人教版高一物理必修2机械能守恒定律710能量守恒定律和能源教案设计

1、能量守恒定律与能源【教学目标】1.理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。2,通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。3,用能量的观点分析问题应该深入学生的心中，因为这是最本质的分析方法。4 .感知我们周围能源的耗散，树立节能意识。5 .学生在学习了机械能守恒定律之后拓展到能量守恒是不难接受的，特别是学生通过对 自然界的认识、生物课的学习、化学课的学习，都学到了很多种类的能量，在这节课中把这些 能量间的关系综合起来是有很大意义的。【教学重点】1 .能量守恒定律的内容。2 .应用能量守恒定律解决问题。【教学难点】1 .理解能量守恒定律的确切含义。2 .能量转化的方向性。【教学思

2、路】通过阅读让学生体会自然界中能量的确良转化与守恒关系，鼓励学生得出问题，理解能量 品质、能量耗散等概念。新课程更多地与社会实际相联系，鼓励学生提出问题。本节“思考与 讨论”对能源问题做了讨论，这是一个质疑的范例。它引导我们考虑能量转化和转移的方向性。 从物理学的角度研究宏观过程的方向性， 在现阶段只需用一些简单的实例，让学生初步地体会 一下就可以了。例如：摩擦力做功的过程，要损耗机械能而生热，产生的热不可能全部转化为 机械功。在其他的宏观过程中也是如此，例如：两种气体放到一个容器内，总会均匀地混合到 一起，但不会再自发地分离开来。通过实例说明。在能量的转化和转移过程中，能量是守恒的, 但能量

3、的品质却降低了，可被人直接利用的能在逐渐减少，这是能量耗散现象。所以，能量虽 然守恒，但我们还要节约能源。【教学方法】教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。【教学准备】玻璃容器、沙子、小铁球、水、小木块。【教学过程】教学划、节教学内容师生互动设计意图注引入请举几个能量转化的例 子。师：我们已学习了多种形式的能， 请同学们说出你所知道的能量形式。我 们还知道不同量之间是可以相互转化 的，请举几个能量转化的例子。生1:电灯能够发光是因为电能转化 为了光能。师：当电灯发光的同时。还能感觉 到电灯是热的，说明什么问题呢？生1:说明在电能转化为光能的同时 还产生了热能。生2:我举一个例

4、子，当两个物体相 互摩擦的时候，它们的温度会升高，这 个过程中机械能转化为内能。生3:在火箭发射的时候，推进剂燃 烧产生的化学能转化为火箭的机械能。生4:汽车在行驶过程中，汽车内燃 机产生的化学能转化为汽布的机械能。师：刚才同学们分析得都很好，看 起来自然界除了我们在上几节学过的机 械能之外，还有各种各样的能量，机械 能守恒定律成立的条件是什么？生：机械能守恒定律成立的条件是 只有重力或弹力做功。师：我们看一卜卜面几种情况卜物 体所处的系统机械能是否守恒。举例说 明与日常生 活贴近，激发 学生的学习 兴趣，激发学 生的好奇心 和探索欲。量恒一 能守守一、能量守恒定律能量既/、会消灭，也师：大豕

5、看这1个问题：小球运 动过程中机械能是否守恒？请说出小球利用提 问的方式引定律不会创生，它只会从一种 形式转化为其他形式。或 者从一个物体转移到另 外一个物体，而在转化和 转移的过程中，能量的总 和保持/、父。运动过程中能量的转化情况。生：小球在运动过程中机械能不守 恒，根据机械能守恒定律成立的条件是 只有重力或弹力做功，在小球卜落的过 程中，除了受到的重力做功之外，还启 沙子对它做功，沙子对铁球做负功，铁 球在下落过程中机械能是减少的。师：从这个问题中我们可以得到什 么结论？生：外力（除了重力和弹力之外的 力）对系统做负功，系统的机械能减少。演示实验2:用手提一个物体匀速 上升，让学生分析机

