1/87．10能量守恒定律與能源西安電子科技大學(xué)附屬中學(xué)雷戰(zhàn)斌核心素養(yǎng)：通過《能量守恒定律和能源》的學(xué)習(xí)過程，用能量的觀點(diǎn)分析問題深入學(xué)生的心中，因?yàn)檫@是最本質(zhì)的分析方法；感知我們周圍能源的耗散，樹立節(jié)能意識(shí)。教學(xué)目標(biāo)：理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散；通過對(duì)生活中能量轉(zhuǎn)化的實(shí)例分析，理解能量守恒定律的確切含義。教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)：教學(xué)重點(diǎn)1．能量守恒定律的內(nèi)容．2．應(yīng)用能量守恒定律解決問題．教學(xué)難點(diǎn)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：探究、講授、討論、練習(xí)教學(xué)活動(dòng)：課前：登陸優(yōu)教平臺(tái)，發(fā)送預(yù)習(xí)任務(wù)。根據(jù)優(yōu)教平臺(tái)上學(xué)生反饋的預(yù)習(xí)情況，發(fā)現(xiàn)薄弱點(diǎn)，針對(duì)性教學(xué)。（優(yōu)教提示：請(qǐng)登陸優(yōu)教平臺(tái)，發(fā)送本節(jié)預(yù)習(xí)任務(wù)）[新課導(dǎo)入]師：我們已學(xué)習(xí)了多種形式的能，請(qǐng)同學(xué)們說出你所知道的能量形式．我們還知道不同量之間是可以相互轉(zhuǎn)化的，請(qǐng)舉幾個(gè)能量轉(zhuǎn)化的例子。師：例如電燈能夠發(fā)光是因?yàn)殡娔苻D(zhuǎn)化為了光能。當(dāng)電燈發(fā)光的同時(shí)．還能感覺到電燈是熱的，說明什么問題呢?學(xué)生思考回答。（說明在電能轉(zhuǎn)化為光能的同時(shí)還產(chǎn)生了熱能）學(xué)生根據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)舉例。①當(dāng)兩個(gè)物體相互摩擦的時(shí)候，它們的溫度會(huì)升高，這個(gè)過程中機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；②在火箭發(fā)射的時(shí)候，推進(jìn)劑燃燒產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為火箭的機(jī)械能；③汽車在行駛過程中，汽車內(nèi)燃機(jī)產(chǎn)生的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為汽車的機(jī)械能。類似的還有太陽能電池站，課件展示太陽能電池站的工作原理，請(qǐng)同學(xué)誦讀，并分析能量的轉(zhuǎn)換方式。學(xué)生思考回答。（太陽能內(nèi)能機(jī)械能電能）課件展示打雷閃電形成過程，請(qǐng)同學(xué)誦讀，并分析能量的轉(zhuǎn)換方式。學(xué)生思考回答。（電能內(nèi)能、聲能、光能）課件展示樹苗生長(zhǎng)的過程，請(qǐng)同學(xué)誦讀，并分析能量的轉(zhuǎn)換方式學(xué)生思考回答。（太陽能化學(xué)能）師：看起來自然界除了我們?cè)谏蠋坠?jié)學(xué)過的機(jī)械能之外，還有各種各樣的能量，并且各種能量能夠互相轉(zhuǎn)換，那么在能量轉(zhuǎn)化的過程中，是否也和機(jī)械能守恒定律一樣，有某種守恒規(guī)律呢?課件展示：水果電池、鉆木取火，分析能量的轉(zhuǎn)換方式學(xué)生思考回答。（化學(xué)能電能；機(jī)械能內(nèi)能）課件展示：熱雞蛋在涼水中放置、帆船揚(yáng)帆遠(yuǎn)航學(xué)生思考回答。（內(nèi)能由雞蛋轉(zhuǎn)移到?jīng)鏊袡C(jī)械能由空氣轉(zhuǎn)移到帆船上）師：帶著問題，我們思考，能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，真的時(shí)候由守恒的規(guī)律嗎？