11.1.能量守恒定律 导学案-2024-2025学年教科版九年级下册物理

课题 第十一章 能量守恒定律 11.1 能量守恒定律 导学目标 1. 理解能量守恒定律的内容，能准确阐述能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只会从一种形式转化为另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 2. 能识别常见的能量转化和转移现象，并运用能量守恒定律进行分析解释，例如机械能与内能的相互转化、电能与其他形式能的转化等。 3. 了解能量守恒定律在日常生活、生产技术以及科学研究等领域的广泛应用，体会其重要性。 4. 通过对能量守恒定律相关实验和实例的分析，培养观察、分析和归纳总结的能力，以及运用物理知识解决实际问题的意识和能力。 重点 1. 理解能量守恒定律的内涵，掌握能量在转化和转移过程中的总量不变这一核心要点。 2. 能够熟练分析各种具体情境中的能量转化和转移情况，正确运用能量守恒定律进行解释和计算。 难点 1. 从微观角度理解能量转化和转移的本质，例如内能的微观解释以及能量转化过程中微观粒子的变化。 2. 在复杂的物理过程中，准确分析多种能量之间的相互转化关系，避免遗漏或错误判断能量的形式和转化方向。 导学方法 实验探究法、讲授法、讨论法、案例分析法 课时 1课时 导学过程 课前导学 1. 能量的多种形式：我们生活中存在着各种各样的能量形式。像运动的物体具有_________能，例如飞驰的汽车、奔跑的运动员等；被举高的物体具有_________能，比如高处的吊灯、山上的巨石；发生弹性形变的物体具有_________能，像拉开的弹弓、压缩的弹簧。除此之外，还有_________能，如燃烧的木材释放的能量；_________能，像电池提供的能量；以及_________能，太阳辐射到地球上的光就具有这种能量。 2. 能量的转化：在很多现象中都能看到能量的转化。比如，摩擦生热是_________能转化为_________能；水电站里水轮机带动发电机发电，是_________能转化为_________能；电灯泡发光发热，是_________能转化为_________能和_________能。你还能举例说说生活中其他的能量转化现象吗？ 3. 能量守恒定律的初步认识：能量守恒定律是自然界中一个非常重要的规律。它表明能量既不会_________，也不会_________，只会从一种形式_________为另一种形式，或者从一个物体_________到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量_________。你可以思考一下，为什么能量会遵循这样的规律呢？ 课堂导学 一、能量的形式与转化实例分析 1. 机械能的转化：展示一个单摆模型，让它摆动起来。在单摆摆动的过程中，当摆球从高处向低处摆动时，它的高度降低，速度增大，_________能逐渐转化为_________能；当摆球从低处向高处摆动时，速度减小，高度升高，_________能又逐渐转化为_________能。在这个过程中，如果忽略空气阻力等因素，机械能的总量是保持不变的。 2. 内能与其他形式能的转化：进行“空气压缩引火仪”实验，快速下压活塞，观察到棉花燃烧。这是因为活塞对空气做功，将_________能转化为空气的_________能，使空气温度升高，达到棉花的着火点，从而点燃棉花。再比如，给盛水的容器加热，水的温度升高，这是_________能通过热传递的方式转移到水中，使水的_________能增加。 3. 电能与其他形式能的转化：生活中常见的电动机，通电后电动机转动，带动其他机械工作，这是将_________能转化为_________能；而发电机则相反，通过其他动力带动发电机转动，产生电能，是将_________能转化为_________能。像手机充电时，是将_________能转化为_________能储存起来；手机使用时，电池放电，又将_________能转化为电能供手机工作。 