高中物理專題7.10能量守恒定律與能源教學(xué)設(shè)計新人教版必修2

PAGEPAGE1教材分析能量守恒定律與能源教材分析1．本節(jié)是對本章學(xué)問內(nèi)容的總結(jié)和擴展。能量就是從千差萬別的各種自然現(xiàn)象中抽象出來的概念。學(xué)生學(xué)習(xí)到這里，已經(jīng)可以從機械能轉(zhuǎn)化和守恒擴展到自然界各種能量的轉(zhuǎn)化和守恒了；

2．能量從更深的層次上反映了物質(zhì)運動和相互作用的本質(zhì)。能量守恒定律是人們相識自然的重要工具。能源關(guān)系到人們的衣食住行，關(guān)系到國家的興盛發(fā)達。能源的開發(fā)和利用，是關(guān)系人類生存和發(fā)展的一個重大的社會問題。這一節(jié)教學(xué)目標(biāo)的落腳點是使學(xué)生樹立科學(xué)的世界觀、形成可持續(xù)發(fā)展的意識上；

3．本節(jié)“思索與探討”對能源問題做了探討，這是一個質(zhì)疑的范例，它引導(dǎo)我們考慮能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性。通過實例說明，在能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中，能量是守恒的，但能量的品質(zhì)卻降低了，可以被人干脆利用的能量在漸漸削減，這就是能量耗散現(xiàn)象。所以，能量雖然守恒，但我們還要節(jié)約能源。學(xué)情分析學(xué)情分析通過能量守恒以及能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性，相識提高效率的重要性。了解能源與人類生存和社會發(fā)展的關(guān)系，知道可持續(xù)發(fā)展的重大意義。設(shè)計思想設(shè)計思想1．著重強調(diào)“守恒”的思想和觀念，它應(yīng)當(dāng)伴隨學(xué)習(xí)物理學(xué)的全過程，但是它又是一個不斷體驗和深化理解的過程。對能量守恒定律這一學(xué)問點的教學(xué)，通過學(xué)生舉例和演示試驗，說明各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，增加學(xué)生的感性相識，并激發(fā)學(xué)生的學(xué)習(xí)愛好，喚起學(xué)生劇烈的求知欲。因此在支配教學(xué)時，應(yīng)實行按部就班的方式?？梢詮臍v史的淵源入手，從現(xiàn)實閱歷入手，讓學(xué)生先接受這么一種思想和觀點，在此基礎(chǔ)上不斷加深相識。也可以在機械能守恒定律的基礎(chǔ)上相識和理解。讓學(xué)生親歷科學(xué)探究的過程，體會科學(xué)探討的方法，調(diào)動學(xué)生的實力，對學(xué)過的學(xué)問重新編排和整合，創(chuàng)建性地應(yīng)用于新的物理情景之中，解決物理問題。同時從能量守恒的教學(xué)中嘗試讓學(xué)生品嘗科2．由于能源與每個人都休戚相關(guān)，大家都想更深化地了解它，所以這一課的教學(xué)應(yīng)當(dāng)讓學(xué)生更多地參加進來。從課前的資料搜集到課上的成果展示都是以學(xué)生為主體，老師只是導(dǎo)演，學(xué)生成為“明星演員”。3．在教學(xué)中通過各種教學(xué)手段（包括學(xué)生試驗），激發(fā)學(xué)生探究和發(fā)覺物理規(guī)律的動機和愛好，其中特殊留意用相互聯(lián)系的觀點來使學(xué)生相識世界，啟發(fā)學(xué)生發(fā)覺各種現(xiàn)象的內(nèi)在聯(lián)系。學(xué)生通過這一階段的學(xué)習(xí)，相識實物的實力將會產(chǎn)生質(zhì)的變更。教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)【學(xué)問與實力】理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散?！具^程與方法】通過對生活中能量轉(zhuǎn)化的實例分析，理解能量守恒定律的準(zhǔn)確含義?！厩楦锌捶▋r值觀】1．感知我們四周能源的耗散，樹立節(jié)能意識；2．