2024-2025學(xué)年高中物理第四章能量守恒與熱力學(xué)定律1能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)教案教科版選修3-3

PAGE6-能量守恒定律的發(fā)覺教學(xué)內(nèi)容分析本節(jié)內(nèi)容為教化科學(xué)出版社出版一般中學(xué)課程標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)教材物理選修3-3第四章第一節(jié)，題目是“能量守恒定律的發(fā)覺”。關(guān)于能量守恒，初中物理中就起先有所體現(xiàn)，在中學(xué)物理中常常出現(xiàn)這樣的觀點(diǎn)，無論是力學(xué)、電學(xué)、光學(xué)，還是原子物理、熱學(xué)，都有能量守恒的詳細(xì)體現(xiàn)，對(duì)學(xué)生來說并不生疏，但學(xué)生對(duì)能量守恒定律的理解并不深刻，對(duì)能量守恒定律的發(fā)覺過程也不是很清晰，這節(jié)課來解決這些問題，同時(shí)對(duì)能量守恒定律進(jìn)行歸納總結(jié)和整理。本節(jié)是本章的第一節(jié)的內(nèi)容，我支配在其次節(jié)“熱力學(xué)第肯定律”之后進(jìn)行，兩節(jié)的依次顛倒了一下，因?yàn)闊崃W(xué)第肯定律其實(shí)也是能量守恒定律的一種詳細(xì)體現(xiàn)，先講熱力學(xué)第肯定律，再講能量守恒，對(duì)能量守恒來說，更全面一些。能量守恒定律是一個(gè)特別重要的內(nèi)容，能量守恒的思想更是一種無可替代的特別重要的思想，而且，能量守恒定律的發(fā)覺與確立被認(rèn)為是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)覺之一，具有特別重要的地位，讓學(xué)生確立這種守恒的思想，對(duì)學(xué)生的核心素養(yǎng)的提升是特別重要的。學(xué)生狀況分析學(xué)生在初中階段就初步了解了能量守恒定律，在高一年級(jí)必修2中，知道功是能量轉(zhuǎn)化的量度，能量轉(zhuǎn)化要通過做功來實(shí)現(xiàn)，并深化學(xué)習(xí)了機(jī)械能守恒定律，并初步建立了能量守恒的思想。在熱學(xué)部分、原子物理部分、光學(xué)部分也都有能量守恒的詳細(xì)應(yīng)用，比如熱力學(xué)第肯定律、光電效應(yīng)方程、帶電粒子在電場(chǎng)和磁場(chǎng)中的運(yùn)動(dòng)、電磁振蕩中的能量轉(zhuǎn)化等，這些內(nèi)容對(duì)能量守恒定律的理解起到了鋪墊的作用，通過科學(xué)家探究過程的歷史回顧，對(duì)能量守恒定律的理解就能水到渠成。但對(duì)能量守恒的深化理解并不能通過這一節(jié)課就能完成的，還須要后續(xù)不斷深化和加強(qiáng)。另外，學(xué)生對(duì)做功與能量往往混為一談，理不清能量的轉(zhuǎn)化關(guān)系，對(duì)能量轉(zhuǎn)化過程的理解不夠深刻。本校學(xué)生屬本區(qū)程度較好的學(xué)生，本班學(xué)生屬一般平行班，每班還有八九名內(nèi)高班學(xué)生，基礎(chǔ)更差，本地學(xué)生的程度也參差不齊，差異較大，要考慮到全體學(xué)生的狀況，教學(xué)不宜過快、過難。教學(xué)目標(biāo)與重難點(diǎn)分析（一）教學(xué)目標(biāo)1．能舉例說明自然存在的各種能量，體會(huì)能量的多樣性，并探討其詳細(xì)的轉(zhuǎn)化過程；2．能從能量轉(zhuǎn)化與守恒的角度說明永動(dòng)機(jī)制作失敗的緣由；3．通過有關(guān)史實(shí)，相識(shí)能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的發(fā)覺過程，領(lǐng)會(huì)自然界的奇異。4．體會(huì)科學(xué)探究中的失敗對(duì)科學(xué)發(fā)覺的意義，學(xué)習(xí)科學(xué)家堅(jiān)持真理，勇于創(chuàng)新以及實(shí)事求是的科學(xué)看法和科學(xué)精神。（二）重難點(diǎn)分析1．重點(diǎn)：能量守恒定律的理解及應(yīng)用。2．難點(diǎn)：運(yùn)用功能關(guān)系推導(dǎo)論證詳細(xì)問題中的能量守恒。教學(xué)流程引入新課引入新課學(xué)生舉例說明能量的形式及轉(zhuǎn)化實(shí)例論證、合理外推能量守恒的發(fā)覺歷程永動(dòng)機(jī)研制失敗、能量守恒的體現(xiàn)課堂小結(jié)能量守恒定律的內(nèi)容理解能量守恒定律相識(shí)能量的多樣性論證能量守恒了解物理學(xué)史應(yīng)用、體會(huì)教學(xué)過程（一）引入新課問題1：現(xiàn)在，有一個(gè)特別熱的詞，叫“能源危機(jī)”，國家大力提倡“綠色生活”“低碳生活”，你是如何理解“能源危機(jī)”里的“能”字？