资源简介

(共40张PPT)
第十八章　能源与
可持续发展
第三节　能量转化的基本规律
(案例一)
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
　　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　　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3 V的电池和2.5 V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
地工作。这个设想曾得到不少人的赞许,
并把这个装置誉为“永动机”。
课堂评价
　　(1)请你分析一下,上面水池中的水的势能共转化为哪几种形式的能
　　叶轮的机械能(或动能)、打磨轮打磨工件产生的内能、水泵运转的机械能、克服摩擦产生的内能。
课堂评价
　　(2)请运用你掌握的知识,说明一下,这个装置是否真能“永动” 请说明理由。
　　不能永动。理由:水流冲击叶轮转动时,部分机械能会转化为内能(如摩擦生热、打磨工件消耗能量等),导致用于抽水的机械能减少,上方水池中的水量会逐渐减少,最终水无法再回到上方水池,装置会停止运转。

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