通過能量守恒定律的教學(xué)，讓學(xué)生領(lǐng)會物理規(guī)律的和諧美和簡潔美，發(fā)展對科學(xué)的新奇心與求知欲。教學(xué)重難點教學(xué)重難點【教學(xué)重點】能量守恒定律的建立過程和內(nèi)容?！窘虒W(xué)難點】1．理解能量守恒定律的準(zhǔn)確含義；2．能量轉(zhuǎn)化的方向性。課前打算課前打算多媒體素材、課件。教學(xué)過程教學(xué)過程［新課導(dǎo)入］我們已學(xué)習(xí)了多種形式的能，請同學(xué)們說出你所知道的能量形式。我們還知道不同能量之間是可以相互轉(zhuǎn)化的，請你舉幾個能量轉(zhuǎn)化的例子。在一個玻璃容器內(nèi)放入沙子，拿一個小鐵球分別從某一高度釋放，使其落到沙子中。小球運動過程中機械能是否守恒？請說出小球運動過程中能量的轉(zhuǎn)化狀況。在盛有水的玻璃容器中放一小木塊，讓小木塊在水中上下浮動，過一段時間，小木塊停止運動。小木塊運動過程中機械能是否守恒？請說出小球運動過程中能量的轉(zhuǎn)化狀況。以上試驗表明，各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，一種能量削減，必有其他能量增加，一個物體的能量削減，必定其他物體能量增加，能量的總和并沒有不化。這就是我們今日要學(xué)習(xí)的能量守恒定律。［新課教學(xué)］一、能量守恒定律1．自然現(xiàn)象之間的普遍聯(lián)系我們可以從千差萬別的各種自然現(xiàn)象中抽象出一個共通的量──能量，這說明不同的運動形式在相互轉(zhuǎn)化中有數(shù)量上的確定關(guān)系?？茖W(xué)家們始終在關(guān)注自然現(xiàn)象之間的普遍聯(lián)系……1801年戴維發(fā)覺電流的化學(xué)效應(yīng)（電和化學(xué)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年塞貝克發(fā)覺溫差電現(xiàn)象（熱和電的聯(lián)系）1831年法拉第發(fā)覺電磁感應(yīng)現(xiàn)象（電和磁的聯(lián)系）1840年焦耳發(fā)覺電流的熱效應(yīng)（電和熱的聯(lián)系）1842年邁爾表述了能量守恒定律，并計算出熱功當(dāng)量的數(shù)值（力和熱的聯(lián)系）1843年焦耳測定了熱功當(dāng)量的數(shù)值（力和熱的聯(lián)系）1947年亥姆霍茲在理論上概括和總結(jié)能量守恒定律……我們在初中學(xué)過的聲、光、熱、電、磁、力等各種現(xiàn)象，都與能量有著親密聯(lián)系。本章描述的機械能守恒定律是普遍的能量守恒定律的一種特殊形式。包括機械能守恒在內(nèi)的能量守恒思想的萌芽，盡管出現(xiàn)時都是非常模糊的，卻是后人總結(jié)和概括出普遍的能量守恒定律的依據(jù)。2．能量守恒定律確立的兩類重要事實導(dǎo)致能量守恒定律最終確立的兩類重要事實是：確認了永動機的不行能性和發(fā)覺了各種自然現(xiàn)象之間相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化。到了19世紀(jì)40年頭前后，科學(xué)界已經(jīng)形成了一種思想氛圍，即用聯(lián)系的觀點去視察自然。不僅各種機械能之間可以相互轉(zhuǎn)化，電流也可以產(chǎn)生化學(xué)效應(yīng)，電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象可以相互轉(zhuǎn)化，熱和電也可以相互轉(zhuǎn)化……這預(yù)示著，到了把分立的環(huán)節(jié)連成一體的時候了，也就是到了建立能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的時候了。在這種狀況下，不同國家、不同領(lǐng)域的十幾位科學(xué)家，以不同的方式，各自獨立地提出能量守恒定律，其中，邁爾、焦耳、亥姆霍茲的工作最有成效。3．能量守恒定律的內(nèi)容能量既不會殲滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。這個規(guī)律叫做能量守恒定律（lawofenergyconservation）。