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《20.3 能量的转化与能量守恒》教学设计
课题 3. 能量的转化与能量守恒 单元 20 学科 物理 年级 九下
教材分析 本节内容是“能量”单元的核心部分，承接前一节“能量的形式与单位”，深入探讨能量在自然界中的动态变化规律。教材通过“能量转移”与“能量转化”两大核心概念，引导学生理解能量从一种形式转变为另一种形式的过程，并在此基础上提出能量守恒定律这一自然界最根本的规律。教材以生活实例为切入点，如热水袋取暖、电能转化为化学能、核电站发电流程等，构建真实情境，帮助学生建立科学思维。同时，通过“永动机”的失败案例引入能量守恒思想，强化学生的理性认知。最后结合抽水蓄能电站和太阳能路灯等现代能源应用，体现物理知识与社会发展的紧密联系，为后续学习可持续发展奠定基础。
2022新课标要求 1.了解能量及其存在的不同形式。能描述不同形式的能量和生产生活的联系。2.通过实验，认识能量可以从一个物体转移到其他物体，不同形式的能量可以相互转化。3.知道能量守恒定律。列举日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析问题的意识。4. 列举能量转化和转移具有方向性的常见实例。
学习目标与核心素养 1.科学观念明确能量的多种形式，区分能量转移与转化，理解能量守恒定律及转化方向性；2．科学思维通过分析教材实例，提升能量变化的判断能力，能解释永动机失败原因；3．科学探究完成教材“能量转移”“能量转化”活动，深化对能量规律的认知；4．科学态度与责任感受古代科技智慧与现代能量利用成就，树立节能意识。
学情分析 九年级学生已具备机械能、内能、电能等基本能量形式的认知，能够识别常见能量的来源与去向，但对“能量如何转移”“不同能量之间能否相互转化”仍存在模糊认识。部分学生习惯于将能量视为可“消失”或“凭空产生”的物质，容易受生活经验误导，例如认为“用完的电池没电了就是能量没了”。此外，抽象思维能力尚在发展中，难以理解“总量不变”这一宏观规律。因此，教学中需借助具体可感的实验现象、真实科技案例和层层递进的问题链，激发探究兴趣，突破思维定势。教师应注重引导学生从“现象观察”走向“本质推理”，培养其科学质疑精神与系统思维能力。
重点 区分能量的转移与转化，认识能量转化的方向性，理解能量守恒定律的内涵。
难点 准确判断生活中能量的转移与转化类型，会解释永动机失败的原因。
材料准备 PPT课件，能量的转化视频，永动机视频
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 情境导入《道德经》云：“天之道，损有余而补不足……”古人说天道是减损有余的，来补给不足的。这其实和物理学的能量的转化与能量守恒不谋而合。今天就让我们用科学的眼睛，看看物理世界的“平衡之道。” 学生聆听思考 增加学生的文学素养，引出本节课题
讲授新课 一、能量的转移与转化1.自然界中能量的形式在以前我们学习过内能、机械能、电能、电磁能、化学能等，另外还有太阳能、生物能、地热能、潮汐能、核能等新型能源。人们发现，自然界中的能量不仅可以从一个物体转移到其他物体，而且在一定条件下，形式不同的能量之间还可以相互转化。2.能量的转移：指的是能量的传递，能量从一种物体转移到另一种物体，或者从物体的一部分转移到另一部分，能量形式不变。 活动1：如图是一些能量转移的实例，你能说出各例中是什么能量发生了转移吗？（a）用热水袋取暖图中热水袋中水的内能转移到了人身上，是_______发生了转移。答案：内能（b）一个球下降，另一个球上升图中绿球的重力势能转移到了蓝球上，是__________发生了转移。答案：重力势能（c）发电站产生的电能通过输电线送到用户发电站产生的电能通过输电线送到用户，是_________发生了转移。答案：电能你还能列举哪些能量转移的例子？打台球时，白球撞击彩球，白球的动能转移到了彩球上。水波振动时中心部分水面的振动能量就不断向四周转移。铁锤敲击铁钉时，铁锤的能量就转移到了铁钉上3.能量的转化一种形式的能量变成另一种形式的能量的过程，能量形式改变。活动2：（1）如图是一些能量转化的实例，你能说出各例中能量是如何转化的吗？手机充电时，______转化成__________。答案：电能 化学能电池放电时，_________转化成_______。答案：化学能 电能如图所示的核电站工作流程示意图中，核反应堆工作时，铀核裂变释放的______能转化成蒸汽的______能；然后将高温高压的蒸汽通入涡轮机中，驱动涡轮机转动，使蒸汽的_______能转化成涡轮机的_______能；并带动发电机，使________能转化成______能。