_____能转化为_____能。电流通过白炽灯或荧光灯，___能转化为______能，电流通过电解槽，____能转化为_____能。5、内燃机在工作过程时，在做功冲程中，___能转化为_____能，在压缩冲程中，____能转化为______能。6、蓄电池在放电的过程中，____能转化为______能，充电的过程中，_____能转化为_____能。板书1：能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化． 看书思考：1、转移：热传递过程中，内能由高温物体转移到低温物体。转化：摩擦生热是机械能转化为内能。2、化学能、内能。3、内能、机械能、电能4、电能、机械能。电能、光能。电能、化学能。5、内能、机械能。机械能、内能。6、化学能、电能。电能、化学能。 1、培养学生阅读与、理解与思考的能力。2、这些思考题可以用课件的形式投影在屏幕上。
二、永动机能否制成。(10分钟) 1、由于能源对于我们的生活与工作实在是太重要了，同学们可以设想一下，我们的生活中如果没有电能会怎样？如果没有汽油或柴油会怎样？2、由于能源的重要性，所以历史上曾有人想制造出不要消耗能量，又能对外做功，又能自动运转的机械呢？(就是大名鼎鼎的达芬奇也曾有过这种想法。)3、学生活动1：在一烧杯中盛入红水，将棉花捻成条状，将其一端放入烧杯中，另一端用手提着，观察现象。若将另一端悬挂在外面，并且低于水面，再观察现象。演示实验2：用内径不同的毛细管演示毛细现象，同学们观察此实验中液体上升的高度有什么规律？由于毛巾是由若干纤维组成，而纤维与纤维之间就象若干细管一样，液体会顺着这些细管向上运动。问：实验1对你有什么启发？师：这样的猜想正确吗？如果真能通过毛巾将水从低处抽向高处，我们就可以做成下左图所示的“永动机”。事实上，它是不可能永动的，为了说明这一现象(演示实验3)，请注意上右图所示的实验，你观察到什么？要想使水从棉纱的另一端滴出来，必须满足什么条件？通过以上实验可知：棉纱不可能自动地将水从低处抽到高处，相反，它会将上方容器里的水抽向低处。所以，上右图所示的永动机是不可能制成的。板书2：永动机是不可能制成的。(永动机是指那些不需要消耗能量，又能源源不断地向外做功的机器) 1、电灯不亮、晚上会一片漆黑等等。如果没有汽油或柴油，大部分交通工具都会瘫痪，给人们的出行带来不便。2、学生思考生活中有没有这样的机器，有的学生可能举出一些例子，通过分析让学生知道，它们都是要消耗某一种形式的能量的，这些能量一旦停止供给，机械就会停止运转。3、实验1：学生观察现象：红色墨水会顺着棉花向上运动。红色墨水会顺着棉花向上运动，并从另一端出来。实验2：内径赿细，液体上升得赿高。思考并猜想：可以将水从低处引向高处。观察永动机的图片并思考：在媒体上好象听说过，永动机是不可能制成的，这样的永动机可能永动吗？问题会出在什么地方呢？观察到：右边的棉纱有水滴出，而左边没有。当容器外的棉纱低于水面时，才会有水滴出。 1、通过学生回答与思考，让学生知道能源对于我们的生活与工作的重要性。1、通过实验2来解释实验1，至于分子间的作用力，一带而过，不必在此停留。2、关于内径赿细，液体上升得赿高，让学生知道这个现象，并向学生说明，目前的知识还不能够解释。3、通过投影，展示永动机的图片。4、培养学生的观察能力
三，能的转化与守恒定律(10分钟) 问：上述永动机为什么不能制成？因为它违反了自然界中一个重要的规律，这就是能量守恒定律：能量既不会消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化成另一种形式，或者从一个物体转移到另一物体，而在转化或转移的过程中，其总能量保持不变。板书3：能的转化与守恒定律的内容问：水滴永动机是如何违反能量的转化与守恒定律的？(教师引导)能量守恒定律的建立经历了100多年的漫长历史，永动机的不可能实现，是导致能量守恒定律确立的一个重要线索。历史上曾有很多的人从事永动机的制作(其中也有在科学史上名声显赫的人，如达·芬奇)，都以失败而告终，1755年，法国科学院宣布，不再审查有关永动机的任何设计。分析几个能量转移或转化的例子(1)，将一高温物体放入冷水中，在不计能量损耗的情况下，内能是如何守恒的？（2）一个物体从高处自由落下，机械能是如何守恒的？(3)一个小朋友从滑滑梯上匀速滑下，动能不变，势能在减小，所能量不守恒，你怎么看？如有可能，可以再让学生分析几个永动机。如下图： 学生齐声朗读后再背颂。学生思考：水滴的重力势能不断增加，不停地对水轮机做功，而没有消耗其它的能量。(1)Q吸=Q放(2)动能加势能保持不变，动能增加，势能一定减小。(3)机械能不守恒，在减小，部分机械能转化成了内能，摩擦生热，但总能量仍守恒。这两个永动机主要从两边的力矩平衡去考虑。 能量的转化和守恒定律、细胞学说、生物进化论被马克思称为19世纪的三大发现。每一条科学规律的诞生，都要经历艰难的历程，向学生说明科学探究是没有捷径可走的，学习也是这样。
