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3.3能量守恒定律教学设计
课题
能量守恒定律
单元
3
学科
物理
年级
高二
学习目标
物理观念：知道能量守恒定律及永动机不可能制成。科学思维：能根据能量守恒定律解释永动机不可能制成的原因。科学探究：通过能量守恒定律的应用，养成与他人合作探究的习惯，体验科学家探究规律的艰辛与执着。科学态度与责任：学习科学家执着探索的科学精神，实事求是的严谨的科学态度，培养探究科学的兴趣。
重点
能根据能量守恒定律解释永动机不可能制成的原因。
难点
能根据能量守恒定律解释永动机不可能制成的原因。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
让“饮水小鸭”“喝”
完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又会直立起来。如此循环往复....这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗?
观察“饮水小鸭”玩具的应用。
通过观察生活中小玩具的原理，引出新课。
讲授新课
一、探索足迹人类对能量的认识人类对能量的认识能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有自然现象都涉及能量，人类的任何活动都离不开能量。能量具有不同的形式，有描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能，等等。不同形式的运动都可以用能量来描述。1798年：伦福德的实验表明热的本质是运动。1820年：奥斯特发现电流的磁效应。1821年：塞贝克发现温差电现象。1831年：法拉第发现电磁感应现象。能量守恒观念的形成能量守恒观念的形成由于能量既抽象又以各种不同的形式广泛存在，所以能量守恒思想的萌芽及产生并不是一蹴而就的。从各种实验的验证，再到实验结果的被质疑，科学家们付出了大量的努力。应该说，人类对能量的认识过程，体现了科学前辈们对“守恒”这一科学思想的追寻。从18世纪末到19世纪中叶，不同领域的科学家从不同角度都提出过能量守恒的思想。人类对能量守恒的认识经历了一个由浅人深、由含糊到清晰的过程。1836年：盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关。1841年：焦耳发现电流的热效应。1842年：迈尔表述了能量守恒定律。1843年：焦耳测定做功与传热的关系。1847年：亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律。探究活动1：观察手机无线充电的过程，思考能量是如何变化的？探究活动2：观察下列图片，思考能量是如何变化的？探究活动3：观察下列图片，思考能量从何而来的？思考：通过上述图片，你可以得出什么结论？能量可以从一种形式转化为另一种形式。能量可以从一个物体转移到另一个物体。能量不会凭空产生，也不会凭空消失。二、能量守恒定律1
、内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。2
、表达式：E初=E末3
、意义：能量守恒定律是自然界最普遍，最重要，最可靠的自然规律之一，它与细胞学说，进化论一起被恩格斯誉为十九世纪自然科学的三大发现。课堂练习1、行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下来；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同物理过程是
( )A．物体的动能转化为其他形式的能B．物体的势能转化为其他形式的能C．物体的机械能转化为其他形式的能D．其他形式的能转化为物体的机械能答案：C三、第一类永动机1、
第一类永动机概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功.结果：无一例外地归于失败.原因：违背了热力学第一定律.2、永动机给我们的启示人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律.（视频演示不同永动机失败的原因）永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机.人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机.（不吃草的马）根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的.课堂练习2、关于能源的利用和节能，下列说法正确的是( )A．根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100%B．由于能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大C．节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉答案：D
了解人类对能量探索的历史过程，体验科学改进认知的过程。观察图片，结合生活实际，完成思考题。总结结论。阅读能量守恒定律的内容。完成课堂练习。了解永动机。动画演示永动机的工作方式。了解人类对永动机的探索，明白不同永动机失败的原因。完成课堂练习。
让学生学习科学家执着探索的科学精神，实事求是的严谨的科学态度，培养探究科学的兴趣。将课本知识结合生活实际，提高知识的实用性，激起学生对学习知识的兴趣。学会归纳和总结。通过学习人类对永动机的探索过程，学习科学家执着探索的科学精神。
拓展提高
1、“第一类永动机”是不可能制成的,这是因为它( )A.不符合热力学第一定律B.做功产生的热量太少C.由于有摩擦、热损失等因素的存在D.找不到合适的材料和合理的设计方案解析：第一类永动机是指不消耗能量而且还能对外做功的机器,故违背了热力学第一定律。答案：A2、(多选)下列关于能量转化现象的说法中,正确的是( )A.用太阳灶烧水是光能转化为内能B.风车发电是风的动能转化为电能C.核电站发电是电能转化为内能D.生石灰放入盛有凉水的烧杯里,水温升高是动能转化为内能解析：C选项中是核能转化为电能,D选项中是化学能转化为内能,A、B选项正确。答案：AB3、汽车关闭发动机后,沿斜面匀速下滑的过程中( )A.汽车的机械能守恒B.汽车的动能和势能相互转化C.汽车的机械能转化成内能,汽车的总能量减少D.汽车的机械能逐渐转化为内能,汽车的总能量守恒解析：汽车能匀速下滑,一定受阻力作用,克服阻力做功,机械能转化为内能,一部分内能散发出去,汽车的总能量减少。答案：C
完成拓展提高。
巩固基础知识。
课堂小结
能量守恒定律1、内容2、意义3、永动机不可制成
总结本节课知识点。
帮助学生梳理基础知识，建立知识框架。
板书
能量守恒定律1、内容2、意义3、永动机不可制成
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精品试卷·第
2
页
（共
2
页）
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能量守恒定律
人教版高中物理
选择性必修3
新知导入
让“饮水小鸭”“喝”
完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又会直立起来。如此循环往复....