答案：核 内 内 机械 机械 电想一想：你还能列举一些在生活和生产中关于机械能、内能、电能间相互转化的实例吗 机械能转化为内能：冬天搓手取暖，通过摩擦生热，机械能转化为内能；机械能转化为电能：水力发电机发电，水流的机械能转化为电能；内能转化为机械能：蒸汽机工作，内能转化为机械能；内能转化为电能：火力发电，内能转化为电能；电能转化为机械能：电动机转动，电能转化为机械能；电能转化为内能：电暖器发热，电能转化为内能。视频：能量的转化二、能量守恒定律思考：如图电动机在工作时耗了哪些能量？是否都转化成了机械能？还转化成哪些形式的能量？如果把转化后的所有能量加起来，与消耗的电能有什么关系？电动机提升物体的示意图参考答案：（1）电动机在工作时耗了电能。（2）没有全部转化为机械能。（3）除转化为提升物体的机械能外，还转化为电动机发热的内能。（4）转化后的所有能量加起来，与消耗的电能总量相等。1.能量守恒定律能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到其他物体，或者从一种形式转化为其他形式。能量在转移和转化过程中，总量保持不变。这就是能量守恒定律。2.对能量守恒定律的理解（1）普遍性：能量守恒定律是自然界最普遍、最根本的定律之一。大至宇宙天体，小到原子世界，都服从这一定律。（2）定律的成立是无条件的。3.永动机：指不消耗任何能量、只靠自身就能永远对外做功、永远不停运转的机器。(a）亨内考的“永动机” (b）列奥那多的“永动机”你能分析制作“永动机”失败的原因吗？参考答案：这两种“永动机”都是不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功，它们都违背了物理学基本规律——能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一种形式转化为另一种形式，或从一个物体转移到另一个物体，在转化和转移过程中，能量的总量保持不变。 机器对外做功必须消耗能量，不存在“无中生有”的能量，因此这类永动机无法制成。视频：永动机拓展延伸“永动机”分两类：第一类永动机：不用燃料、不耗电、不输入任何能量，却能永远输出动力。失败的根本原因是违反了能量守恒定律第二类永动机：想从空气、海水、环境里无限吸热并全部转化为功，不产生其他变化。失败的根本原因是违反热力学第二定律：热量不可能自发地、完全地变成有用功，一定会有损耗（散热、摩擦等），效率永远达不到100%，更不可能无限做功。三、能量在转移过程中的方向性1.能量的转移与转化具有方向性。热水袋取暖内能自动从高温的热水袋转移到低温的人体，不会自动从人体转移回热水袋；烧开水煤或天然气的化学能转化为水的内能，水冷却时，减少的内能无法自动复原为煤或天然气的化学能；汽车行驶汽油的化学能转化为机械能和内能，损耗的内能无法自动用来再次开动汽车。摩擦可以生热，机械能可以方便地转化为内能，但却不能反方向使热（内能）全部变成机械能。荡秋千的运动中，由于摩擦的存在，一部分机械能会转化为内能，而这部分内能不可能自发地再转化为机械能。（1）大量事实表明，能量的转化和转移过程是有方向性的。（2）能量的转化和转移过程是有方向性的理解①内能可以自发地从高温物体转移到低温物体，而不能自发地由低温物体转移到高温物体；②其他形式的能可以自发地转化为内能，而内能不能自发地转化为其他形式的能。2.节约能源（1）意义能量的转化和转移过程是有方向性的。多数能源消耗后不能再生，用一点少一点；转化过程中总有相当一部分能量不能被有效利用，成为“无用能量”，因此节约能源、提高能源利用率是当务之急。（2）措施采用新技术、新设备，改进工艺流程，减少能的转化次数，充分利用余热，用高效节能的新产品代替高耗低效的旧产品等。信息浏览抽水蓄能电站抽水蓄能发电站利用电网上用不完的电驱使水泵将低处的水抽到高处，这样电能就转化为水的势能储存起来。到了白天用电高峰，抽水蓄能发电站再把高处的水放下来，推动水轮机发电，将电送回电网。河北丰宁抽水蓄能电站是世界上规模最大的抽水蓄能电站STSE 水车1.阅读课文叙述一下水车的工作原理。2.龙骨水车在东汉时已有使用，至今已有1800余年历史，体现我国古代劳动人民的智慧，大大提高了生产效率水车 学生说出能量形式观察图片思考回答能量是如何转化的学生思考回答学生观察图片并完成填空学生思考后回答学生思考回答学生掌握能量守恒定律，并知道能量守恒定律的普遍性和定律的成立是无条件的观看图片，了解永动机，分析制作“永动机”失败的原因吗？聆听讲解观察图片理解能量的转移与转化具有方向性。阅读课文了解节约能源的意义和措施学生阅读课文了解抽水蓄能电站和水车 了解能量的形式锻炼学生的融汇贯通的能力锻炼学生的逻辑思维能力拓展学生的发散思维能力和语言表达能力能从能量转化的角度分析问题，掌握能量如何转化发散学生的思维，锻炼学生的逻辑思维能力和语言表达能力锻炼学生的逻辑思维能力和语言表达能力锻炼学生的理解记忆能力锻炼学生的逻辑思维能力和应用能量守恒定律解决问题的能力用能量守恒、能量转化和转移具有方向性的自然规律来分析相关问题。锻炼学生的自主学习能力拓展学生的知识面