[新課教學(xué)]一、能量守恒定律1永動(dòng)機(jī)不可能制成課件展示：據(jù)說很久很久以前，在印度有一個(gè)被地主壓迫的可憐人，他每天被迫干好多活，終于有一天，這個(gè)可憐的年輕人厭倦了這種生活，他就想：有沒有一種機(jī)器可以代替我干活呢?它只干活不休息，也不需要什么能量，要是有的話就太好了。據(jù)說這個(gè)就是最早的關(guān)于永動(dòng)機(jī)的想法。這個(gè)思想的火花在1200年前從印度出發(fā)，傳到了伊斯蘭教世界，并傳到了西方。大約在1570年，意大利有一位教授叫泰斯尼爾斯，提出用磁石的吸力可以實(shí)現(xiàn)永動(dòng)機(jī)。他的設(shè)計(jì)如圖所示，頂端是一個(gè)磁石，鐵球受磁石吸引可沿斜面滾上去，滾到上端，從小洞落下，經(jīng)曲面返回，復(fù)又被磁石吸引，鐵球就可以沿曲線途徑連續(xù)運(yùn)動(dòng)下去。學(xué)生思考討論：這個(gè)永動(dòng)機(jī)真的能否實(shí)現(xiàn)呢？（既然磁鐵能夠?qū)⑿∏蜓匦泵嫖先ィ∏駼就不會(huì)從小洞掉下去，也即該小球就不可能正常工作）觀察圖中的新能源汽車，學(xué)生思考討論：這個(gè)永動(dòng)機(jī)真的能否實(shí)現(xiàn)呢？（也不可能，磁鐵和鐵塊之間是內(nèi)力，不能夠改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)）簡(jiǎn)介其他的永動(dòng)機(jī)。課件展示：此外，人們還提出過利用輪子的慣性、細(xì)管子的毛細(xì)作用、電磁力、流水等獲得有效動(dòng)力的種種永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案，但都無一例外地失敗了。層出不窮的永動(dòng)機(jī)設(shè)計(jì)方案，都在科學(xué)的嚴(yán)格審查和實(shí)踐的無情檢驗(yàn)下一一失敗了。1775年，法國(guó)科學(xué)院宣布“本科學(xué)院以后不再審查有關(guān)永動(dòng)機(jī)的一切設(shè)計(jì)”。制造永動(dòng)機(jī)的美好夢(mèng)想雖然破滅了，但是，反思這一失敗的探索過程，它從反面給人類以啟迪：永動(dòng)機(jī)不可能制成，是不是說明自然界存在著一條法則，它使我們不可能無中生有地獲得能量？也就是說自然界各種能量之間存在著一定的轉(zhuǎn)化關(guān)系。從另一個(gè)側(cè)面證明了能量是轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的，能量可能守恒。師：下面大家閱讀教材中有關(guān)能量守恒定律建立的過程，回答相應(yīng)的問題．(學(xué)生閱讀課本，總結(jié)能量守恒定律的表達(dá)方式)師：導(dǎo)致能量守恒定律最后確立的兩類重要事實(shí)是什么?學(xué)生根據(jù)課本內(nèi)容回答。（導(dǎo)致能量守恒定律最后確立的兩類重要事實(shí)是確立了永動(dòng)機(jī)的不可能性和發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化）師：能量守恒定律的內(nèi)容是什么?學(xué)生回答。（能量既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式．或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總和保持不變）師：能量守恒定律是一個(gè)人發(fā)現(xiàn)的嗎?學(xué)生根據(jù)課本內(nèi)容回答。（能量守恒定律不是一個(gè)人發(fā)現(xiàn)的，到了19世紀(jì)40年代前后．