这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗?
新知讲解
人类对能量的认识能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有自然现象都涉及能量，人类的任甸活动都离不开能量。能量具有不同的形式，有描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能，等等。不同形式的运动都可以用能量来描述。
人类对能量的认识
1798年
1831年
1821年
1820年
伦福德的实验表明热的本质是运动
奥斯特发现电流的磁效应
塞贝克发现温差电现象
法拉第发现电磁感应现象
一、探索足迹
新知讲解
能量守恒观念的形成
能量守恒观念的形成由于能量既抽象又以各种不同的形式广泛存在，所以能量守恒思想的萌芽及产生并不是一蹴而就的。从各种实验的验证，再到实验结果的被质疑，科学家们付出了大量的努力。应该说，人类对能量的认识过程，体现了科学前辈们对“守恒”这一科学思想的追寻。从18世纪末到19世纪中叶，不同领域的科学家从不同角度都提出过能量守恒的思想。人类对能量守恒的认识经历了一个由浅人深、由含糊到清晰的过程。
新知讲解
1836年
1843年
1842年
1841年
盖斯发现化学反应放出的热量与反应步骤无关
焦耳发现电流的热效应
迈尔表述了能量守恒定律
焦耳测定做功与传热的关系
1847年
亥姆霍兹在理论上概括和总结能量守恒定律
新知讲解
探究活动1：
观察手机无线充电的过程，思考能量是如何变化的？
新知讲解
探究活动2：
观察下列图片，思考能量是如何变化的？
鸡蛋的内能
水的内能
A球的动能
B球的动能
煮熟的鸡蛋放进冷水里
牛顿摆
新知讲解
探究活动3：
观察下列图片，思考能量从何而来的？
电灯为什么会发光?
电能转化为内能和光能
新知讲解
能量可以从一种形式转化为另一种形式
能量可以从一个物体转移到另一个物体
能量不会凭空产生，也不会凭空消失
思考：通过上述图片，你可以得出什么结论？
新知讲解
二、能量守恒定律
1
、内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为别的形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中其总量不变。
2
、表达式：E初=E末
3
、意义：能量守恒定律是自然界最普遍，最重要，最可靠的自然规律之一，它与细胞学说，进化论一起被恩格斯誉为十九世纪自然科学的三大发现。
课堂练习
1、行驶中的汽车制动后滑行一段距离，最后停下来；流星在夜空中坠落并发出明亮的光焰；降落伞在空中匀速下降；条形磁铁在下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生电流。上述不同现象中所包含的相同物理过程是
( )
A．物体的动能转化为其他形式的能
B．物体的势能转化为其他形式的能
C．物体的机械能转化为其他形式的能
D．其他形式的能转化为物体的机械能
C
新知讲解
三、第一类永动机
2、永动机给我们的启示
人类利用和改造自然时，必须遵循自然规律.
1、
第一类永动机
概念：不需要任何动力或燃料，却能源源不断地对外做功.
结果：无一例外地归于失败.
原因：违背了热力学第一定律.
新知讲解
著名科学家达·
芬奇早在15世纪就提出过永动机不可能的思想，他曾设计过一种转轮，如图所示.
