人教部物理必修二7.10 能量守恒定律与能源 教学设计

能量守恒定律与能源
1．本节是对本章知识内容的总结和扩展。能量就是从千差万别的各种自然现象中抽象出来的概念。学生学习到这里，已经可以从机械能转化和守恒扩展到自然界各种能量的转化和守恒了；?
2．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是使学生树立科学的世界观、形成可持续发展的意识上；?
3．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。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，可以被人直接利用的能量在逐渐减少，这就是能量耗散现象。所以，能量虽然守恒，但我们还要节约能源。
通过能量守恒以及能量转化和转移的方向性，认识提高效率的重要性。了解能源与人类生存和社会发展的关系，知道可持续发展的重大意义。
1．着重强调“守恒”的思想和观念，它应该伴随学习物理学的全过程，但是它又是一个不断体验和深化理解的过程。对能量守恒定律这一知识点的教学，通过学生举例和演示实验，说明各种形式的能量可以相互转化，增强学生的感性认识，并激发学生的学习兴趣，唤起学生强烈的求知欲。因此在安排教学时，应采取循序渐进的方式。可以从历史的渊源入手，从现实经验入手，让学生先接受这么一种思想和观点，在此基础上不断加深认识。也可以在机械能守恒定律的基础上认识和理解。让学生亲历科学探究的过程，体会科学研究的方法，调动学生的能力，对学过的知识重新编排和整合，创造性地应用于新的物理情景之中，解决物理问题。同时从能量守恒的教学中尝试让学生品味科
2．由于能源与每个人都息息相关，大家都想更深入地了解它，所以这一课的教学应该让学生更多地参与进来。从课前的资料搜集到课上的成果展示都是以学生为主体，老师只是导演，学生成为“明星演员”。
3．在教学中通过各种教学手段（包括学生实验），激发学生探索和发现物理规律的动机和兴趣，其中特别注意用相互联系的观点来使学生认识世界，启发学生发现各种现象的内在联系。学生通过这一阶段的学习，认识实物的能力将会产生质的变化。
【知识与能力】
理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。
【过程与方法】
通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。
【情感态度价值观】
1．感知我们周围能源的耗散，树立节能意识；
2．通过能量守恒定律的教学，让学生领略物理规律的和谐美和简洁美，发展对科学的好奇心与求知欲。
【教学重点】
能量守恒定律的建立过程和内容。
【教学难点】
1．理解能量守恒定律的确切含义；
2．能量转化的方向性。
多媒体素材、课件。
［新课导入］
我们已学习了多种形式的能，请同学们说出你所知道的能量形式。我们还知道不同能量之间是可以相互转化的，请你举几个能量转化的例子。
在一个玻璃容器内放入沙子，拿一个小铁球分别从某一高度释放，使其落到沙子中。小球运动过程中机械能是否守恒？请说出小球运动过程中能量的转化情况。
在盛有水的玻璃容器中放一小木块，让小木块在水中上下浮动，过一段时间，小木块停止运动。小木块运动过程中机械能是否守恒？请说出小球运动过程中能量的转化情况。
以上实验表明，各种形式的能量可以相互转化，一种能量减少，必有其他能量增加，一个物体的能量减少，必定其他物体能量增加，能量的总和并没有不化。这就是我们今天要学习的能量守恒定律。
［新课教学］
一、能量守恒定律
1．自然现象之间的普遍联系
我们可以从千差万别的各种自然现象中抽象出一个共通的量──能量，这说明不同的运动形式在相互转化中有数量上的确定关系。
科学家们一直在关注自然现象之间的普遍联系
……
1801年
戴维发现电流的化学效应（电和化学的联系）
1820年
奥斯特发现电流的磁效应（电和磁的联系）
1821年
塞贝克发现温差电现象（热和电的联系）
1831年
法拉第发现电磁感应现象（电和磁的联系）
1840年
焦耳发现电流的热效应（电和热的联系）
1842年
迈尔表述了能量守恒定律，并计算出热功当量的数值（力和热的联系）
1843年
