2019-2020年人教版高中物理必修二 第七章 第10節(jié) 能量守恒定律與能源 教案1.doc

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2019-2020年人教版高中物理必修二 第七章 第10節(jié) 能量守恒定律與能源 教案1 三維目標(biāo) 知識與技能 理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散； 過程與方法 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確切含義。 情感、態(tài)度與價值觀 1．感知我們周圍能源的耗散，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)略物理規(guī)律的和諧美和簡潔美，發(fā)展對科學(xué)的好奇心與求知欲。 教學(xué)重點 能量守恒定律的內(nèi)容。 教學(xué)難點 1．理解能量守恒定律的確切含義； 2．能量轉(zhuǎn)化的方向性。 教學(xué)方法 教師啟發(fā)、引導(dǎo)，學(xué)生自主閱讀、思考，并討論、交流學(xué)習(xí)成果。 教學(xué)工具 投影儀、教學(xué)錄像或課件。 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)化情況。 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)化情況。 以上實驗表明，各種形式的能量可以相互轉(zhuǎn)化，一種能量減少，必有其他能量增加，一個物體的能量減少，必定其他物體能量增加，能量的總和并沒有不化。這就是我們今天要學(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。 科學(xué)家們一直在關(guān)注自然現(xiàn)象之間的普遍聯(lián)系 …… 1801年 戴維發(fā)現(xiàn)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)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)（電和磁的聯(lián)系） 1821年 塞貝克發(fā)現(xiàn)溫差電現(xiàn)象（熱和電的聯(lián)系） 1831年 法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象（電和磁的聯(lián)系） 1840年 焦耳發(fā)現(xiàn)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，都與能量有著密切聯(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)時都是十分模糊的，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)致能量守恒定律最后確立的兩類重要事實是：確認了永動機的不可能性和發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化。到了19世紀40年代前后，科學(xué)界已經(jīng)形成了一種思想氛圍，即用聯(lián)系的觀點去觀察自然。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。在這種情況下，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 能量既不會消滅，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（law of energy conservation）。 在能量守恒定律發(fā)現(xiàn)之后，曾有人懷疑某種過程“能量不守恒”。但是，進一步研究又發(fā)現(xiàn)，原來是漏掉了人類尚不認識的一種新形式的能量。如果把這種新形式的能量計算在內(nèi)，總能量依然守恒。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，是人類認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、最可靠的自然規(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。 【思考與討論】 1．既然能量是寧恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約能源？ 2．歷史上曾有人設(shè)想制造一種不需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 能夠提供可利用能量的物質(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)歷了三個時期，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50年代，世界石油和天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)變化而生成的，與古生物化石有些相似，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、天然氣叫做常規(guī)能源。 b．新能源 風(fēng)能、水流動時的機械能、大陽能、沼氣、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、風(fēng)能是可再生能源。 b．不可再生能源 石油、煤炭等能源物質(zhì)，如果消耗完了就沒有了，是不可再生能源。 ③清潔能源和非清潔能源 a．清潔能源 為“綠色環(huán)?！蹦茉础Ｌ柲艿睦貌晃廴经h(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。以今天的開采和消耗速度，石油儲藏將在百年內(nèi)用盡，煤炭資源也不可能永續(xù)。隨著生產(chǎn)力的迅速發(fā)展，使得能源的消耗也急劇增長，研究人員估計：按照目前的石油開采速度，地球上的石油儲藏將在幾十年內(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，改變了大氣的分。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，淹沒沿海城市，海水向河流倒灌、耕地鹽堿化等. 例二：常規(guī)能源的使用會產(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，降落在高山上，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)占著特別重要的地位。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，如果用它來發(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，有間接利用和直接利用兩種形式，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、海流動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)地理知識，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很多，除普通火力發(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. 潮汐的主要原因是月球引力的影響.所以不歸為太陽能的間接利用，核能也不屬于太陽能。 煤 石油 燃燒爐 天然氣 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)吸收之后變成周圍環(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，給人們的生活帶來方便的同時，也使得城市環(huán)境接收了過多耗散的能量，使城市環(huán)境的溫度升高。 紅外照片是不能分辨顏色的，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)量上并未減少，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”的根本原因。 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注意節(jié)約能源和開發(fā)新能源。 太陽能、風(fēng)能都是無污染、不需要開采費用的能源，而且取之不盡，用之不竭，目前處于試驗使用階段，要大規(guī)模地使用還需要取得技術(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)研究，都要掌握先進的技術(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矛盾，那么在今后的生活中，我們要從自身做起，節(jié)約能源，保護生態(tài)環(huán)境. ［布置作業(yè)］ 教材第82頁“問題與練習(xí)”。