11.2 能量转化的方向性和效率 教案- 2024-2025学年 教科版九年级下册物理

课题 第十一章 物理学与能源技术 11.2 能量转化的方向性和效率 教学目标: 1.知识与技能 （1）初步了解现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性。 （2）了解能量转化效率 2.过程与方法 通过复习热机的效率及分析生活实例，认识能量在转化和转移中的效率。通过调查访问，了解输出能量的几种去向，讨论提高能量转化效率的可能途径。 3.情感态度与价值观 让学生了解事物的发生和发展都有其自然规律，使学生形成尊重科学、尊重规律的意识。 教学重点： 能量转化的方向性和能量的转化效率。 教学难点： 能量转化的方向性。 教学用具： 烧杯、水、暖水瓶。 教学互动设计： 一、创设情景，导入新课 通过近两年的初中物理学习，我们已经知道能量有多种形式，不同的运动形式，对应不同的能量。 冰吸热熔化成水；水放热凝固成冰；水吸热汽化成水蒸气；水蒸气放热液化成水；冰吸热升华成水蒸气；水蒸气放热凝华成冰晶；碘吸热升华碘蒸气；碘蒸气放热凝华成固态碘。 教师：我们今天就要找出，在能量不断转化、转移的过程中遵循的规律。 二、新课讲授，师生互动 （一）能量转化的方向性 能量的转化和转移无处不在。然而，许多情况下虽然并不违背能量守恒定律，但在实际情形中却不会发生，这是为什么呢？ 讨论交流 这些情形可能吗 试着分析以下过程能否实现，以及实现过程中的能量转化情况。 一杯水静止一段时间后，其中的一部分水自行从另一部分水中吸取热量，沸腾成水蒸气，另一部分水内能减少，凝结成冰。 枯萎的花儿，自发从空气中吸取能量和水分，重焕青春 坡底的石头从周围环境中获取能量，滚向坡顶 从北京开往上海的汽车，调转车头，汽车可以从空气中，以排放的尾气中吸收能量，不再消耗新的燃料，返回北京 以上的过程都是不可能实现的，我们在现实生活中也从未看到这样的现象发生过。研究表明，如果某个过程中涉及了热量，能量的转化（和转移）就将“覆水难收”，无法自发地沿反方向发生，除非我们耗费额外的能量提供帮助。 给机械钟定时上发条，便是补充能量，使钟摆、指针的运动持续不断。 热水瓶内表面镀银，夹层几乎抽成真空，即使这样，瓶内的水仍然会渐渐变凉。 现实的宏观世界中，物体间一旦存在温度差，就会有热量的传递；摩擦无处不在，机械能会不断转化为内能。我们对能量的利用，无法避免涉及热量的生成与转移。于是，每一次能量的利用，都会减少这个世界上可利用、便于利用能量的总量。 这就是为什么虽然能量守恒，我们仍然要节约能源的原因。 （二）能量转化中的效率 在实际工作和生活中，人们把一种能量转化为另一种能量总是为了某种目的。例如，利用燃气灶烧水，目的是把水烧热或烧开；使用电梯，是为了把人或物体提高到一定高度。 从节能的角度来说，烧水时，我们希望燃烧每一升天然气产生的热量都完全传递给壶中的水，使之升温、沸腾；使用电梯时，我们希望消耗的每一千瓦时电能完全转化为电梯中的人或物体的势能。 骑自行车上学时，希望消耗的每一分体力全部转化为自行车和人的动能∙∙∙∙∙∙这些愿望可能实现吗？ 生活的经验告诉我们，这些理想情况不可能发生。在所有的能量利用过程中，能量损失不可避免。以烧水过程为例，有一定比例的热量会散发到大气、壶体中。如果把天然气完全燃烧释放的化学能称为输入能量，而把水吸收的那部分能量称为输出有效能量，把散发到大气、壶体中的能量称为输出无效能量。根据能量守恒定律，有如下关系：输入能量=输出有效能量+输出无效能量 输入能量=输出有效能量+输出无效能量。 为了进一步描述这些过程，人们定义了能量转化效率： 能量转化效率η=输出有效能量/输入能量 在任何情况下，η都小于1 。 讨论交流 各种“效率” 在“机械与功”一章中，我们研究了机械效率，即有用功在总功所占比率；在“改变世界的热机”一章中，我们又知道了热机的效率，即内能转化为机械能的效率。