6、械能的变化情况（物 体可以是身边的物体，例如黑板擦、课 本等等）师：这个物体在运动过程中机械能 是否守恒，如果不守恒，原因是什么， 机械能是怎样变化的？生：这个物体在运动过程中机械能 不守恒，原因是不符合机械能守恒定律 成立的条件，有外力对物体做了功，这 个力是人对物体向上的拉力。在运动过 程中，物体动能没有发生变化，而物体 的重力势能增加了，所以系统的机械能 是增加的。师：我们可以得出什么结论？生：当外力（除了重力或弹力以外 的力）对物体做正功，物体的机械能增 力口，物体机械能的增加量等于外力对物 体做的功。师：从这两个例子中我们能够得出入，便于学生 接受什么结论？生：物体所处的系统机械能守

7、恒是 有条件的，当外力对物体做功时，系统 的机械能不守恒，此时外力对系统做的 功等于系统机械能的变化。师：这里的外力是指的什么？生：这里的外力是指的除了物体本 身重力和弹力之外的力。师：这个结论叫做功能原理。从这 两个例子中我们可以看到，机械能守恒 定律并不是自然界中最基本的守恒定 律，当涉及到多个能量之间的相互转化 时，我们应该怎样研究这些能量之间的 关系呢？师：卜卸大豕后下书中启美能重守 恒定律建立的过程，回答相应的问题。（学生阅读课本，总结能量守恒定 律的表达方式）师：导致能量守恒定律最后确立的 两类重要事实是什么？生：导致能量守恒定律最后确立的 两类重要事实是确立了永动机的/、可能 性

8、和发现了各种自然现象之间的相互联 系与转化。师：能量守恒定律的内容是什么？生：能量既/、会消灭，也不会创生， 它只会从一种形式转化为其他形式。或 者从一个物体转移到另外一个物体，而 在转化和转移的过程中，能量的总和保 持/、父。师：能量守恒定律是一个人发现的思考问题：导致能量 守恒定律最后确立的两 类重要事实是什么？吗？生：能量守恒定律不是一个人发现 的，到了 19世纪40年代前后。科学界 已经形成一种思想氛围，即用联系的观 点去观察自然，各种不同能量可以相互 转化，这预舟t到了把分立环节连成 一体的时候了，也就是到了建立能量转 化与守恒止禅的时候了，不同国豕、不 同领域的十几位科学家，以/、

9、同的方式， 各自独立提出了能量守恒定律的内容： 能量既/、会消灭，也不会创生，它只会 从一种形式转化为其他形式，或者从一 个物体转移到另外一个物体。而在转化 和转移的过程中。能量的总和保持/、变。师：看起来能量守恒定律是人类进 步的一个必然的结果，那么对能量守恒 定律作出贡献比较大的科学家是谁呢？生：对能量守恒定律贡献比较大的 科学家肩：德国物理学家和医生迈尔， 英国物理学家焦耳，德国物理和生理学 家亥姆霍兹等人。师：能量守恒定律是建立在自然科 学发展的基础上的，从16世纪到18世 纪。经过伽利略、牛顿，惠更斯、莱布 尼茨以及伯努利等许多物理学家的认真 研究，使动力学得到了较大的发展，机 械能

10、的转化和守恒的初步思想，在这一 时期已经萌发。18世纪末和19世纪初， 各种自然现象之间联系相继被发现。伦 福德和戴维的摩擦生热实验否定J热质 说。把物体内能的变化与机械运动联系19世纪自然科学的三 大发现之一，能量转化和 守恒定律、细胞学说、达 尔义的生物进化论起来。1800年发明伏打电池之后不久， 又发现了电流的热效应、磁效应和其他 的一些电磁现象。这一时期，电流的化 学效应也被发现，并被用来进行电镀。 在生物学界，证明了动物维持体温和进 行机械活动的能量跟它所摄取的食物的 化学有美，自然科学的这些成就，为 建立能量守恒定律作了必要的准备。能 量守恒定律的最后确定，是在19世纪中 叶由迈尔