科學(xué)界已經(jīng)形成一種思想氛圍，即用聯(lián)系的觀點(diǎn)去觀察自然，各種不同能量可以相互轉(zhuǎn)化，這預(yù)示著，到了把分立環(huán)節(jié)連成一體的時(shí)候了，也就是到了建立能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的時(shí)候了，不同國(guó)家、不同領(lǐng)域的十幾位科學(xué)家，以不同的方式，各自獨(dú)立提出了能量守恒定律的內(nèi)容：能量既不會(huì)消滅，也不會(huì)創(chuàng)生，它只會(huì)從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另外一個(gè)物體。而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中。能量的總和保持不變）師：看起來能量守恒定律是人類進(jìn)步的一個(gè)必然的結(jié)果，那么對(duì)能量守恒定律作出貢獻(xiàn)比較大的科學(xué)家是誰呢?學(xué)生總結(jié)回答。（對(duì)能量守恒定律貢獻(xiàn)比較大的科學(xué)家有：德國(guó)物理學(xué)家和醫(yī)生邁爾，英國(guó)物理學(xué)家焦耳，德國(guó)物理和生理學(xué)家亥姆霍茲等人）師：現(xiàn)在看一個(gè)科教片—能量守恒定律的建立過程．(多媒體播放能量守恒定律的建立過程)(參考案例)能量守恒定律是建立在自然科學(xué)發(fā)展的基礎(chǔ)上的，從16世紀(jì)到18世紀(jì)。經(jīng)過伽利略、牛頓，惠更斯、萊布尼茨以及伯努利等許多物理學(xué)家的認(rèn)真研究，使動(dòng)力學(xué)得到了較大的發(fā)展，機(jī)械能的轉(zhuǎn)化和守恒的初步思想，在這一時(shí)期已經(jīng)萌發(fā)。18世紀(jì)末和19世紀(jì)初，各種自然現(xiàn)象之間聯(lián)系相繼被發(fā)現(xiàn)。倫福德和戴維的摩擦生熱實(shí)驗(yàn)否定了熱質(zhì)說。把物體內(nèi)能的變化與機(jī)械運(yùn)動(dòng)聯(lián)系起來。1800年發(fā)明伏打電池之后不久，又發(fā)現(xiàn)了電流的熱效應(yīng)、磁效應(yīng)和其他的一些電磁現(xiàn)象。這一時(shí)期，電流的化學(xué)效應(yīng)也被發(fā)現(xiàn)，并被用來進(jìn)行電鍍。在生物學(xué)界，證明了動(dòng)物維持體溫和進(jìn)行機(jī)械活動(dòng)的能量跟它所攝取的食物的化學(xué)能有關(guān)，自然科學(xué)的這些成就，為建立能量守恒定律作了必要的準(zhǔn)備。能量守恒定律的最后確定，是在19世紀(jì)中葉由邁爾、焦耳和荄姆霍茲等人完成．德國(guó)醫(yī)生邁爾是從生理學(xué)的角度開始對(duì)能量進(jìn)行研究的。1842年，他從“無不生有，有不變無”的哲學(xué)觀念出發(fā)。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．英國(guó)物理學(xué)家焦耳從1840年到1878年將近40年的時(shí)間里．研究了電流的熱效應(yīng)，壓縮空氣的溫度升高以及電、化學(xué)和機(jī)械作用之間的聯(lián)系，做了400多次實(shí)驗(yàn)，用各種方法測(cè)定了熱和功之間的當(dāng)量關(guān)系，為能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)奠定了堅(jiān)實(shí)的實(shí)驗(yàn)基礎(chǔ)．在1847年，當(dāng)焦耳宜布他的能量觀點(diǎn)的時(shí)候，德國(guó)學(xué)者荄姆霍茲在柏林也宜讀了同樣課題的論文．在這篇論文里，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)不可能制造成功聯(lián)系起采，他認(rèn)為不可能無中生有地創(chuàng)造一個(gè)永久的推動(dòng)力，機(jī)器只能轉(zhuǎn)化能量，不能創(chuàng)造和消滅能量．女姆霍茲在論文里對(duì)能量守恒定律作了一個(gè)清晰、全面而且概括的論述，使這一定律為人們廣泛接受。在19世紀(jì)中葉，還有一些人也致力于能量守恒地研究．