课堂练习 1.有关能量的转移、转化和利用，下列说法正确的是（　　）A．电烤炉取暖，是电能转移到人体 B．钻木取火，是内能转化为机械能 C．中医提倡的热水泡脚，是通过热传递的方式增大脚部的内能 D．用嘴对着手哈气取暖，主要是通过做功的方式增大手的内能【答案】C【解析】A、电烤炉取暖是利用电流的热效应工作的，是电能先转化为内能，内能通过热传递转移到人体，故A错误；B、古人钻木取火是通过做功方式将机械能转化为内能，故B错误；C、热水泡脚，是通过热传递的方式将水的内能转移到脚上，增大脚部的内能，故C正确；D、对着手“呵气”取暖，是热的传递过程，属通过热传递改变物体内能，故D错误；故选：C。2.有关能量的转移、转化和利用，下列说法正确的是（　　）A．电烤炉取暖，是电能转移到人体 B．钻木取火，是内能转化为机械能 C．中医提倡的热水泡脚，是通过热传递的方式增大脚部的内能 D．机械能和电能可以相互转化，所以能量转化没有方向性【答案】C【解析】A、电烤炉取暖是利用电流的热效应工作的，是电能先转化为内能，内能通过热传递转移到人体，故A错误；B、古人钻木取火是通过做功方式将机械能转化为内能，故B错误；C、热水泡脚，是通过热传递的方式将水的内能转移到脚上，增大脚部的内能，故C正确；D．机械能和电能虽然可以相互转化，但能量转化具有方向性，故D错误。故选：C。3.下列关于能量的转化和守恒的说法，正确的是（　　）A．因为能量是守恒的，所以不存在能源危机 B．人们对太阳能的开发和利用，说明能量可以凭空产生 C．任何制造永动机的设想，无论它看上去多么巧妙，都是一种徒劳 D．轻绳一端固定在天花板上，另一端连接一重物在竖直面内来回摆动许多次后总会停下来，说明这个过程中的能量不守恒【答案】C【解析】A、燃料的燃烧得产生的能量才能利用，而燃料一旦消耗完，不能得到补充，因此能源存在危机；故A错误。B、能量是不能凭空产生的，此说法违背了能量守恒定律，故B错误；C、能量既不能凭空产生也不能凭空消失，任何制造永动机的设想，无论它看上去多么巧妙，故C正确；D、在转化的过程中能的总量保持不变，能量是守恒的，故D错误。故选：C。 学生练习 巩固本节的知识
课堂小结 1.不同形式的能量可以发生转化；同种形式的能量可以发生转移。2.能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到其他物体，或者从一种形式转化为其他形式。能量在转移和转化过程中，总量保持不变。这就是能量守恒定律。3.内能可以自发地从高温物体转移到低温物体，而不能自发地由低温物体转移到高温物体；4.其他形式的能可以自发地转化为内能，而内能不能自发地转化为其他形式的能。 学生总结教师补充 让学生对本节知识有个系统理解
板书 一、能量的转移与转化1.自然界中能量的形式内能、机械能、电能、电磁能、化学能、太阳能、生物能、地热能、潮汐能、核能等。2.能量的转移与转化不同形式的能量可以发生转化；同种形式的能量可以发生转移二、能量守恒定律1.能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到其他物体，或者从一种形式转化为其他形式。能量在转移和转化过程中，总量保持不变。这就是能量守恒定律。2.对能量守恒定律的理解（1）普遍性（2）定律的成立是无条件的。三、能量在转移过程中的方向性1.内能可以自发地从高温物体转移到低温物体，而不能自发地由低温物体转移到高温物体；2.其他形式的能可以自发地转化为内能，而内能不能自发地转化为其他形式的能。 对照板书回顾 夯实本节基础
课外拓展/课外阅读内容 阅读《永动机的“骗局”与科学真理》：讲述历史上永动机的设计尝试，分析其违背能量守恒定律的核心缺陷，引导学生用定律批判伪科学，培养科学思维。
特色资源分析和技术手段说明 1.视频资源：永动机和能量的转化。2.知识特色：紧扣能量形式、转化方向、守恒定律、永动机不可能。强调只转移转化，不会凭空消失/产生。3. 教学价值：帮学生建立能量观，突破“守恒=总量不变”。
教学反思 本节以“热水袋”为情境起点，贴近学生生活，迅速点燃学习兴趣，实现了“从生活走向物理”的有效衔接。 采用“问题链+小组合作”模式，层层推进，引导学生在实践中理解能量转移与转化的本质，提升了课堂参与度与思维深度。
部分学生对“能量转化方向性”理解仍显模糊，需在后续课中加强反例教学与模拟实验；
由于时间限制，未能让每个小组充分展示设计方案，部分学生表达机会受限；对“能量品质下降”这一抽象概念的讲解略显简略，可增加更多生活化类比加深理解。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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