焦耳测定了热功当量的数值（力和热的联系）
1947年亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律
……
我们在初过的声、光、热、电、磁、力等各种现象，都与能量有着密切联系。本章描述的机械能守恒定律是普遍的能量守恒定律的一种特殊形式。包括机械能守恒在内的能量守恒思想的萌芽，尽管出现时都是十分模糊的，却是后人总结和概括出普遍的能量守恒定律的依据。
2．能量守恒定律确立的两类重要事实
导致能量守恒定律最后确立的两类重要事实是：确认了永动机的不可能性和发现了各种自然现象之间相互联系与转化。到了19世纪40年代前后，科学界已经形成了一种思想氛围，即用联系的观点去观察自然。不仅各种机械能之间可以相互转化，电流也可以产生化学效应，电现象和磁现象可以相互转化，热和电也可以相互转化……这预示着，到了把分立的环节连成一体的时候了，也就是到了建立能量转化与守恒定律的时候了。在这种情况下，不同国家、不同领域的十几位科学家，以不同的方式，各自独立地提出能量守恒定律，其中，迈尔、焦耳、亥姆霍兹的工作最有成效。
3．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，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这个规律叫做能量守恒定律（law
of
energy
conservation）。
在能量守恒定律发现之后，曾有人怀疑某种过程“能量不守恒”。但是，进一步研究又发现，原来是漏掉了人类尚不认识的一种新形式的能量。如果把这种新形式的能量计算在内，总能量依然守恒。能量守恒定律经受住了新的检验。
4．能量守恒定律建立的意义
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。和谐美是科学的魅力所在。
【思考与讨论】
1．既然能量是宁恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？
2．历史上曾有人设想制造一种不需要消耗任何能源就可以不断做功的机器，即永动机，这样的机器能不能制成？为什么？
二、能源和能量耗散
1．能源
（1）能源
能够提供可利用能量的物质。
（2）利用能源的三个时期
能源是人类社会活动的物质基础。人类利用能源大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源。到了20世纪50年代，世界石油和天然气的消耗量超过了煤炭。
煤炭和石油是古代植物和动物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，与古生物化石有些相似，所以有时叫做化石能源。
（3）能源的分类
①常规能源和新能源
a．常规能源
人类目前消耗的能量主要来自煤、石油、天燃气等，人们把煤、石油、天然气叫做常规能源。
b．新能源
风能、水流动时的机械能、大阳能、沼气、核能等。
②可再生能源和不可再生能源
a．可再生能源
水流能、风能是可再生能源。
b．不可再生能源
石油、煤炭等能源物质，如果消耗完了就没有了，是不可再生能源。
③清洁能源和非清洁能源
a．清洁能源
为“绿色环保”能源。太阳能的利用不污染环境，它是一种清洁能源
b．非清洁能源
（4）大量消耗常规能源带来的社会问题
①能源枯竭
煤炭和石油资源是有限的。以今天的开采和消耗速度，石油储藏将在百年内用尽，煤炭资源也不可能永续。随着生产力的迅速发展，使得能源的消耗也急剧增长，研究人员估计：按照目前的石油开采速度，地球上的石油储藏将在几十年内全部产完，煤的储量稍多一些，但也将在二百多年的时间内采完。所以常规能源不是取之不尽，用之不竭的。
②环境污染?
与此同时，大量煤炭和石油产品在燃烧时排出的有害气体污染了空气，改变了大气的分。能源短缺和环境恶化已经成为关系到人类社会能否持续发展的大问题。
例一：石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了温室效应，使得地面的气温上升，两极的冰雪熔化，海平面上升，淹没沿海城市，海水向河流倒灌、耕地盐碱化等.?
例二：常规能源的使用会产生有毒气体和浮尘，能引起人的多种疾病。?