四、能量转移和转化的方向性(10分钟) 自然界中许多自发的过程都是有方向性的。请学生们思考以下几个问题1、热传递过程中，内能的转移有什么规律？内能能否自发地由低温物体转移到高温物体？假如能，它违反能量守恒定律吗？这个世界会变成什么样，列举一两个例子。内能的这种转移说明了什么？(请注意“自发”)2、在气体膨胀做功的实验中，内能转化成了机械能，膨胀出去的气体能否再自动地回到容器中，将机械能转化成内能？假设若成立，是否违反能量守恒定律？在这个实验中，能量的这种转化，说明了什么问题？3、黄果树瀑布中的水，它下落的过程，是自发的过程，水能否自发地从低处流往高处？板书4：自然界中许多自发的过程都是有方向性的，或者说能量的转化和转移也是有方向性的。请同学们再列举一些实例，说明能量的转化与转移是有方向性的？板书5：一切与热现象有关的过程都是有方向性的(不可逆的)。 由高温物体转移到低温物体。不能。不违反能量守恒定律。地球上有的地方将十分寒冷，有的地方将十分炎热，空调也不需要了，一杯水，下面的水将热传给上面的水，导致上面的水沸腾，下面的水结冰。内能的这种转移特点说明了内能的转移是有方向性的。不能。不违反能量守恒定律。能量的转化也是有方向性的。不能，若用抽水机将其抽到高处，这不能叫自发的。水在下落的过程中，有部分机械能转化成内能，这也是自发的，不可逆转的。燃料的燃烧，电池的放电，摩擦生热等等。看书并举例：人的生老病死(不可能返老还童)、扩散现象，生米煮成熟饭等等。 直接进入主题。设置一系列同学们熟知的问题，让学生逐步理解能量转化或转移的方向性。充分发挥学生的想象力。人造卫星在运动的过程中，动能与势能的转化都是自发的，不具有方向性。
五、思考(3分钟) 学习能量守恒定律的时候，同学们可能有过这样的疑问：既然自然界的能量是守恒的，那么，为什么还会产生能源危机？为什么还经常说要节约能源呢？ 同学看书思考：原来，有的能量便于利用，有的能量不便于利用．例如，流动的水带动水磨做功，由于磨盘之间的摩擦、磨盘和粮食之间的摩擦和挤压，使磨盘、粮食的温度升高，水流的一部分机械能转变成了内能．这些内能最终流散到周围的环境中，我们没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用，这种现象叫做能量的耗散．电池中的化学能转变成电能，电能又在电灯中转变成光能．光能变成周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用．火炉把屋子烤暖，这时高温物体的内能变成低温物体的内能，谁也不能把这些散失的能量重新收集到火炉中再次用来取暖． 如海水和空气中的内能就很难或无法再被利用。 目前从中央到地方都在大力强调节能，我们应该从我做起，从现在做起，从小事做起。
六、布置作业(7分钟) 1、课堂作业：课本“WWW”2、完成评价手册有关内容
【小　　结】略
【板书设计】
能量转化的基本规律
1、能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化．
2、永动机是不可能制成的。(永动机是指那些不需要消耗能量，又能源源不断地向外做功的机器)
3、能量守恒定律：
能量既不会消灭，也不会凭空产生，它只会从一种形式转化成另一种形式，或者从一个物体转移到另一物体，而在转化或转移的过程中，其总能量保持不变。
4、自然界中许多自发的过程都是有方向性的，或者说能量的转化和转移也是有方向性的。
5、一切与热现象有关的过程都是有方向性的。
【教学资源】《9年级物理教学参考资料》(江苏科学技术出版社)
《物理课程标准》北京师范大学出版社
【教学评价】
1、新课标非常重视学生活动，本节课通过学生活动和教师演示实验，会激发起学生的浓厚兴趣，特别是对历史上的几个永动机的分析，使得学生充分认识到历史上一些人花了很大精力在永动机上是徒劳的。
2、能源对于当今世界是非常重要的，教学中通过分析“既然自然界的能量是守恒的，那么，为什么还会产生能源危机？为什么还经常说要节约能源呢？”这段话，使得学生认识到每一次能量转化都存在能量耗散，在日常生活中使得学生养成节约能源与合理利用能源的好习惯。
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