11、、焦耳和英姆霍兹等人完成。 德国医生迈尔是从生埋学的角度开始对 能量进行研究的。1842年，他从“无不 生有，有不变无”的哲学观念出发。表 达了对能量转化和守恒思想，他分析了 25种能量的转化和守恒现象，成为世界 上最先阐述能量守恒思想的人。英国物 理学家焦耳从1840年到1878年将近40 年的时间里。研究r电流的热效应，压 缩空气的温度升高以及电、化学和机械 作用之间的联系，做了 400多次实验， 用各种方法测定了热和功之间的当量关 系，为能量守恒定律的发现奠定了坚实 的实验基础。在1847年，当焦耳宣布他 的能量观点的时候，德国学者袤姆霍兹 在柏林也宣读了同样课题的论文。在这 篇论文里，

12、他分析了化学能、机械能、 电磁能、光能等/、同形式的能的转化和 守恒，并且把结果跟永动机/、可能制造 成功联系起米，他认为/、可能无中生有 地创个永久的推动力，机器只能转 化能量，不能创造和消灭能量。亥姆霍兹在论文里对能量守恒定律作了一个清 晰、全而而且概括的论述，使这一定律 为人们广泛接受。在19世纪中叶，还启 一些人也致力于能量守恒地研究。他们 从不同的角度出发，彼此独立地研究， 却几乎同耐发现了这一伟大的定律。因 止匕，能量守恒定律的发现是科学发展的 必然结果。此时，能量转化和守恒定律 得到了科学界的普遍承认。这一原理指 出：自然界的一切物质都具有能量，对 应于不同的运动形式，能量也有不

13、同的 形式，如机械运动的动能和势能，热运 动的内能。电磁运动的电磁能，化学运 动的化学能等，他们分别以各种运动形 式特定的状态参量来表示。当运动形式 发生变化或运动量发生转移时，能量也 从一种形式转化为另一种形式，从一个 系统传递给另一个系统：在转化和传递 中总能量始终/、变。恩格斯曾经把能量 转化和守恒定律称为“伟大的运动基本 规律”，认为它的发现是19世纪自然科 学的三大发现之一、（另两个发现是细 胞学说，达尔文的生物进化论）师：通过学习能量守恒定律，你受 到了什么启示？生：能量守恒定律的建立过程，是 人类认识自然的一次重大的飞跃，是哲 学和自然科学长期发展和进步的结果。 它是最普遍、最重

14、要、最可靠的自然规 律之一，而且是大自然普遍和谐性的一 种表现形式。和谐美是科学的魅力所在。师：这位同学总结得很好，美是无 处不在的，物理学中更是处处存在着美， 希望同学们在学习中汴意发现，注意体 会，这样我们的学习将会更加的丰富多 彩。源能耗 和 量二、能源和能量耗散燃料燃烧时一旦把自 己的热量释放出去，它就 不会再次自动聚集起来 供人类重新利用，电池中 的化学能转化为电能，它 又通过灯泡转化成内能 和光能，热和光被其他物 质吸收后变为周围划、境 的内能，我们无法把这些 内能收为用。 这种现象叫做能量的耗 散。能量耗散与能量守恒 是否矛盾，该怎样理解？我们为什么要节约能 源呢？师：大家卜回思

15、考这1个问题： 既然能量是守恒的，我们为什么还要节 约能源。带着这个问题。大家阅读有关 能量和能量耗散的内容，回答相关问题。（学生阅读教材，了解人类应用能 源的历程，能源对人类社会发展所起的 作用；人类在利用能源的同时也对环境 造成了严重污染）师：什么是能量耗散？生：燃料燃烧时一旦把自己的热量 释放出去，它就不会再次自动聚集起来 供人类重新利用，电池中的化学能转化 为电能，它又通过灯泡转化成内能和光 能，热和光被其他物质吸收后变为周围 环境的内能，我们无法把这些内能收集 起来重新利用。这种现象叫做能量的耗 散。师：能量耗散与能量守恒是否矛盾， 该怎样理解？生：能量耗散和能量守恒并不矛盾， 能量