在能量守恒定律發(fā)覺之后，曾有人懷疑某種過程“能量不守恒”。但是，進一步探討又發(fā)覺，原來是漏掉了人類尚不相識的一種新形式的能量。假如把這種新形式的能量計算在內(nèi)，總能量依舊守恒。能量守恒定律經(jīng)受住了新的檢驗。4．能量守恒定律建立的意義能量守恒定律的建立，是人類相識自然的一次重大飛躍，是哲學(xué)和自然科學(xué)長期發(fā)展和進步的結(jié)果。它是最普遍、最重要、最牢靠的自然規(guī)律之一，而且是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式。和諧美是科學(xué)的魅力所在?！舅妓髋c探討】1．既然能量是寧恒的，不行能殲滅，為什么我們還要節(jié)約能源？2．歷史上曾有人設(shè)想制造一種不須要消耗任何能源就可以不斷做功的機器，即永動機，這樣的機器能不能制成？為什么？二、能源和能量耗散1．能源（1）能源能夠供應(yīng)可利用能量的物質(zhì)。（2）利用能源的三個時期能源是人類社會活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類利用能源大致經(jīng)驗了三個時期，即柴薪時期、煤炭時期、石油時期。自工業(yè)革命以來，煤和石油成為人類的主要能源。到了20世紀(jì)50年頭，世界石油和自然氣的消耗量超過了煤炭。煤炭和石油是古代植物和動物的遺體在地層中經(jīng)過一系列生物化學(xué)變更而生成的，與古生物化石有些相像，所以有時叫做化石能源。（3）能源的分類①常規(guī)能源和新能源a．常規(guī)能源人類目前消耗的能量主要來自煤、石油、天燃氣等，人們把煤、石油、自然氣叫做常規(guī)能源。b．新能源風(fēng)能、水流淌時的機械能、大陽能、沼氣、核能等。②可再生能源和不行再生能源a．可再生能源水流能、風(fēng)能是可再生能源。b．不行再生能源石油、煤炭等能源物質(zhì)，假如消耗完了就沒有了，是不行再生能源。③清潔能源和非清潔能源a．清潔能源為“綠色環(huán)?！蹦茉?。太陽能的利用不污染環(huán)境，它是一種清潔能源b．非清潔能源（4）大量消耗常規(guī)能源帶來的社會問題①能源枯竭煤炭和石油資源是有限的。以今日的開采和消耗速度，石油貯存將在百年內(nèi)用完，煤炭資源也不行能永續(xù)。隨著生產(chǎn)力的快速發(fā)展，使得能源的消耗也急劇增長，探討人員估計：根據(jù)目前的石油開采速度，地球上的石油貯存將在幾十年內(nèi)全部產(chǎn)完，煤的儲量稍多一些，但也將在二百多年的時間內(nèi)采完。所以常規(guī)能源不是取之不盡，用之不竭的。②環(huán)境污染與此同時，大量煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時排出的有害氣體污染了空氣，變更了大氣的分。能源短缺和環(huán)境惡化已經(jīng)成為關(guān)系到人類社會能否持續(xù)發(fā)展的大問題。例一：石油和煤炭燃燒時產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，由此產(chǎn)生了溫室效應(yīng)，使得地面的氣溫上升，兩極的冰雪熔化，海平面上升，沉沒沿海城市，海水向河流倒灌、耕地鹽堿化等.例二：常規(guī)能源的運用會產(chǎn)生有毒氣體和浮塵，能引起人的多種疾病。常規(guī)能源的短缺和由這類能源利用所帶來的環(huán)境污染，使得新能源的開發(fā)成為當(dāng)務(wù)之急。（5）各種能源的內(nèi)在聯(lián)系大海中的水被太陽曬熱、蒸發(fā)，變成云，變成雨，著陸在高山上，匯成河流，所以宏觀上也可以說：水力發(fā)電站輸出的電能來自太陽。有人說：煤和石油的能量也來自太陽，那么，太陽能通過什么途徑變成了煤礦和石油中的化學(xué)能？地球上的各種能源中，太陽輻射能(簡稱太陽能)占著特殊重要的地位。除了人的食物中的能量是來源于太陽能外，草木燃料、化石燃料、風(fēng)力、流水、海流、海洋熱能的能量也來源于太陽能.盡管太陽向四面八方輻射的熱量僅有二十二億分之一到達地球大氣的最高層，并且還有一部分被大氣層反射和消耗在加熱空氣上，然而，每秒鐘到達地面上的總量還高達80萬億千瓦.