（二）教學(xué)過程環(huán)節(jié)一：能量的多樣性及能量的轉(zhuǎn)化問題2：你知道能量都有哪些詳細(xì)的形式嗎？它們之間能相互轉(zhuǎn)化嗎？能舉例說明嗎？學(xué)生探討回答，投影下圖，簡要說明能量的多樣性及不同形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化。過渡：這是我們現(xiàn)在的相識(shí)，但是，在歷史上，這些能量的轉(zhuǎn)化現(xiàn)象，都不是輕易就能被發(fā)覺的。投影：1800年，伏打獨(dú)創(chuàng)了電堆（電和化學(xué)的聯(lián)系）1808年，戴維獨(dú)創(chuàng)了電弧燈（電和光的聯(lián)系）1820年，奧斯特發(fā)覺電流的磁效應(yīng)（電和磁的聯(lián)系）1821年，塞貝爾發(fā)覺溫差電現(xiàn)象（熱和電的聯(lián)系）1824年，卡諾通過對(duì)熱機(jī)原理的探討（熱和力的聯(lián)系）1831年，法拉第發(fā)覺電磁感應(yīng)現(xiàn)象（磁和電的聯(lián)系）1834年，法拉第發(fā)覺了電化當(dāng)量（電和化學(xué)的聯(lián)系）1840年，焦耳發(fā)覺了電流的熱效應(yīng)（電和熱的聯(lián)系）1843年，焦耳測(cè)定了熱功當(dāng)量的數(shù)值（力和熱的聯(lián)系）過渡：既然能量是可以相互轉(zhuǎn)化的，在這種“變”的過程中，是不是存在一種“不變”的規(guī)律呢？你覺得會(huì)有什么東西是不變的呢？你真的信任嗎？環(huán)節(jié)二：實(shí)例論證、合理外推情景1：固定的光滑斜面上，小木塊由靜止釋放，在小木塊沿斜面下滑的過程中，問：⑴小木塊做什么運(yùn)動(dòng)？⑵有什么形式的能量發(fā)生了改變？能量是如何轉(zhuǎn)化的？⑶動(dòng)能的增加量對(duì)應(yīng)于什么力做功？重力勢(shì)能的削減量對(duì)應(yīng)于什么力做功？⑷動(dòng)能的增加量和重力勢(shì)能的削減量之間什么關(guān)系？說明：在動(dòng)能和重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化的過程中，機(jī)械能是守恒的，這屬于力學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的能量守恒。拓展：⑸假如斜面不光滑呢？說明：由于摩擦生熱的原因，系統(tǒng)的機(jī)械能雖然不守恒了，但放在一個(gè)大系統(tǒng)內(nèi)，機(jī)械能與內(nèi)能的總量依舊是守恒的，這屬于力學(xué)與熱學(xué)領(lǐng)域的能量守恒。情景2：在豎直向上的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，固定的光滑絕緣斜面上，帶負(fù)電的小物塊由靜止釋放后，沿斜面加速下滑。問：⑴有什么形式的能量發(fā)生了改變？能量是如何轉(zhuǎn)化的？⑵動(dòng)能的改變量對(duì)應(yīng)于什么力做功？重力勢(shì)能的改變量對(duì)應(yīng)于什么力做功？電勢(shì)能的改變量對(duì)應(yīng)于什么力做功？⑶動(dòng)能的增加量和兩種勢(shì)能的削減量之間什么關(guān)系？說明：在機(jī)械能和靜電場(chǎng)中電勢(shì)能轉(zhuǎn)化的過程中，總能量是不變的，這屬于力學(xué)與電學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的能量守恒。情景3：U型導(dǎo)軌所在平面與水平面成θ角，勻強(qiáng)磁場(chǎng)方向垂直于軌道平面，導(dǎo)體棒沿軌道平面勻速下滑。問：⑴有什么形式的能量發(fā)生了改變？能量是如何轉(zhuǎn)化的？⑵重力勢(shì)能的改變量如何表達(dá)？產(chǎn)生的電能多少對(duì)應(yīng)于什么力做功？⑶重力勢(shì)能的削減量與電能的增加量之間什么關(guān)系？說明：在機(jī)械能和電磁感應(yīng)現(xiàn)象中產(chǎn)生的電能的轉(zhuǎn)化過程中，總能量保持不變，這也屬于力學(xué)與電學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的能量守恒。拓展：⑸產(chǎn)生的電能哪里去了？消耗的總電能與電流通過電阻產(chǎn)生的焦耳熱什么關(guān)系？