16、耗散表明，在能源利用的过程中， 即在能量的转化过程中，能量在数量上 并没有减少。但是可利用的品质上降低 了，从便于利用变为不便于利用了。师：这说明什么问题？生：这说明能量的耗散从能量转化教师逐 步设置疑问， 由浅到深，引 导学生思考， 培养学生分 析问题的习 惯，让学生对 能源的危机 有所了解，进 而能够唤起 他们的环保、 节能意识。说明：能量耗散和能 量守恒并不矛盾，能量耗 散表明，在能源利用的过 程中，即在能量的转化过 程中，能量在数量上并没 有减少。但是可利用的品 质上降低了，从便于利用 变为不便于利用了。的角度反映出自然界中宏观过程的方向 性。师：我们为什么要节约能源呢？生：正是因为能

17、量转化的方向性， 能量的利用受这种方向性的制约，所以 能量的利用是有条件的，也是有代价的。生：节约能源同时开发可再生能源。师：通过卜间材料的阅读。加深你 对能源的理解。世界能源问题的解决途径是什么？ 能源，是人类敕以生存和进行生产的不 可缺少的资源。近年来，随着生产力的 发展和能源消费的土外长。能源问题已被 列为世界上研究的重大问题之一、解决 世界能源问题的根本途径，主要后两个 方面：其一是广泛开源，具一是认真节 流。所谓开源，就是积极开发和利用各 种能源。在继续加紧石油勘探和寻找新 的石油产地的同时，积极开发丰富的煤 炭资源，还要大力开发水能，生物能等 常规能源，加强核能、太阳能，风能、 沼

18、气，海洋能，地热能以及其他各种新 能源的研究和利用，从而/、断扩大人类 的能源资源的种类和来源。所谓节流， 就是要大力提倡节约能源。节能是世界 上许多国家关心和研究的重要课题，甚 至有人把节能称为世界的“第五大能 源”，与煤、石油和天然气、水能、核 能等并列。在节能方面，在有计划地控 制人口土外长的同时，重点要发挥先进科 学技术的优势，提高各国的能源利用效率。如果世界各国家和各地区都能改进 各种用能设备，不断提高能源的质量标 准和降低单位产品的能耗，加强科学管 理，适当控制生活能源的合理使用，就 能使能源更加有效地用于生产和生活之 中，从而解决人类面临的能源问题。课堂 训练课堂训练卜列对能的转

19、化和守 恒定律的认识正确的 是( )A.某种形式的能减 少，一定存在其他形式的 能增加B.某个物体的能减 少。必然后其他物体的能 增加C. /、需要任何外界的 动力而持续对外做功的 机器 永动机是/、口 能制成的D.石子从空中落卜， 最后停止在地面上，说明 机械能消失了解析；能量守恒定律 是指能量的总量/、变，但 更重要的是指转化和转 移过程中的守恒。在/、同 形式的能量间发生转化， 在/、同的物体间发生转 移。/、需要任何外界动力做题巩周而持续对外做功的机器 是违背能量守恒定律的， 是永远/、可能制成的。机 械能转化成了其他形式 的能量血/、能消失，能量 是不会消失的。A选项是指/、同形式

20、的能量间在转化，转化过 程中是守恒的。B选项是 指能量在/、同的物体问 发生转移，转移过程中是 守恒的。这正好是能量守 恒定律的两个方面 转化与转移。任何永动机 都是/、可能制成的，它违 背了能量守恒定律，所以 ABC止确。D选项中后于 的机械能在变化，比如受 空气阻力作用，机械能可 能要减少，但机械能并没 有消失，能量守恒定律表 明能量既/、能创生，也不 能消失。故D是错的。小结小结：一、能量守恒定律1 .内容：能量既/、会 消灭，也不会创生，它只 会从一种形式转化为其 他形式，或者从一个物体 转移到另外一个物体，而 在转化和转移的过程中，能量的总和保持不变。2.建立过程。二、能源和能量耗散

21、1 .内容：能量转化具 启方向性。2 .节约能源的重要意 义。作业作业布置1.到网络上去查找， 有关能源的问题。巩固知 识，开放性的 作业，能激发 学生学习物 理的兴趣，培 养学生的节 能意识。【拓展延伸】地热什么是地热资源地球是一个巨大的热库，它由地壳、地幔和地核组成。我们知道越往地下温度越高，地热就是指地球内部蕴藏的能量。从地球表面往下正常增温梯度是每1000米增加25-30C,在地下约40公里处温度可达到1200c，地球中心温度可达到6000c。由于构造原因，地球表面的 热流量分布不匀，这就形成了地热异常，如果再具备盖层、储层、导热、导水等地质条件，就 可以进行地热资源的开发利用。地热资

22、源可以按多种方式分类。按赋存状态可分为水热型（可进一步划分为蒸汽型和热水型地热资源）、干热岩型和地压型地热资源；按技术经济条件可分为浅于2000米的经济型地热资源，和2000米至5000米的亚经济型地热资源；按成因可分为现（近）代火山型、岩浆型、 断裂型、断陷盆地型和凹陷盆地型等；按温度可分为高温和中低温地热资源，其中大于150c的高温地热资源带主要出现在地壳表层各大板块的边缘，如板块的碰撞带、板块开裂部位和现代裂谷带，小于150c的中、低温地热资源则分布于板块内部的活动断裂带、断陷谷和凹陷盆 地地区。地热资源赋存在一定的地质构造部位，有明显的矿产资源属性，因而对地热资源要实行开 发和保护并重

23、的科学原则，北京的地热资源储量及分布，北京地区赋存有丰富的地热资源，据北京平原区地热地质构造格局、 主要断裂构造展布方向、热储层埋深及地温场特征，北京市 平原具备地热开发利用条件的地区分为：延庆、沙河、小汤山、北京城区、良乡、天竺、后沙 峪、李遂、双桥、凤河营这10个地热田。北京的地热有了长足的发展，已查明的地热田面积超过了1000平方公里。投入开发利用的地热田有：东南城区、小汤山、顺义、良乡以及延庆。开凿成功的地热井有300余眼，出水温度在40-88c之间，出水量达到1000方/日，开凿深度一般在2000米左右。近年来随着房 地产和旅游业的快速发展，也加速了地热资源的开发利用，热水井的开凿深

24、度也由2000米增加到了 3000米，有的甚至达到4000米。北京平原地区具有地热开发利用条件的 2372kM2范围内，每年可采地热水总量为1. 087X 108n3,可利用总热量1. 903X 1013KJ,仅相当于全部储存热量 3. 219X 1017KJ的0.006%,其 资源的潜力是十分巨大的。北京的地热温泉水中富含有各种微量元素，其中锹、锂、偏硅酸已达到天然矿泉水标准， 铁、氟等化学元素达到了医疗矿水标准。PH值在7. 5左右，属于偏碱性，矿化度较低，属于比较优良的地热温泉水。地热资源是集热、矿、水三位一体的清洁而宝贵的矿产资源，在市政 府治理大气污染、改善空气质量、举办 2008年

25、奥运会的今天，选择地热水用于采暖、洗浴、 文化娱乐、医疗、种养殖等，越来越受到各单位的欢迎。据介绍，世界上只有6个国家的首都具有地热资源，北京是具备开采条件的城市之一。北 京已发现有10个低温地热田，大多地热井水温约为50c左右，个别达到70c以上。市内8个 主要城区的地下都有热源，预计每年可以开采地下热水近1200万立方米，可以利用的热量折合成标准煤相当于9万多吨。地热资源按温度可分为高温、中温和低温三类。温度大于150c的地热以蒸气形式存在，叫高温地热；90C-150 c的地热以水和蒸气的混合物等形式存在， 叫中温地热；温度大于25C、 小于90c的地热以温水（25C-40C）、温热水（4

