物理能量转化的基本规律 课件-2025-2026学年苏科版物理九年级下册

第十八章能源与可持续发展第三节能量转化的基本规律预习清单

1.生活中大量事实表明,某一能量的增加必然伴随着＿＿＿＿＿＿＿＿。

2.任何一种形式的能量在转化成其他形式能量的过程中,＿＿＿保持不变。也就是说,能量既不会凭空＿＿＿,也不会凭空＿＿＿,它只会从一种形式＿＿＿为其他形式,或者从一个物体＿＿＿到其他物体,在转化或转移的过程中,＿＿＿保持不变。这就是能量守恒定律。其他能量的减少总量产生消失转化转移总量预习清单

3.能量守恒定律是自然界＿＿＿＿、＿＿＿＿的基本规律之一。自然界的一切变化过程,小到微观粒子,大到宇宙天体,只要有＿＿＿＿＿＿,都无一例外地遵循能量守恒定律。

4.自然状态下热量总是从＿＿＿＿＿传递到＿＿＿＿＿。最重要最普遍高温物体能量的变化低温物体预习清单

5.我们是在能量＿＿＿或＿＿＿过程中利用能量的,而在这个过程中,总有一部分能量转化成＿＿＿散失到周围的环境中,无法自动转化为其他形式的能量,因为不能＿＿＿＿。也就是说,经转化后,可利用的能量只会＿＿＿。因此,＿＿＿＿＿并且更有效地利用能源是人类迫切需要解决的重要问题。转移转化再利用内能节约能源减少课程导入我们每天的生活都离不开能源——开车需要石油,取暖需要煤炭,用电需要可用来发电的能源……但大家知道吗?我们依赖的能源正面临着巨大的危机。

2024年有个惊人数据,全球每天要烧掉1亿桶石油,照这个速度,可开采的石油储量在不断减少。夏天时,学校里和家里都要开空调,全国用电需求暴涨,部分地区不得不让工厂暂时停工来保障居民用电。课程导入课程导入大家肯定会有疑问,教材上不是说“能量不会凭空消失”吗,那为什么还会出现能源危机呢?带着这个问题,我们今天一起来探究其中的奥秘。任务一：探究乒乓球自动“上滚”的奥秘

1.提出问题用两支铅笔在水平桌面上搭成如图所示的斜坡,将乒乓球放在斜坡的低处,松手后会看到乒乓球向斜坡高处滚动。乒乓球从低处滚向高处,它的机械能凭空增加了吗?球心的高度是如何变化的呢?任务一：探究乒乓球自动“上滚”的奥秘

2.猜想与假设猜想1:乒乓球从低处滚向高处,它的机械能凭空增加了。猜想2:乒乓球的重心其实在下降,它的重力势能没有增加而是减少了,减少的重力势能转化为动能。可以通过实验测量乒乓球的重心高度,验证猜想是否正确。任务一：探究乒乓球自动“上滚”的奥秘

3.设计实验要探究乒乓球沿斜坡滚动时球心高度是否发生了变化,可以按“测什么→用什么测→怎么操作→防误差”的思路设计步骤。分小组合作完成表格的填写,然后小组内讨论并整理小组思路,确定清晰的实验步骤。任务一：探究乒乓球自动“上滚”的奥秘每组派一名代表上台说明为什么这样设计。其他小组用“优点+建议”的方式进行评价。整合各小组的优质设计,补充共性问题(如刻度尺要垂直水平桌面),形成全班认可的基础实验步骤。任务一：探究乒乓球自动“上滚”的奥秘实验步骤:

(1)用两支铅笔在水平桌面上搭成“V”形的斜坡,标记最低处(A点)和最高处(B点)。

(2)测量乒乓球处于最低处(A点)时的球心高度h1。

(3)松手让乒乓球自由滚到最高处(B点),测量乒乓球处于最高点(B点)时的球心高度h2。

(4)记录数据,比较h1和h2的大小。任务一：探究乒乓球自动“上滚”的奥秘

4.进行实验分组进行操作。

5.分析数据并得出结论分小组汇报数据,均发现h2<h1。乒乓球看似向高处滚动,但其重心实际上在下降,则乒乓球的重力势能减少,减少的重力势能转化为乒乓球滚动的动能。任务一：探究乒乓球自动“上滚”的奥秘如果斜坡没有摩擦,乒乓球会一直滚动吗?