這一能量是很大的，假如用它來發(fā)電，就可以得到比現(xiàn)在全世界發(fā)電總量大約數(shù)萬倍以上的電力.太陽能是地球上可以獲得的、能連續(xù)供應(yīng)的最大能源，真可謂“取之不盡，用之不竭”。太陽能的利用，有間接利用和干脆利用兩種形式，所謂間接利用，就是利用草木燃燒、化石燃料、風(fēng)力、水力、海洋熱能、海流淌能和各種被固定的太陽能(如沼氣、海洋生物)的能量.學(xué)了生物后，你就會理解草木燃料、化石燃料、海洋生物等的能量是被固定的太陽能，所以煤又被稱為太陽石.據(jù)你所學(xué)地理學(xué)問，就能理解風(fēng)力、水力等能源的能量從根本上是太陽能轉(zhuǎn)化而來的.間接利用太陽能的方法許多，除一般火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電之外，還有海水溫差發(fā)電，海流發(fā)電，大氣上層的電離氣體發(fā)電等等.潮汐的主要緣由是月球引力的影響.所以不歸為太陽能的間接利用，核能也不屬于太陽能。煤煤石油燃燒爐自然氣水力風(fēng)力核能太陽能內(nèi)能機械能電能反應(yīng)堆風(fēng)車水輪機光電池太陽灶常規(guī)能源新能源熱機電動機發(fā)電機2．能量耗散（1）能量耗散燃料燃燒時一旦把自己的熱量釋放出去，它就不會再次自動聚集起來供人類重新利用；電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，它又通過燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)汲取之后變成四周環(huán)境的內(nèi)能，我們也無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用。這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。流散的內(nèi)能無法收集起來重新利用的現(xiàn)象，叫做能量耗散。城市的工業(yè)和交通急劇發(fā)展，給人們的生活帶來便利的同時，也使得城市環(huán)境接收了過多耗散的能量，使城市環(huán)境的溫度上升。紅外照片是不能辨別顏色的，右圖中的顏色是為區(qū)分不同的溫度而在照片處理時加上的。（2）能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性能量耗散表明，在能源的利用過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量上并未削減，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成不便于利用的了。這是能源危機更深層次的含意，也是“自然界的能量雖然守恒，但還是要節(jié)約能源”的根本緣由。能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性。能源的利用受這種方向性的制約，所以能源的利用是有條件的，也是有代價的。［小結(jié)］能源是提高人民生活水平和進行現(xiàn)代化建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，但是，能源與人們的需求及環(huán)境之間的關(guān)系又迫使人們不得不留意節(jié)約能源和開發(fā)新能源。太陽能、風(fēng)能都是無污染、不須要開采費用的能源，而且取之不盡，用之不竭，目前處于試驗運用階段，要大規(guī)模地運用還須要取得技術(shù)上的突破.無論是節(jié)約能源，還是開發(fā)能源，都要靠科學(xué)探討，都要駕馭先進的技術(shù)，希望同學(xué)們努力學(xué)習(xí)，將來能夠在能源科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域為祖國做貢獻。本節(jié)課我們了解了能源和環(huán)境的關(guān)系，能源與人類需求之間的沖突，那么在今后的生活中，我們要從自身做起，節(jié)約能源，愛護生態(tài)環(huán)境.在19世紀(jì)中葉，還有一些人也致力于能量守恒地探討。他們從不同的角度動身，彼此獨立地探討，卻幾乎同耐發(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。此時，能