二、能量守恒定律的深入理解 1. 定律内容详细解读：能量守恒定律中的“不会凭空产生”，意味着任何能量的出现都必然有其来源，是从其他形式的能量转化而来，或者从其他物体转移过来的。例如，电灯发光产生的光能，是由电能转化而来，而不是无中生有。“不会凭空消失”则表明能量不会无缘无故地不见了，只是转化为其他形式的能量或者转移到其他物体上了。比如，汽车行驶过程中，燃油燃烧释放的化学能，一部分转化为汽车的机械能，使汽车前进，一部分转化为内能，通过散热等方式转移到周围环境中，但能量的总量并没有减少。 2. 能量转化和转移的方向性：虽然能量在转化和转移过程中总量保持不变，但能量的转化和转移具有方向性。例如，热量只能自发地从高温物体传向低温物体，而不能自发地从低温物体传向高温物体；在机械能与内能的转化中，机械能可以全部转化为内能，但内能不能全部转化为机械能而不引起其他变化。以热机为例，燃料燃烧产生的内能只有一部分能转化为机械能用来对外做功，还有一部分内能会散失到周围环境中，无法再全部回收利用转化为机械能。 三、能量守恒定律的应用 1. 日常生活中的应用：在家庭生活中，太阳能热水器就是利用能量守恒定律工作的。太阳能热水器将太阳能转化为水的内能，使水的温度升高，供人们使用。还有各种电器设备，如电视机、洗衣机等，它们在工作过程中都是将电能转化为其他形式的能，遵循能量守恒定律。比如电视机工作时，电能转化为光能、声能和内能等。 2. 工业生产中的应用：在火力发电站，燃料燃烧释放的化学能转化为内能，内能通过蒸汽推动汽轮机转动，转化为机械能，汽轮机再带动发电机发电，将机械能转化为电能。整个过程中能量不断地转化和转移，但总量保持不变。在钢铁冶炼等工业生产中，也会涉及到多种能量形式的转化，能量守恒定律为生产过程的设计和优化提供了重要的理论依据。 3. 科学研究中的应用：在研究天体运动时，能量守恒定律可以帮助科学家分析天体之间的能量转化和转移情况。例如，卫星在绕地球运行的过程中，其机械能（动能和势能）在不断地相互转化，但总的机械能保持不变（忽略微小的能量损失）。在微观世界的研究中，能量守恒定律同样适用，如原子内部的能量变化、粒子的相互作用等过程都遵循能量守恒定律。 教师引导、学生归纳小结 1. 教师引导：引导学生回顾本节课所学内容，包括能量的多种形式、能量的转化和转移现象、能量守恒定律的内容以及其在不同领域的应用。强调能量守恒定律是自然界的基本规律之一，在理解和应用时要注意能量转化和转移的细节以及其方向性。 2. 学生归纳小结：学生自主总结本节课的重点知识，以小组为单位进行交流讨论，然后每个小组派代表进行发言。在总结过程中，学生要能够清晰地阐述能量守恒定律的要点，列举常见的能量转化和转移实例，并说明能量守恒定律在生活和生产中的重要作用。 课堂练习 1. 下列现象中，属于内能转化为机械能的是（ ） A. 钻木取火 B. 用热水袋取暖 C. 内燃机的做功冲程 D. 冬天在太阳下取暖 2. 下列关于能量守恒定律的说法正确的是（ ） A. 能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化 B. 能量守恒定律只适用于能量转化过程，不适用于能量转移过程 C. 能量守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一 D. 能量守恒定律表明，在能量转化和转移过程中，能量的总量有时会减少 3. 一个小球从高处落下，与地面碰撞后又弹起。在这个过程中，小球的能量转化情况是（ ） A. 重力势能→动能→弹性势能→动能→重力势能 B. 重力势能→弹性势能→动能→重力势能 C. 动能→重力势能→弹性势能→动能 D. 弹性势能→重力势能→动能→弹性势能 4. 下列事例中，不能用能量守恒定律解释的是（ ） A. 水电站里水轮机带动发电机发电 B. 汽车在行驶过程中消耗汽油，获得动力 C. 用打气筒给自行车打气，打气筒会发热 D. 小明在操场上跑步，越跑越累 5. 太阳能路灯是将太阳能转化为电能储存起来，夜晚再将电能转化为光能照明。