26、0C-60C）、热水（60C-90 C）等形式存 在，叫低温地热。高温地热一般存在于地质活动性强的全球板块的边界，即火山、地震、岩浆 侵入多发地区，著名的冰岛地热田、新西兰地热田、日本地热田以及我国的西藏羊八井地热田、 云南腾冲地热田、台湾大屯地热田都属于高温地热田。中低温地热田广泛分布在板块的内部， 我国华北、京津地区的地热田多属于中低温地热田。地热能的利用主要有两种方式。中低温地热一般直接利用，即地热采暖、温室等，目前北 京市地热利用就是这种方式。另一种是将高温地热转化为蒸汽，进而发电。IC _s在我国，高温地热资源（温度高于150C）主要集中在西藏南部、云南西部和台湾东部。我国最大的西

27、藏羊八井地热电立装机容量达 25兆瓦，占拉萨电网供电量的一半左右。与相对集中的高温 地热不同，温度低于150c的中低温地热资源则遍及全国各地，可以说整个中国大陆就是一个 巨大的“地热田”。尤其是东部沿海地区储埋藏浅、水质好，同时又多处在人口集中、城镇密 布的地区，地热水的利用价值更高。专家们最看重的是其作为可替代能源具有清洁、无污染及 经济效益好的特点。国际上也普遍利用地热资源。爱尔兰几乎全部家庭和大楼都用地热。美国和新西兰的许多 城市也在使用地热采暖，还有不少地方用地热加热温室。有专家预计，如果有效开发地热能源， 地热能将供应全世界所需用电与热量的 25% 50%。高温地热能主要用于发电，中

28、低温地热能一般可直接利用（供热、 温室、旅游和疗养等）。 在人们日益关注全球气候变暖和矿物燃料利用带来的各种环境污染的今天， 地热能作为一种清 洁、无污染的能源而备受各国重视。地下热水和地热蒸气是由地球表面的大气降水渗漏到地壳下面，在地下不同深处被热岩体 加热了所形成的。地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。在有些地方，热能可随断层裂缝自然涌出，以热蒸气和热水的形式到达地面。这些 天然出露的地下热水或蒸气叫做温泉。温泉是在当前技术水平下最容易直接利用的一种地热资 源。地热开发热背后的隐患。地热是一种宝贵资源，如果不开采而任其沉睡地下，并不会增值， 是对资源

29、的浪费。但如果缺少统筹计划而一哄而上，乱开乱采，也很容易造成资源的巨大浪费 甚至破坏环境。地下热水位于地层深处，形成过程长，开采后难以用天然降水迅速补给。开采 过多会造成资源枯竭，水位下降。已经有专家指出，地热的开发热将诱发地震。地热水是地球 壳体的重要组成部分，具有缓冲地基岩石板块应力的作用，并承受和分散地表压力。地下热水 在被人类强行钻透深部岩层采集抽吸后， 因自然降水难以进入地下热水库存， 不可避免地产生 空隙，导致大地的稳定性受到破坏。在山脉地区和城市高层建筑密集区域，地表压力更大，因 此该区域的地下热水资源受破坏程度，将直接威胁到地理稳定性。一些专家指出：有的开发商不顾水文地质条件强行打井。在上个世纪70年代，北京的地热井一般只打到1000米深，而现在很多井打了 3000多米，甚至4000米才出水。有的开发商 的态度是：不管花多少钱，我的楼盘在这里我就要在这里打井。这样打的井已经很不经济。北 京没打出水的井已有10多口，最典型的一口井打到4070米也