18.4 能量转化的基本规律 教学设计 (2)

四、能量转化的基本规律 教学设计
[学习目标]?
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、能在观察物理现象或物理学习过程中发现一些问题，有初步提出问题、解决问题的能力。
3、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。
[学习重点]
能量的转化与守恒
[学习难点]
能量的转移与转化有一定的方向性
[学法指导]
自学、关键点拨、练习巩固等相结合
[教学活动]
活动1：新课导入
师：出示一辆玩具小车，要让玩具小车运动起来，你有哪些方法？
生：用力推一下汽车、利用斜面让小车从斜面顶端滑下来、装电池，利用电能来工作、用弹簧压缩后弹击汽车等
师：这些方法使小车运动起来的动能是怎么得来的？
生：分别用人的能量、重力势能、电能、弹性势能转化为动能，让小车运动起来的
师：很好，那么思考一下，有没有什么方法让小车运动起来但不消耗其他能量呢？似乎没有，如果有不消耗任何能量，却能永远地运动并对外做功的机器，那就是我们物理上所称的“永动机”。那么今天我们就来探究一下“永动机”到底能不能做出来。
活动2：滴水实验
出示视频，一块毛巾一端放在水盆里，另一端伸出水盆外，一段时间后水顺着毛巾低出来了。
师：受到滴水实验的启发，毛巾能把水从盆内滴到盆外，那我们就利用滴水实验把水从低处滴到高出，再让水从高出流下，撞击水轮机，让水轮机不停转动，这样我们就制成了一个不需要消耗能量就能不停运动的“滴水轮永动机”，如图所示。
器材：小烧杯、棉纱、水
实验：做一做，棉纱伸出端高于水面和低于水面，看看什么情况下棉纱能使杯中的水滴下来？
学生分小组进行实验
师：两种情况都能滴出水吗？
生：只有棉纱伸出端低于水面才能把水滴出来
师：滴出来下落的水还具有动能，我们从能量的转化角度上分析一下，为什么只有棉纱伸出端低于水面才能把水滴出来？
生：棉纱伸出端低于水面能把水滴出来，是将水的重力势能转化为动能。
师：很好，换言之如果棉纱伸出端高于水面也能把水滴出来的话，水的重力势能就凭空增加了，能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只会从一种形式转化为其它形式，或者从一个物体转移到其他物体，而在转化或转移过程中，总量保持不变。这就是能量转化的守恒定律。所以“永动机”是做不出来的。思考一下：刚才的视频滴水实验的毛巾摆放是如何的？
生：毛巾伸出端低于水面。
师：根据能量转化的守恒定律，思考一下，“滴水轮永动机”的水流方向是怎样的？
生：水会从高出流到低处
师：受此启发，做一做，如何让一杯可乐借助软吸管自动吸到另一个烧杯中
活动3：“转移”可乐
器材：一个高台、两个烧杯、可乐、软吸管
学生讨论后上台实验，把有可乐的烧杯放在高台上，空烧杯放在高台下，借助软吸管吸一下就能使可乐从高台烧杯流到高台下的空烧杯。如果吸管高于可乐面，可乐就流不出来。也证明了“永动机”做不出来的。
活动4：了解“永动机”的历史
从中到外，从古到今很多人都设计了永动机，包括诸葛亮的木牛流马、淘宝网的木牛流马、转臂永动机、滚球永动机、浮力永动机、磁力永动机用视频介绍全都失败了，因为都违反了能量转化的守恒定律。
活动5：视频“红海行动”
利用“红海行动”进行爱国教育，
师：中东战争的爆发是为了干吗？
生：当今世界处于能源危机中，所以为了抢夺能源而爆发战争
师：既然能量的转化是守恒的，那为什么会有能源危机？我们从火力发电站的能量转化中来寻找答案
介绍火力发电的能量转化：化学能---内能---机械能---电能，能不能让能量的转化反过来进行？
生：不能
师：这是因为能量的转化和转移具有方向性，请同学们举例来说明
生：瀑布飞流而下、热水中的冰块逐渐熔化等能量就不会反向进行
活动6：放飞气球，放飞梦想
器材：气球、棉线
让充气的气球放飞，问能量是如何转化的？
生：内能转化为动能
师：再将喷出的气体重新回到气球中，将动能再重新转化为内能可以吗？
生：不可以
师：因为能量的转化和转移具有方向性，而且在转化和转移的过程中总会有些内能损耗掉，可用的能量会越来越少，所以出现了能源危机，所以我们要节约能源。大自然的规律也是如此的，让学生再举些例子来加深印象。
活动7：例题巩固
1．小华在做如图所示的牛顿摆实验时，发现摆球每次上升的高度逐渐减小。小华想：“这是否说明在动能与重力势能相互转化的过程中，整个装置的能量不守恒呢？这不是与能量守恒定律相矛盾吗？”请你帮小华解决他的困惑。
生：动能和势能在相互转化时要克服空气阻力做功转化为内能，所以高度逐渐减小，但总能量还是守恒的。
2．有人设计了如图装置，当上面的水流下来冲击涡轮，带动砂轮和抽水机工作，这样砂轮可以打磨工件，同时下面的水就可以被抽到上面的容器从而不需要消耗其它能量装置却可以连续工作？你认为可能吗？
生：不可能，在工作时要克服轴的摩擦做功，会产生内能消耗能量，所以抽上去的水会越来越少，最终会停下来的。
3．有人设想，如果在相距很远的两个城市间挖一条弧形隧道，那么从一座城市出发的车辆，可以不需要动力就穿过隧道到达另一座城市，如图所示，你认为这个设想会成功吗？
生：不会成功，能量是守恒的，车在运动时会产生损耗掉的内能，所以机械能会减小，高度会越来越低，无法到达另一座城市。
总结：
今天我们学习了两方面的知识，一个是能量转化的守恒定律，它证明了“永动机”是不可能做出来的，另一个是能量的转化和转移具有方向性，这就要求我们大家今后要节约能源，把精力放在如何提高能量的转化效率上面。