他們從不同的角度出發(fā)，彼此獨(dú)立地研究，卻幾乎同耐發(fā)現(xiàn)了這一偉大的定律．因此，能量守恒定律的發(fā)現(xiàn)是科學(xué)發(fā)展的必然結(jié)果。此時(shí)，能量轉(zhuǎn)化和守恒定律得到了科學(xué)界的普遍承認(rèn)。這一原理指出：自然界的一切物質(zhì)都具有能量，對(duì)應(yīng)于不同的運(yùn)動(dòng)形式，能量也有不同的形式，如機(jī)械運(yùn)動(dòng)的動(dòng)能和勢(shì)能，熱運(yùn)動(dòng)的內(nèi)能．電磁運(yùn)動(dòng)的電磁能，化學(xué)運(yùn)動(dòng)的化學(xué)能等，他們分別以各種運(yùn)動(dòng)形式特定的狀態(tài)參量來表示。當(dāng)運(yùn)動(dòng)形式發(fā)生變化或運(yùn)動(dòng)量發(fā)生轉(zhuǎn)移時(shí)，能量也從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，從一個(gè)系統(tǒng)傳遞給另一個(gè)系統(tǒng)：在轉(zhuǎn)化和傳遞中總能量始終不變．恩格斯曾經(jīng)把能量轉(zhuǎn)化和守恒定律稱為“偉大的運(yùn)動(dòng)基本規(guī)律”，認(rèn)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。(另兩個(gè)發(fā)現(xiàn)是細(xì)胞學(xué)說，達(dá)爾文的生物進(jìn)化論)師：通過學(xué)習(xí)能量守恒定律，你受到了什么啟示?學(xué)生發(fā)表感想。（能量守恒定律的建立過程，是人類認(rèn)識(shí)自然的一次重大的飛躍，是哲學(xué)和自然科學(xué)長(zhǎng)期發(fā)展和進(jìn)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）師：美是無處不在的，物理學(xué)中更是處處存在著美，希望同學(xué)們?cè)趯W(xué)習(xí)中注意發(fā)現(xiàn)，注意體會(huì)，這樣我們的學(xué)習(xí)將會(huì)更加的豐富多彩．二、能源和能量耗散閱讀資料：能源利用的三個(gè)時(shí)期①柴薪時(shí)期；出現(xiàn)年代：五六十萬年前火的使用是人類在能源利用上的第一個(gè)里程碑，它使人類脫離了茹毛飲血的時(shí)代。②煤炭時(shí)期；出現(xiàn)年代：2000年前蒸汽機(jī)的廣泛使用，帶動(dòng)了工業(yè)革命和資本主義社會(huì)的成長(zhǎng)。③石油時(shí)期；出現(xiàn)年代：19世紀(jì)80年代內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展推動(dòng)了19世紀(jì)末，20世紀(jì)初開始的機(jī)械化和電氣化進(jìn)程。三節(jié)約能源閱讀：1.為什么要節(jié)約能源2015年世界能源統(tǒng)計(jì)年鑒的最新數(shù)據(jù)顯示，世界石油總儲(chǔ)量為1.15萬億桶，僅供開采41年；全球天然氣儲(chǔ)量為186.9萬億立方米，僅供開采52.8年。世界煤炭探明儲(chǔ)量只能滿足目前生產(chǎn)和生活水平114年的全球需要。2.環(huán)境惡化地球變暖，冰山融化，沿海城市面積逐漸減少汽車尾氣，霧霾3.師：大家下面思考這樣一個(gè)問題：既然能量是守恒的，我們?yōu)槭裁催€要節(jié)約能源.帶著這個(gè)問題,大家閱讀課本有關(guān)能量和能量耗散的內(nèi)容，回答相關(guān)問題.(學(xué)生閱讀教材，了解人類應(yīng)用能源的歷程，能源對(duì)人類社會(huì)發(fā)展所起的作用；人類在利用能源的同時(shí)也對(duì)環(huán)境造成了嚴(yán)重污染)師：什么是能量耗散?學(xué)生回答。（然料燃燒時(shí)一旦把自己的熱量釋放出去，它就不會(huì)再次自動(dòng)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)吸收后變?yōu)橹車h(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用．