这些效率，跟我们今天学习的“能量转化效率”是一回事吗？为什么？ 类比热机效率，总结：在能量的转化和转移过程中，有一部分能量的转移或转化是我们所不愿意但必须发生的，称为输出无效能量，其余部分称为输出有效能量。输出有效能量占总输入能量的比例，就是能量的转化效率。转化效率永远小于100％。 任举一个例题，如烧水、机械搬运、汽车行驶等。分析哪部分是无效输出能量。 学生回答，并指出：烧水时，周围的物体，如水壶、空气也得到了热量，它们的内能也增加了吗？ 提问：能量的转化效率和热机的效率、简单机械的效率有什么关系？它们是等效的吗？ 这一节课，我们认识到了能量犹如一个变色龙，能够不断地改变自己的形式，变换自己的阵地。但是我们也认识到了能量转化和转移的规律，这也是我们设计机械、开发能源的基础。总结并指出三者本质的一致性。 P45家庭实验室： 测量烧水过程中的能量转化率 用如图所示的电能表和电热水器将1.5L20℃的水烧开，所需时间为10min，电能表指示灯闪动160次。求电水壶消耗的电能和转化效率 解：电水壶消耗的电能 W=（𝟏𝟔𝟎/𝟖𝟎𝟎）×3.6×106J=7.2×105J 1.5L水的质量m=ρV =1.0×103kg/m3×1.5×10-3m3=1.5kg 水吸收的热量Q=cmΔt =4.2×103J/(kg∙℃)×1.5kg×(100℃-20℃) =6.3×105J 电水壶的功率P=𝑾/𝒕=(𝟕.𝟐×105 𝑱)/𝟔𝟎𝟎𝒔=1200W 能量转化效率η=输出有效能量/输入能量=(𝟔.𝟑×105J)/(𝟕.𝟐×105J )=87.5% 三、板书设计，整体提升 能量转化的方向和效率 能量转化的方向性：对能量的利用，无法避免涉及热量的生成与转移。每利用一次能量，都会减少利用能量的总量。 输入能量=输出有效能量+输出无效能量 能量转化效率，η＜1，提高效率是节能的核心。 四、大海扬帆，尝试远航 1．下列现象可能发生的是 （ ） A.冰在常温下化成水 B.水蒸气在常温下变成雪花 C.枯萎的花儿从空气中吸收能量和水分重焕青春 D.坡底的石块从周围环境中获取能量滚向坡顶 2. 下列说法正确的是 （ ） A.能量转化涉及热量，就能自发沿反方向发生 B.能量转化过程涉及热量就将“覆水难收”，无法自发沿反方向发生 C.由于能量守恒，利用的能量，还可以再利用 D.热量可自发从低温处传到高温处 3. 用天然气烧水，下列说法正确的是 （ ） A.水壶吸收的热量是输出有效能量 B.水吸收的热量是输出有效能量 C.天然气燃烧释放的热量是输入能量 D.水和空气吸收的热量是输入无效能量 4. 下列说法不正确的是（ ） A.在任何情况下，能量转化效率都小于1 B.提高能量利用中的转化效率是节能的核心 C.提高能量的转化效率是可持续发展重要措施之一 D.使用滑轮组可以省力，可以提高能量转化效率 5. 下列说法错误的是（ ） A．利用能量无法避免涉及热量的生成与转移 B．每利用一次能量，就会减少这个世界上可利用、便于利用的能量的总量 C．瀑布水往低处流，也可自发从低处流向高处 D．用天然气烧水，天然气完全燃烧释放的化学能是输入能量 参考答案：1.A；2.B；3.B；4.D；5.C。 【实践活动】 完成“发展空间”中“走向社会”和“家庭实验室”的活动。也可以以“当代永动机幻想”为题，查阅资料，找找近年来出现的永动机荒诞剧。 教学反思 本节学习的重点是能量守恒定律及其应用。能量是物理学的重要概念，在本套教材中也贯穿始终，本节课作为收官之作，具有重要意义。但是能量守恒定律往往不便采用探究活动式的教学来开展，在本节教学中，通过归纳总结的方式给出这一重要定律，并把教学重心后移，着重通过其应用让学生理解并巩固。这一构思基本符合教学实际与一般的教学思维。本节课的情感、态度与价值观教学目标也较为重要，需让学生接受物理的守恒思想，并具有通过物理规律去伪存真的意识。 1 学科网（北京）股份有限公司 $$