会。实际中是存在摩擦的,机械能会转化为内能,所以乒乓球最终会停下,但机械能和内能的总和保持不变。任务二：建立能量守恒定律

1.展示能量转化实例场景1:燃烧煤炭来发电,化学能→内能→机械能→电能。场景2:电动机带动风扇转动,电能→机械能+内能(电动机发热)。场景3:动物奔跑,化学能→内能+机械能。在这些例子中,一种能量增加,必然伴随另一种能量减少。任务二：建立能量守恒定律

2.能量守恒定律的建立过程请大家猜想一下,如果让重物下落带动搅拌器搅水,水温会变吗?为什么?

水温可能会升高。因为做功会产生热量。任务二：建立能量守恒定律快速阅读三张“史实卡片”并补全逻辑。卡片1:1840年,德国医生迈尔观察到热带病人静脉血更鲜红,推测身体代谢的能量与环境温度有关——最早提出“能量可能相互转化和守恒”的思想萌芽。任务二：建立能量守恒定律卡片2:1843到1878年,焦耳通过400多次实验,每次都精准测量重物下落的功和水温升高对应的热量,最终发现“1卡热量=4.18焦耳功”,用数据证明“机械功与内能转化守恒”——为定律提供了实验证据。卡片3:1847年,德国物理学家亥姆霍兹撰写论文,首次从理论上系统论述“所有能量变化都遵循守恒”———让定律形成完整理论体系。任务二：建立能量守恒定律从焦耳的实验中,大家能感受到他进行科学研究时的什么品质?

感受到焦耳进行科学研究时严谨、坚持的科学精神。根据实例和科学史梳理总结能量守恒定律的内容:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,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其他物体,在转化或转移的过程中,总量保持不变。任务二：建立能量守恒定律为什么能量守恒定律被称为19世纪自然科学的三大发现之一?

能量守恒定律是自然界中最普遍、最重要的规律之一,适用于所有领域。任务二：建立能量守恒定律

3.分析“永动机”不可行的原因请大家分析一下,这些设计是否能实现永动?任务二：建立能量守恒定律分小组进行探究,每组聚焦一种“永动机”设计,以下列问题为探究核心。问题1:这种设计依赖的动力,在运动过程中会有损耗吗?可能通过什么形式损耗?问题2:设计中的循环结构,需要额外的能量支撑吗?这些能量从哪里来?问题3:这种设计违背了什么规律?任务二：建立能量守恒定律每个小组合理分工,设实验员、记录员、发言人等,确保全员参与。每个小组派发言人依次上台,结合设计图说明结论,其他组可提出疑问,对应组需回应。任务二：建立能量守恒定律大家通过分析发现,这三种设计要么忽略了摩擦、空气阻力等能量损耗(机械能转化为内能散失),要么假设不需要能量就能实现循环(违背能量守恒)。其实,所有“永动机”的设计,本质都是想凭空获取能量或让能量不损耗地循环,而这都违背了能量守恒定律,所以“永动机”永远不可能实现。任务三：探究能量转化的方向性我们刚刚通过实验和科学史,认识了能量守恒定律,这让我们知道所有能量变化都遵循“总量不变”的规律。既然能量的总量一直不变,为什么新闻里还会说“人类面临能源危机”呢?为什么瀑布的水只会从高处往下流,不会再从低处自动流回高处呢?接下来,我们一起揭开能量转化隐藏的秘密吧!任务三：探究能量转化的方向性

1.感知能量转移和转化的方向性利用自己小组的“现象探究包”(内含盛有50℃热水的保温杯、冰块、温度计、透明玻璃罩、香薰片、打火机等实验器材),分组完成探究实验现象观察并填写观察记录表。注意:使用温度计时,玻璃泡要完全浸入水中,不要触碰杯底和冰块;点燃香薰片后,要及时放入玻璃罩中,避免烟雾扩散到空气中;实验中要确保操作安全且现象明显。任务三：探究能量转化的方向性任务三：探究能量转化的方向性问题1:能自发发生的现象(①和②)中,能量的转化或转移有什么共同特点?

发现:都是从集中到分散,如瀑布的重力势能集中,转化为动能后分散;热水内能集中,转移到冰块后分散。问题2:不能自发发生的现象(③、④和⑤)中,有什么共同特点?

发现:已经分散的能量,无法自发集中。任务三：探究能量转化的方向性这些不能自发发生的现象,并不违反能量守恒,但违背了“能量转移和转化的方向性”——自发过程只能朝“集中能量→分散能量”的方向进行,反向无法自发实现。任务三：探究能量转化的方向性

2.感受能量转化的不可逆体验1:用导线快速连接3V的电池和2.5V的灯泡,灯泡发光后,用手背轻触灯泡,感受其发热情况。灯泡散发的热能不能再次集中用来使灯泡发光?

不能。任务三：探究能量转化的方向性体验2:双手快速搓动10s,感受手心发热。手心的热能不能让手自己动起来?

不能。大家发现了吗?电能、机械能这些“好用”的能量,用了之后总会变成“不好用”的热(内)能,而且这些热能再也变不回“好用”的能量——这就是能量转化的方向性,“好用”的能量越用越少。任务三：探究能量转化的方向性

3.读懂能源危机讨论以下问题,并思考能量转化的特点。问题1:电厂烧煤发电,所有煤的能量都能变成电能了吗?

不能,一部分变成热能浪费掉了。问题2:电从电厂送到家里,电线会发热,这部分热能还能再用吗?

不能,被浪费掉了。任务三：探究能量转化的方向性问题3:电灯发光时,除了光能,还有什么能量被浪费掉了?

热能。

能量的总量没有变少,但每一步都有“好用的能量”变成了“没用的热能”,长期下来,“好用的能量”就不够用了——这就是发生能源危机的原因!核心总结

1.两大核心规律

(1)能量守恒定律:能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,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其他物体,在转化或转移的过程中,总量保持不变。能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本规律之一。

(2)能量转移和转化的方向性:能量自发转化或转移只能从“集中、易利用”向“分散、难利用”进行,反向过程无法自发实现,这是能源危机的本质原因。核心总结

2.认识与实践价值

(1)从能量视角分析自然与生活现象,理解“守恒”与“方向”的辩证关系———能量总量不变,但可利用性受方向限制。

(2)体会科学探究逻辑(实验验证→规律总结→应用解释),认同“实验是科学结论的基础”(如焦耳400次实验支撑能量守恒定律),树立节约能源的意识(减少可利用能量的无谓损耗)。课堂评价

1.根据能量守恒定律,以下情形可能发生的是(

)

A.出膛的子弹射穿木板,以更快的速度继续前进

B.孤岛上被人们遗忘的一只机械表,默默地走了几十年

C.两个斜面相对接,小球从左斜面滚下后,继续冲上右斜面

D.电水壶里的水沸腾了,给该电水壶断电,水的沸腾却永远不会停止C课堂评价

2.学习了内能及能量的转化和守恒后,同学们在一起梳理知识时交流了以下想法,你认为其中正确的是(

)

A.只有物体做了功,我们才能说物体具有能量

B.中国的空间站要维持一定的在轨高度,需要不断地补充能量,这是因为空间站在飞行的过程中有一部分机械能转化为内能

C.人造卫星在从近地点向远地点运动的过程中,重力势能转化为动能

D.能量在转移和转化的过程中总会有损耗,所以能量的总量会变少B课堂评价

3.如图所示,两种不同的金属丝组成一个闭合回路,触头1置于热水杯中,触头2置于冷水杯中,此时回路中电流表的指针就会发生偏转,这是温差电现象,此过程中＿＿能转化为＿＿能。内电课堂评价

4.如图所示,展示了一个极具想象力的设想,其大意是:上面水池中的水流下来,冲击叶轮转动,叶轮带动打磨轮和水泵的轴转动,人利用打磨轮做打磨工件,同时,运转的水泵又把流到下面水池中的水抽到上面的水池中……只要一开始在上面水池中注满水,就能通过水的上下循环,使机器不停