粵教版選修33 3.3能量守恒定律 教案.docVIP

3 能量守恒定律一、教學(xué)目標(biāo)1在物理知識方面的要求：（1）理解能量守恒定律，能列舉出能量守恒定律的實例；（2）理解“永動機”不能實現(xiàn)的原理。2讓學(xué)生初步學(xué)會運用能量守恒定律計算一些簡單的內(nèi)能和機械能相互轉(zhuǎn)化的問題。3能量守恒定律是自然科學(xué)的基本定律之一，應(yīng)用能的轉(zhuǎn)化和守恒的觀點來分析物理現(xiàn)象、解決物理問題是很重要的物理思維方法。二、重點、難點分析1重點內(nèi)容是能量守恒定律，強調(diào)能量守恒定律是自然科學(xué)中最基本定律。學(xué)習(xí)運用能的轉(zhuǎn)化和守恒原理計算一些物理習(xí)題。2運用能量守恒定律對具體的自然現(xiàn)象進行分析，說明能是怎樣轉(zhuǎn)化的，對學(xué)生來說是有難度的。三、教具幻燈、幻燈片，其內(nèi)容是：1反映電能、機械能、化學(xué)能與內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化的實例插圖。2反映自然界各種形式能相互轉(zhuǎn)化的實例插圖。3歷史上有人設(shè)計的“永動機”插圖。四、主要教學(xué)過程（一）引入新課我們知道刀具在砂輪上磨削時，刀具發(fā)熱是因為通過摩擦力做功，機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。在暖氣片上放有一瓶冷水，過一段時間后水變熱，這是通過熱量傳遞使這瓶水內(nèi)能增加。這些實例中，物體的內(nèi)能為什么增加了？是憑空產(chǎn)生的還是由其他形式能轉(zhuǎn)化來的？能的轉(zhuǎn)化過程中數(shù)量之間有什么關(guān)系？這是今天要學(xué)習(xí)的內(nèi)容。（二）教學(xué)過程設(shè)計1機械能與內(nèi)能轉(zhuǎn)化過程中能量守恒（1）運動的汽車緊急剎車，汽車最終停下來。這過程中汽車的動能（機械能）轉(zhuǎn)化為輪胎和路面的內(nèi)能（假定這過程沒有與周圍物體有熱交換，即不散熱也不吸熱）。摩擦力做了多少功，內(nèi)能就增加多少。公式w=e表示了做功與內(nèi)能變化的關(guān)系，這公式也反映出做功過程中，機械能的損失數(shù)量恰好等于物體內(nèi)能增加的數(shù)量。（2）把一鐵塊放入盛有水的燒杯中，用酒精燈加熱燒杯內(nèi)水，直至水沸騰。在這一過程中，鐵塊從周圍水中吸收了熱量使它溫度升高，內(nèi)能增加。這過程中水的一部分內(nèi)能通過熱量傳遞使鐵塊內(nèi)能增加。鐵塊吸收多少熱量，它內(nèi)能就增加多少。公式q=e表示吸收的熱量與內(nèi)能變化量的關(guān)系，也反映出鐵塊增加的內(nèi)能數(shù)量與水轉(zhuǎn)移給鐵塊的內(nèi)能數(shù)量相等。一般情況下，如果物體跟外界同時發(fā)生做功和熱傳遞過程，那么，外界對物體所做的功w加上物體從外界吸收的熱量q，等于物體內(nèi)能的增加e，即w+q=e上式所表示的是功、熱量和內(nèi)能之間變化的定量關(guān)系，同時它也反映了一個物體的內(nèi)能增加量等于物體的機械能減少量和另外物體內(nèi)能減少量（內(nèi)能轉(zhuǎn)移量）之和。進而說明，內(nèi)能和機械能轉(zhuǎn)化過程中能量是守恒的。2其他形式的能也可以和內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化（1）介紹其他形式能：我們學(xué)習(xí)過機械運動有機械能，熱運動有內(nèi)能，實際上自然界存在著許多不同形式的運動，每種運動都有一種對應(yīng)的能量，如電能、磁能、光能、化學(xué)能、原子能等。（2）不僅機械能和內(nèi)能可以相互轉(zhuǎn)化，其他形式能也可以和內(nèi)能相互轉(zhuǎn)化，舉例說明：（同時放映幻燈片） 電爐取暖：電能內(nèi)能 煤燃燒：化學(xué)能內(nèi)能 熾熱燈燈絲發(fā)光：內(nèi)能光能（3）其他形式的能彼此之間都可以相互轉(zhuǎn)化。畫出圖表讓學(xué)生回答分析：3能量守恒定律大量事實證明：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。“能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中其總量不變?！边@就是能量守恒定律。在學(xué)習(xí)力學(xué)知識時，學(xué)習(xí)了機械能守恒定律。機械能守恒定律是有條件限制的定律，而且實際現(xiàn)象中是不可能實現(xiàn)的。而能量守恒定律是存在于普遍自然現(xiàn)象中的自然規(guī)律。這規(guī)律對物理學(xué)各個領(lǐng)域的研究，如力學(xué)、電學(xué)、熱學(xué)、光學(xué)等都有指導(dǎo)意義。它也對化學(xué)、生物學(xué)等自然科學(xué)的研究都有指導(dǎo)作用。能量守恒定律的地位表達：能量守恒定律是經(jīng)過人類的長期探索后，在19世紀(jì)確立的。恩格斯曾經(jīng)把這一定律稱為“偉大的運動基本定律”，認為它的發(fā)現(xiàn)是“19世紀(jì)自然科學(xué)的三大發(fā)現(xiàn)之一”（另兩大發(fā)現(xiàn)分別是細胞學(xué)說和達爾文的生物進化論）。既然能量守恒定律是偉大的基本定律，那么違背能量守恒定律的人為努力必然也是失敗的永動機不可能制成4永動機不可能制成歷史上不少人希望設(shè)計一種機器，這種機器不需要任何動力或燃料，卻能不斷對外做功。這種機器稱為第一類永動機。雖然很多人，進行了很多嘗試和各種努力，但無一例外地以失敗告終。失敗的原因是設(shè)計者完全違背了能量守恒定律，任何機器運行時其能量只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。如果它對外做功必然消耗能量，不消耗能量就無法對外做功，因而永動機是永遠不可能制造成功的。下面是幾個永動機的設(shè)計方案教材p67圖3-3-1方案介紹補充介紹右圖方案永動機雖然失敗了，但科學(xué)家們的愿望是美好的，探索的精神是可貴的，付出的努力也是由價值的。如果沒有他們從反面的角度提供這樣的素材，我們也不足以認識能量守恒定律的偉大。5運用能量守恒定律進行物理計算例題：用鐵錘打擊鐵釘，設(shè)打擊時有80的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能的50用來使鐵釘?shù)臏囟壬摺柎驌?0次后，鐵釘?shù)臏囟壬叨嗌贁z氏度？已知鐵錘的質(zhì)量為12kg，鐵錘打擊鐵釘時的速度是10ms，鐵釘質(zhì)量是40g，鐵的比熱是 50102j（kg）。首先讓學(xué)生分析鐵錘打擊鐵釘?shù)倪^程中能量的轉(zhuǎn)化。歸納學(xué)生回答結(jié)果，指出鐵錘打擊鐵釘時，鐵錘的一部分動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，而且內(nèi)能中的一半被鐵釘吸收，使它的溫度升高。如果用u表示鐵釘?shù)膬?nèi)能增加量，鐵錘和鐵釘?shù)馁|(zhì)量分別用m和m表示，鐵錘打擊鐵釘時的速度用v表示。依據(jù)能量守恒定律，有鐵釘?shù)膬?nèi)能增加量不能直接計算鐵釘?shù)臏囟?，我們把機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的數(shù)量等效為以熱傳遞方式完成的，因此等效為計算打擊過程中鐵釘吸收多少熱量，這熱量就是鐵釘?shù)膬?nèi)能增加量。因此有qcmt上式中c為鐵的比熱，t表示鐵釘?shù)臏囟壬吡俊⑸厦鎯蓚€公式聯(lián)立，得出經(jīng)計算得出鐵釘溫度升高24。