在转轮边沿安装一系列的容器，容器中充了一些水银，他想水银在容器中移动有可能使转轮永远地转动，但是经过仔细研究之后，得出了否定的结论.他从许多类似的设计方案中认识到永动机的尝试是注定要失败的.他写道：“永恒运动的幻想家们！你们的探索何等徒劳无功！还是去做淘金者吧！”
达·芬奇设想的永动机
新知讲解
滚球永动机
17世纪，英国有一个被关在伦敦塔下叫马尔基斯的犯人，他做了一台可以转动的“永动机”，如图所示.
转轮直径达4.3米，有40个各重23千克的钢球沿转轮辐翼外侧运动，使力矩加大，待转到高处时，钢球会自动地滚向中心.据说，他曾向英国国王查理一世表演过这一装置.国王看了很是高兴，就特赦了他.其实这台机器是靠惯性来维持短时运动的.
滚球永动机
新知讲解
软臂永动机
19世纪有人设计了一种特殊机构，如图所示.
它的臂可以弯曲.臂上有槽，小球沿凹槽滚向伸长的臂端，使力矩增大.转到另一侧，软臂开始弯曲，向轴心靠拢.设计者认为这样可以使机器获得转矩.然而，他没有想到力臂虽然缩短了，阻力却增大了，转轮只能停止在原地.
软臂永动机
新知讲解
把水池的水提到高处，再让升高的水推动水轮机，水轮机除了带动水磨做功以外，还可使阿基米得螺旋转不断提水，如此周而复始，不就可以无需担心天旱水枯了吗？一时间，响应他的人大有人在，形形色色的自动水轮机陆续提出，竟出
现了热潮.
1.水沟
2.阿基米得螺旋
3.水轮
4.水磨
阿基米得螺旋永动机
阿基米得螺旋永动机
1681年，英国有一位著名的医生弗拉德提出一个建议，利用阿基米得螺旋.
新知讲解
磁力永动机
大约在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼尔斯，提出用磁石的吸力可以实现永动机.他的设计如图所示.
A是一个磁石，铁球G受磁石吸引可沿斜面滚上去，滚到上端的E处，从小洞B落下，经曲面BFC返回，复又被磁石吸引，铁球就可以沿螺旋途径连续运动下去.大概他那时还没有建立库仑定律，不知道磁力大小是与距离的平方成反比变化的，只要认真想一想，其荒谬处就一目了然了.
磁力永动机
新知讲解
新知讲解
永动机：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机.人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机.（不吃草的马）
根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的.
课堂练习
2、关于能源的利用和节能，下列说法正确的是( )
A．根据能量守恒定律，能源的利用率应该是100%
B．由于能量既不会凭空消失，也不会凭空产生，总是守恒的，所以节约能源的意义不大
C．节约能源只要提高节能意识就行，与科学进步无关
D．在能源的利用中，总会有一部分能源未被利用而损失掉
D
拓展提高
1、“第一类永动机”是不可能制成的,这是因为它( )
A.不符合热力学第一定律
B.做功产生的热量太少
C.由于有摩擦、热损失等因素的存在
D.找不到合适的材料和合理的设计方案
解析：第一类永动机是指不消耗能量而且还能对外做功的机器,故违背了热力学第一定律。
A
拓展提高
2、(多选)下列关于能量转化现象的说法中,正确的是( )
A.用太阳灶烧水是光能转化为内能
B.风车发电是风的动能转化为电能
C.核电站发电是电能转化为内能
D.生石灰放入盛有凉水的烧杯里,水温升高是动能转化为内能
解析：C选项中是核能转化为电能,D选项中是化学能转化为内能,A、B选项正确。
AB
拓展提高
3、汽车关闭发动机后,沿斜面匀速下滑的过程中( )
A.汽车的机械能守恒
B.汽车的动能和势能相互转化
C.汽车的机械能转化成内能,汽车的总能量减少
D.汽车的机械能逐渐转化为内能,汽车的总能量守恒
解析：汽车能匀速下滑,一定受阻力作用,克服阻力做功,机械能转化为内能,一部分内能散发出去,汽车的总能量减少。
C
课堂总结
能量守恒定律
内容
意义
永动机不可制成
板书设计
能量守恒定律
内容
意义
永动机不可制成
作业布置
课后练习和同步练习
谢谢
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