常规能源的短缺和由这类能源利用所带来的环境污染，使得新能源的开发成为当务之急。
（5）各种能源的内在联系
大海中的水被太阳晒热、蒸发，变成云，变成雨，降落在高山上，汇成河流，所以宏观上也可以说：水力发电站输出的电能来自太阳。有人说：煤和石油的能量也来自太阳，那么，太阳能通过什么途径变成了煤矿和石油中的化学能？
地球上的各种能源中，太阳辐射能(简称太阳能)占着特别重要的地位。除了人的食物中的能量是于太阳能外，草木燃料、化石燃料、风力、流水、海流、海洋热能的能量也于太阳能.尽管太阳向四面八方辐射的热量仅有二十二亿分之一到达地球大气的最高层，并且还有一部分被大气层反射和消耗在加热空气上，然而，每秒钟到达地面上的总量还高达80万亿千瓦.这一能量是很大的，如果用它来发电，就可以得到比现在全世界发电总量大约数万倍以上的电力.太阳能是地球上可以获得的、能连续供应的最大能源，真可谓“取之不尽，用之不竭”。
太阳能的利用，有间接利用和直接利用两种形式，所谓间接利用，就是利用草木燃烧、化石燃料、风力、水力、海洋热能、海流动能和各种被固定的太阳能(如沼气、海洋生物)的能量.学了生物后，你就会理解草木燃料、化石燃料、海洋生物等的能量是被固定的太阳能，所以煤又被称为太阳石.据你所学地理知识，就能理解风力、水力等能源的能量从根本上是太阳能转化而来的.间接利用太阳能的方法很多，除普通火力发电、水力发电、风力发电之外，还有海水温差发电，海流发电，大气上层的电离气体发电等等.
潮汐的主要原因是月球引力的影响.所以不归为太阳能的间接利用，核能也不属于太阳能。
2．能量耗散
（1）能量耗散
燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，它就不会再次自动聚集起来供人类重新利用；电池中的化学能转化为电能，它又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们也无法把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫做能量的耗散。
流散的内能无法收集起来重新利用的现象，叫做能量耗散。
城市的工业和交通急剧发展，给人们的生活带来方便的同时，也使得城市环境接收了过多耗散的能量，使城市环境的温度升高。
红外照片是不能分辨颜色的，右图中的颜色是为区分不同的温度而在照片处理时加上的。
（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
能量耗散表明，在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中，能量在数量上并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了。这是能源危机更深层次的含意，也是“自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源”的根本原因。
能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。能源的利用受这种方向性的制约，所以能源的利用是有条件的，也是有代价的。
［小结］
能源是提高人民生活水平和进行现代化建设的重要物质基础，但是，能源与人们的需求及环境之间的关系又迫使人们不得不注意节约能源和开发新能源。
太阳能、风能都是无污染、不需要开采费用的能源，而且取之不尽，用之不竭，目前处于试验使用阶段，要大规模地使用还需要取得技术上的突破.无论是节约能源，还是开发能源，都要靠科学研究，都要掌握先进的技术，希望同学们努力学习，将来能够在能源科学技术领域为祖国做贡献。
本节课我们了解了能源和环境的关系，能源与人类需求之间的矛盾，那么在今后的生活中，我们要从自身做起，节约能源，保护生态环境.
在19世纪中叶，还有一些人也致力于能量守恒地研究。他们从不同的角度出发，彼此独立地研究，却几乎同耐发现了这一伟大的定律．因此，能量守恒定律的发现是科学发展的必然结果。此时，能量转化和守恒定律得到了科学界的普遍承认。这一原理指出：自然界的一切物质都具有能量，对应于不同的运动形式，能量也有不同的形式，如机械运动的动能和势能，热运动的内能。电磁运动的电磁能，化学运动的化学能等，他们分别以各种运动形式特定的状态参量来表示。当运动形式发生变化或运动量发生转移时，能量也从一种形式转化为另一种形式，从一个系统传递给另一个系统：在转化和传递中总能量始终不变。
恩格斯曾经把能量转化和守恒定律称为“伟大的运动基本规律”，认为它的发现是19世纪自然科学的三大发现之一
(另两个发现是细胞学说，达尔文的生物进化论)。
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