第14章 第3节 能量的转化和守恒（新教案）-【鸿鹄志·名师测控】2023-2024学年九年级上册物理（人教版）

第3节　能量的转化和守恒 知识与技能： 1．知道能量可以转化和转移，并能区分转化和转移。 2．知道能量守恒定律，并能用能量守恒定律分析问题。 3．知道永动机不可能实现。 过程与方法： 1．通过学生自己做小实验，发现各种现象的内在联系，体会各种形式的能量之间的相互转化。 2．通过学生讨论，体会能量不会凭空消失，只会从一种形式转化为其他形式，或从一个物体转移到另一个物体。 情感、态度与价值观： 1．通过学生自己动手实验，激发学生的学习兴趣，对物理规律有一个简单的认识。 2．对能量的转化和守恒有一个感性的认识，为建立科学的世界观和科学的思维方法打基础。 重点：能量的转化与能量守恒定律。 难点：用能量的转化与能量守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能量转化或转移的过程。 多媒体课件。 一、情景导入 达·芬奇是意大利著名的画家，他曾经设计了一个“永动机”，如图所示。达·芬奇认为，右边的钢球比左边的钢球离轮心更远些，致使两边受力不均衡，轮子会沿箭头方向转动不息。 你认为这种“永动机”能够实现吗？通过本节的学习你很快就能给出答案了。 我们知道，刀具在砂轮上磨削时，刀具会发热；在暖气片上放有一瓶冷水，过一段时间后水会变热……这些实例中，物体的内能为什么增加了？是凭空产生的，还是由其他形式能转化来的呢？这就是我们今天要学习的内容。 二、合作探究 　能量的转化 1．自然界中的各种能量 　 自然界中各种形式的能： 　　　 能量的形式很多，如机械能、光能、核能、化学能、内能等等。机械能又包括动能和势能，自然界中具有动能的有风能、水能、潮汐能等；势能又包括重力势能和弹性势能。 2．各种形式的能量的相互转化 请同学们做以下简单的小实验：伸出双手放在面颊上，感受它的冷热，然后两只手快速用力摩擦一会儿，再放到面颊上感受它的冷热，有何发现？ 观察图片并分析体会各种形式能量之间的转化。 　　　 (1)搓手小实验表明一部分机械能转化为了内能，导致双手发热，可见不同形式的能量在一定条件下可以相互转化。 (2)在自然界中，能量的转化是普遍存在的，各种形式的能量在一定条件下都可以相互转化。 　能量守恒定律 1．能量守恒定律 各种形式的能量之间在发生转化的过程中，是不是越来越少呢？ 多媒体展示将乒乓球从一定高度落下在地面弹跳的频闪照片。 同学们分组交流讨论为什么乒乓球弹起的高度越来越低？损失的能量到哪儿去了？能量是否在不断消失？教师引导学生得出能量守恒定律。 能量既不会凭空消灭，也不会凭空产生，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其他物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。(“消耗能量”“利用能量”“获得能量”的实质是：能量转化或转移的过程) 能量守恒定律的表达形式 (1)保守力学系统 在只有保守力做功的情况下，系统能量表现为机械能(动能和势能)，能量守恒定律具体表达为机械能守恒定律。 (2)热力学系统 能量表达为内能、热量和功，能量守恒的表达形式是热力学第一定律(热量可以从一个物体传递到另一个物体，也可以与机械能或其他能量互相转换，但是在转换过程中，能量的总值保持不变)。 (3)相对论力学 在相对论里，质量和能量可以相互转变。即质量改变带来能量变化，能量守恒定律依然成立。历史上也称这种情况下的能量守恒定律为质能守恒定律。 (4)流体力学 在流体力学中有一种边界层表面效应，又称“伯努利效应”，是指流体速度加快时，物体与流体接触的界面上的压力会减小，反之压力会增加，伯努利效应是流体力学中的能量守恒定律。伯努利因发现这一现象并成功解释它而创立了流体力学。 (5)电磁学 根据楞次定律，感应电流所产生的磁场总是阻碍原磁场磁通量的变化，这种阻碍的结果就使得电磁感应的过程中将其他形式的能量转化为电能，感应电流形成回路，再将电能转化为其他形式的能量。 也就是说，楞次定律所揭示的感应电流与原磁场的关系本质仍然是能量转化的关系，即能量守恒定律。 2．永动机 现代社会日新月异，当科学技术发展到一定程度时，永动机可以实现吗？ 同学们交流讨论上述图片中机械的工作过程，并猜想永动机能否实现？ 永动机是不可能实现的，因为能量转化是有方向的，虽然能量的总量保持不变，但物体在运动过程中，总会有一部分机械能转化为内能，能够被再次利用的机械能越来越少，所以永动机不可能“永动”。 永动机的发展研究 永动机的想法起源于印度，最终传到了西方。在欧洲，早期最著名的一个永动机设计方案是十三世纪时一个叫亨内考的法国人提出来的。从哥特时代起，永动机的设计方案越来越多。17世纪和18世纪时期，人们又提出过各种永动机设计方案，有采用“螺旋汲水器”的，有利用轮子的惯性、水的浮力或毛细作用的，也有利用同名磁极之间排斥作用的。宫廷里聚集了形形色色的企图以这种虚幻的发