說明：在電能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程中，總能量是不變的，這屬于電學(xué)與熱學(xué)領(lǐng)域內(nèi)的能量守恒。合理外推：我們有理由信任，在任何能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，總能量都是守恒的。環(huán)節(jié)三：能量守恒定律的發(fā)覺與確立師：從1837年起先的10年內(nèi)，西歐的四、五個(gè)國家，從事七、八種專業(yè)的10多位科學(xué)家分別通過不同的途徑各自獨(dú)立地發(fā)覺了能量守恒定律，這其中，貢獻(xiàn)最大的有三位：邁爾、焦耳、亥姆霍茲。1．邁爾（1814－1878）。德國的醫(yī)生，物理學(xué)家。邁爾從生理學(xué)的角度起先對(duì)能量進(jìn)行探討，他從“無不生有，有不變無”的哲學(xué)觀念動(dòng)身，表達(dá)了對(duì)能量轉(zhuǎn)化和守恒思想，他分析了25種能量的轉(zhuǎn)化和守恒現(xiàn)象，成為世界上最先闡述能量守恒思想的人。2．焦耳（1818－1889）。英國物理學(xué)家，焦耳對(duì)能量守恒的探討工作始于電流的熱效應(yīng)，1840年得到了焦耳定律，在此后30多年，先后做試驗(yàn)400多次，測(cè)得了大量數(shù)據(jù)，測(cè)出了熱功當(dāng)量的數(shù)值。這一結(jié)論為能量守恒定律建立了堅(jiān)固的試驗(yàn)基礎(chǔ)。3．亥姆霍茲（1821－1894）。德國物理學(xué)家，1847年，在柏林物理學(xué)會(huì)議上，他分析了化學(xué)能、機(jī)械能、電磁能、光能等不同形式的能的轉(zhuǎn)化和守恒，并且把結(jié)果跟永動(dòng)機(jī)不行能制造勝利聯(lián)系起來，他認(rèn)為不行能無中生有的創(chuàng)建一個(gè)永久的推動(dòng)力，機(jī)器能能轉(zhuǎn)化能量，不能創(chuàng)建和殲滅能量。亥姆霍茲在論文里對(duì)能量守恒定律作了一個(gè)清晰、全面而且概括的論述，使這肯定律為人們廣泛接受。環(huán)節(jié)四：能量守恒定律的內(nèi)容老師：在19世紀(jì)中葉，還有一些人也致力于能量守恒的探討，他們從不同的角度動(dòng)身，彼此獨(dú)立的探討，卻幾乎同時(shí)發(fā)覺了這一宏大的定律，因此，能量守恒定律的發(fā)覺是科學(xué)發(fā)展的必定結(jié)果。大量事實(shí)證明：各種形式的能都可以相互轉(zhuǎn)化，并且在轉(zhuǎn)化過程中守恒。投影：能量守恒定律的內(nèi)容：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消逝，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中其總量不變。師：能量守恒定律是自然界普遍存在的一個(gè)基本規(guī)律，不僅對(duì)物理學(xué)各個(gè)領(lǐng)域的探討，如力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等都有指導(dǎo)意義，同時(shí)對(duì)化學(xué)、生物學(xué)等自然科學(xué)的探討也都有指導(dǎo)作用。能量守恒定律的發(fā)覺與確立被認(rèn)為是19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)覺之一。環(huán)節(jié)五：永動(dòng)機(jī)研制的失敗投影：永動(dòng)機(jī)的圖片、動(dòng)畫問題4：你覺得這些機(jī)器能“永動(dòng)”嗎？歷史上不少人希望設(shè)計(jì)一種機(jī)器，這種機(jī)器不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功。這種機(jī)器被稱為永動(dòng)機(jī)。雖然許多人，進(jìn)行了許多嘗試和各種努力，但無一例外地以失敗告終。失敗的緣由是設(shè)計(jì)者違反了能量守恒定律，任何機(jī)器運(yùn)行時(shí)其能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。永動(dòng)機(jī)研制的失敗進(jìn)一步證明白能量守恒定律的正確性。環(huán)節(jié)六：找尋能量守恒的詳細(xì)體現(xiàn)問題5：在“力電熱光原”等部分，各自存在哪些能量形式、如何轉(zhuǎn)化？請(qǐng)分別舉出幾個(gè)物理模型來體現(xiàn)能量守恒。學(xué)生思索探討，然后學(xué)生匯報(bào)、溝通。拓展引申：其實(shí)，能量守恒的思想體現(xiàn)在我們生活和生產(chǎn)的各個(gè)方面。比如，減肥，其實(shí)就是減輕