這種現(xiàn)象叫做能量的耗散）師：能量耗散與能量守恒是否矛盾，該怎樣理解?學(xué)生回答。（能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量上并沒有減少．但是可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用變?yōu)椴槐阌诶昧耍煟哼@說明什么問題?學(xué)生回答。（這說明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）師：我們?yōu)槭裁匆?jié)約能源呢?學(xué)生回答。（正是因?yàn)槟芰哭D(zhuǎn)化的方向性，能量的利用受這種方向性的制約，所以能量的利用是有條件的，也是有代價(jià)的，節(jié)約能源同時(shí)開發(fā)可再生能源）師：通過下面材料的閱讀。加深你對(duì)能源的理解．(多媒體播放世界能源的解決途徑)(參考案例)世界能源問題的解決途徑是什么?能源，是人類敕以生存和進(jìn)行生產(chǎn)的不可缺少的資源．近年來，隨著生產(chǎn)力的發(fā)展和能源消費(fèi)的增長(zhǎng)．能源問題已被列為世界上研究的重大問題之一．解決世界能源問題的根本途徑，主要有兩個(gè)方面：其一是廣泛開源，其二是認(rèn)真節(jié)流．所謂開源，就是積極開發(fā)和利用各種能源．在繼續(xù)加緊石油勘探和尋找新的石油產(chǎn)地的同時(shí)，積極開發(fā)豐富的煤炭資源，還要大力開發(fā)水能，生物能等常規(guī)能源，加強(qiáng)核能、太陽能，風(fēng)能、沼氣，海洋能，地?zé)崮芤约捌渌鞣N新能源的研究和利用，從而不斷擴(kuò)大人類的能源資源的種類和來源．所謂節(jié)流，就是要大力提倡節(jié)約能源．節(jié)能是世界上許多國(guó)家關(guān)心和研究的重要課題，甚至有人把節(jié)能稱為世界的“第五大能源”，與煤、石油和天然氣、水能、核能等并列．在節(jié)能方面，在有計(jì)劃地控制人口增長(zhǎng)的同時(shí)，重點(diǎn)要發(fā)揮先進(jìn)科學(xué)技術(shù)的優(yōu)勢(shì)，提高各國(guó)的能源利用效率．如果世界各國(guó)家和各地區(qū)都能改進(jìn)各種用能設(shè)備，不斷提高能源的質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)和降低單位產(chǎn)品的能耗，加強(qiáng)科學(xué)管理，適當(dāng)控制生活能源的合理使用，就能使能源更加有效地用于生產(chǎn)和生活之中，從而解決人類面臨的能源問題．[小結(jié)]新課程更多地與社會(huì)實(shí)際相聯(lián)系，鼓勵(lì)學(xué)生提出問題．本節(jié)“思考與討論”對(duì)能源問題做了討論，這是一個(gè)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．從物理學(xué)的角度研究宏觀過程的方向性，在現(xiàn)階段只需用一些簡(jiǎn)單的實(shí)例，讓學(xué)生初步地體會(huì)一下就可以了．例如：摩擦力做功的過程，要損耗機(jī)械能而生熱，產(chǎn)生的熱不可能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械功．在其他的宏觀過程中也是如此，例如：兩種氣體放到一個(gè)容器內(nèi)，總會(huì)均勻地混合到一起，但不會(huì)再自發(fā)地分離開來。通過實(shí)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，可被人直接利用的能在逐漸減少，這是能量耗散現(xiàn)象．所以，能量雖然守恒，但我們還要節(jié)約能源．[課堂訓(xùn)練]（優(yōu)教提示：打開優(yōu)教配套習(xí)題，使用互動(dòng)答題卡，更快更便捷地掌握學(xué)生的學(xué)習(xí)情況）[布置作業(yè)]創(chuàng)新設(shè)計(jì)，1、2