已知太阳能路灯的太阳能电池板在一天内接收的太阳能为5×10⁶J，转化为电能的效率为20%，则转化得到的电能为_________J。这些电能在夜晚全部用来照明，若路灯的功率为40W，则这些电能可供路灯照明_________s。 课后练习 1. 写出下列过程中能量的转化情况： （1）水电站里水轮机带动发电机发电：_________能转化为_________能。 （2）给手机电池充电：_________能转化为_________能。 （3）燃料燃烧：_________能转化为_________能。 （4）电动机带动水泵抽水：_________能转化为_________能。 2. 一个物体从光滑斜面顶端由静止开始下滑，到达斜面底端时速度为v。若斜面不光滑，物体下滑时受到摩擦力作用，到达斜面底端时速度为v₁。比较v和v₁的大小，并运用能量守恒定律解释原因。 3. 某家庭用太阳能热水器装有100kg水，在阳光照射下，水的温度从20℃升高到50℃。已知水的比热容c = 4.2×10³J/(kg·℃)，求： （1）水吸收的热量是多少？ （2）这些热量相当于完全燃烧多少千克的干木柴放出的热量？（干木柴的热值q = 1.2×10⁷J/kg） 4. 阅读短文，回答问题。 能量的转化与守恒 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另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体，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。 在日常生活中，能量的转化和转移无处不在。例如，汽车在行驶过程中，燃油燃烧释放的化学能转化为内能，内能再转化为机械能，使汽车前进。同时，汽车行驶时会克服摩擦力做功，一部分机械能转化为内能，散失到周围环境中。 在自然界中，能量的转化和转移也起着重要的作用。植物通过光合作用，将太阳能转化为化学能储存起来。动物摄取植物的营养，将植物中的化学能转化为自身的内能和机械能，用于生命活动。 （1）汽车行驶过程中，能量是如何转化的？ （2）植物光合作用中能量的转化情况是怎样的？ （3）结合短文内容，谈谈你对能量守恒定律的理解。 课后反思 在本节课的学习中，你对能量守恒定律的理解是否有了更深入的认识？在分析能量转化和转移现象时，你觉得自己哪些方面掌握得较好，哪些方面还存在困难？对于本节课的教学内容和教学方法，你有什么建议？例如，在实验演示方面，是否可以增加一些更有趣的实验；在讲解知识点时，是否可以更加生动形象等。通过课后反思，不断总结经验，以便更好地掌握物理知识，提高学习效果。 参考答案 1. 课前导学 （1）动能、重力势能、弹性势能、化学、电、光。 （2）机械、内；机械、电；电、光、内。 （3）凭空产生、凭空消失、转化、转移、保持不变。 2. 课堂练习 （1）C。 （2）C。 （3）A。 （4）D。 （5）1×10⁶；25000。 3. 课后练习 （1）（1）机械、电；（2）电、化学；（3）化学、内；（4）电、机械。 （2）v > v₁。因为物体在光滑斜面下滑时，只有重力势能转化为动能，机械能总量不变；而在不光滑斜面下滑时，除了重力势能转化为动能，还有一部分机械能克服摩擦力做功转化为内能，机械能总量减少，所以到达底端时速度v₁小于v。 （3）（1）Q吸 = cm(t - t₀) = 4.2×10³J/(kg·℃)×100kg×(50℃ - 20℃) = 1.26×10⁷J；（2）由Q放 = Q吸 = mq可得，m = Q吸/q = 1.26×10⁷J÷(1.2×10⁷J/kg) = 1.05kg。 （4）（1）燃油燃烧化学能转化为内能，内能转化为机械能，部分机械能转化为内能散失。（2）太阳能转化为化学能。（3）能量守恒定律表明能量在转化和转移时总量不变，在生活和自然中广泛存在能量转化和转移现象都遵循该定律。 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $$