资源简介

3.3能量守恒定律
〖教材分析〗
本节是对热力学知识内容的总结和扩展。能量就是从千差万别的各种自然现象中抽象出来的概念。学生学习到这里，已经可以从内转化和守恒扩展到自然界各种能量的转化和守恒了。能量从更深的层次上反映了物质运动和相互作用的本质。能量守恒定律是人们认识自然的重要工具。学习本节使学生建立起能量的观点，学会用能量的观点看问题。
〖教学目标与核心素养〗
物理观念∶通过学习物理学史，感受建立能量的观点的过程，树立能量守恒的世界观。
科学思维∶了解永动机模型，理解永动机不可制成的原因。
科学探究：通过学习能量概念的建立过程，体验科学家探究规律的艰辛与执着。学习他们坚韧不拔的精神。
科学态度与责任∶理解能量守恒定律，能用能量守恒的观点解释自然现象，指导实践活动。体会能量守恒定律是最基本、最普遍的自然规律之一。
〖教学重难点〗
教学重点：能量守恒定律及其应用。
教学难点：能量守恒定律及其应用。
〖教学准备〗
多媒体课件等。
〖教学过程〗
一、新课引入
让"饮水小鸭""喝"完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再"喝"一口，然后又会直立起来。如此循环往复、、、、、
这种"饮水小鸭"玩具是一架永动机吗
动态图展示“饮水小鸭”。
二、新课教学
（一）探索能量守恒的足迹
1.人类对能量的认识
动态图分别展示：描述热运动的内能、描述机械运动的机械能、描述光辐射的光能。
能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有自然现象都涉及能量，不同形式的运动都可以用能量来描述。
动态图分别展示：各种能量之间的相互转化。
要用联系的观点去观察自然，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。
2.能量守恒观念的形成
科学家 贡献
盖斯 化学反应放出的热量与反应步骤无关
焦耳 功热等价
迈尔 提出能量守恒的思想
亥姆霍兹 概括和总结能量守恒定律
（二）能量守恒定律
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
1.热力学领域：ΔU=Q+W，其中Q热传递的过程是能量的转移，一个系统转移出多少热量，另一个系统就收获多少，但总和不变。W做功的过程就是机械能和内能的转化，外界对系统做了多少功，就消耗了多少机械能。同时系统也就增加了多少内能，能量也是守恒的。总之，热力学第一定律其实就是能量守恒定律在热学中的体现。
2.能量守恒定律的具体体现还有：
在力学中，当系统只有重力和弹力做功时，系统的动能与势能会发生相互转化，而动能与势能的总量保持不变，这就是机械能守恒定律。在电学中：闭合电路欧姆定律，以及电磁学中的楞次定律都是能量守恒定律的具体体现。
所以说能量守恒定律是自然界最普遍、最和谐、最可靠的自然规律。
3.能量守恒定律说明：
①自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。
机械运动———机械能 热运动———内能
化学运动——化学能 电荷运动——电能
生物运动——生物能 原子核内部的运动——原子能
②不同形式的能量之间可以相互转化。
③能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。
（三）永动机不可能制成
分析："问题"栏目中的饮水小鸭，是因为小鸭头部"饮水"后水不断蒸发，吸收了察觉不到的空气的热量，重心不断的转移，才使小鸭能够持续工作下去。
思考与讨论
17～18世纪，许多人致力于制造一种机器，它不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功，史称"第一类永动机"。图3.3-2展示了其中的一种设计。然而，为此目的的任何尝试都失败了。这是为什么呢
动态图播放永动机。
动态图播放：任何动力机械的作用都是把其他形式的能转化为机械能。
永动机不可能制成的原因：永动机的思想违背了能量守恒定律。
课堂练习
例1：永动机是不可能制成的，这是因为（ ）
不符合机械能守恒定律
做功产生的热量不符合热功当量
违背了热力学第一定律
D. 找不到合适的材料和合理的设计方案
解析：第一类永动机违背了热力学第一定律，所以是不可能制成的。故选项 C正确。
例2：关于能量转化的说法中正确的是
A.举重运动员把重物举起来，体内的一部分化学能转化为重力势能
B.电流通过电阻丝使电能转化为内能
C.内燃机做功的过程是内能转化为机被能的过程
D.做功过程是能量转化过程，某过程做了10J的功，一定有10 J的能量发生了传递
解析：转化和转移是两个不同的概念，转化是发生在不同形式的能之间，转移是发生在同一种形式的能之间。选ABC。
例3：一个物体在光滑的水平面上匀速滑行，则
这个物体没有能
这个物体动的能不发生变化
这个物体没有对外做功
以上说法均不正确
解析：动能不变，受力平衡，不对外做功，选BC。
例4：运动员把原来静止的足球踢出去，使足球获得100J的动能，则在运动员踢球的过程中，运动员消耗的体能（ ）
A.等于100J B.大于100 J C.小于100 J D.无法确定
解析：会有一部分能量发热损失掉，选B。
例5：一颗子弹的质量为m，一水平速度v0射入在光滑水平面上质量为M的木块中，子弹未穿出，最后子弹和木块以共同速度v在水平面上匀速滑动。求在此过程中有多少机械能转化为内能。
解：由能量转化与守恒有
〖板书设计〗
3.3能量守恒定律
1.能量守恒定律：
能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
①自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。
②不同形式的能量之间可以相互转化。
③能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。
2.永动机不可能制成，违背了能量守恒定律。
〖教学反思〗
本课的内容较为简单，在前面的必修教材里已经学习过。那么我们要注意的就是能量守恒定在热力学中的具体体现，做好解析。能量守恒定律是最普遍、最基本的自然规律，但是学生疑惑的是它没有公式，解题的时候不知道怎么用，所以增加了一道练习题，以便加强学生的能量观。如果能够融会贯通的使用能量守恒定律，那么在解决问题的时候必然得心应手，看待自然现象也能够形成自己独特的见解。 (
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