第8节 能量的转化与守恒（导学案）科学浙教版九年级上册

第8节 能量的转化与守恒（导学案） 科学观念：通过实例认识能量可以转化或转移；知道能量守恒定律并能举出日常生活中能量守恒；能利用能量守恒定律解释简单的生活现象。 科学思维：初步形成能量转化和守恒的观念思维。 探究实践：通过永动机的学习明白能量守恒定律的含义，通过学生讨论体会能量不会凭空消失，培养学生探究科学规律的能力。 态度责任：培养学生爱科学、不断探索的精神，对学生进行思想教育。 1. 能量的转化与守恒定律（重点） 2. 能量转化与转移的方向性（难点） 1. 能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化。 2. 能量既不会消灭，也不会创生，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，能的总量保持不变。这就是能量转化和守恒定律。能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的基本定律之一。无论是机械运动，还是生命运动；无论是宇宙天体，还是微观粒子，都遵循这个定律。 3. 能量的转化和转移有一定的方向性。内能总是自发地从高温物体转移到低温物体,而不能自发地从低温物体转移到高温物体；机械能可以自发地转化为内能,而内能不能自发地转化为机械能。人们是在能量转化或转移过程中利用能量的。利用能量是有代价的,也是有条件的,所以要节约能源。 我们知道，动能和势能之间可以相互转化。 那么，其他形式的能量是否也会发生相互转化呢？ 能量在转化过程中遵循什么规律？ 一、能量的相互转化 能量的形式 机械能、内能、化学能、电能、核能…… 各种形式的能量不是孤立的，而是相互联系的 能量可以在两个物体之间转移，如内能的转移 能量形式也可以转化，如小灯泡发光将电能转化成内能 读图 下列物体具有哪种形式的能量？物体的能量发生怎样变化？ 热水的温度高，具有内能，金属勺放入热水中，内能从热水转移到金属勺。 B物体具有重力势能，重力势能一部分从B物体转移到A物体，一部分转化为两者的动能。 森林火灾，木材具有化学能，燃烧时化学能转化为内能。 运动员具有重力势能，下落过程中，重力势能一部分转化为动能，一部分因克服空气阻力做功转化为内能。 综上：能量可以在两个物体之间转移，能量形式也可以转化 太阳能的转化 人体能量的来源及转化 人的生命活动和人体完成的各种动作，都需要能量。这些能量来自于哪里？ 这些能量来自于食物。人吃进各种食物，食物消化后被吸收的营养物质由血液输送到人体各处，食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等。 火力发电厂 思考与讨论 我们每天都在使用电能，电能由发电厂提供。你知道火力发电厂的电能是如何转化而来的吗？ 在火力发电厂中，燃烧煤或者天然气来加热水，水沸腾后产生的蒸汽驱动涡轮机转动，涡轮机带动发电机，发电机发出的电通过输电线传输到各地的用户。 能量转化：化学能 内能 机械能 电能 思考与讨论 如图所示，青蛙从地上跃起捕捉害虫。在这个过程中，青蛙消耗了什么能？这些能量到哪里去了？青蛙获得了什么能？这些能量来自哪里？  青蛙消耗了化学能；这些能量发生了转化；使青蛙获得了机械能；这些能量来自储存在青蛙体内的化学能。 大量事实表明： 不同形式的能量之间会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移 自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。平常我们所说的“消耗能量”、“利用能量”或者“获得能量”，实质上就是能量相互转化或转移的过程。 思考与讨论 氢氧化钠在水中溶解，温度会升高；硝酸铵在水中溶解，温度会降低。 这两种物质在溶解过程中，能量的形式各发生了怎样的转化？ 氢氧化钠和硝酸铵在水中都会溶解，不同的是氢氧化钠溶解过程中放出热量，水温升高；硝酸铵溶解过程中吸收热量，水温降低。 因此氢氧化钠溶解过程中化学能转化为内能，硝酸铵溶解过程中内能转化为化学能。 二、能量的转化与守恒定律 能量由一种形式转化为另一种形式的过程中，能量的多少是否发生变化？ 思考与讨论 如图所示，用电动机提升重物时，电动机消耗的电能，是否都转化为重物的机械能？是否还转化为其他形式的能量？如果把转化后的各种形式的能量全部加起来，是否跟电动机消耗的电能相等？ 不都转化为机械能；还有一部分转化为内能；转化后的各种形式的能量全部加起来与电动机消耗的电能相等。 大量事实表明： 在能量的形式发生相互转化的过程中，某种形式的能量减少（增加）了多少，另一种形式的能量一定会相应地增加（减少）多少。即能的总量保持不变。 也就是说： 能量既不会消灭，也不会创生，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，能的总量保持不变。 ——能量转化和守恒定律 自然界最普遍、最重要的基本定律之一 思考与讨论 达·芬奇曾设计了一个 “永动机”：一只圆轮，里面装有可以自由滚动的重钢球，如图所示。利用隔板的特殊形状，使轮子一边的钢球总是滚到另一边距离轮心远些的地方，这样，在钢球的重力作用下，轮子便会转动不息。你认为这个“永动机”能旋转不息吗？为什么？ 不能。从能量角度分析，轮子在转动过程中，由于克服摩擦力做功，机械能一部分转化为内能，直至最后所有的机械能都转化为内能，“永动机”便停止转动。“永动机”不能旋转不息，说明违反能量转化和守恒定律的事件是不可能发生的。 三、能量的转移和转化的方向性 “永动机”不可能成功的事实告诉我们，违反能量的转化和守恒定律的事件是不可能发生的。那么，遵循能量的转化和守恒定律的事件是否一定会发生呢？ 一块炽热的铁块投入水中时能量发生怎样的转移? 相反的过程能否自发地发生？ 不可能 综上：热量的转移是有方向性的，热量只能自发地从高温物体传向低温物体，而决不会反向转移 当杂技演员沿竹竿下滑时，能量又是如何转化？手和竹竿的内能，能使演员上升吗？ 当杂技演员沿竹竿下滑时，演员的重力势能有一部分转化为手和竹竿的内能，使手和竹竿的温度升高。 相反的过程也不会自发地发生，即手和竹竿不可能自发地降低温度，而使人的位置升高。 综上：能量的转化是具有方向性的。机械能可以自发地转化为内能，而内能不能自发地转化为机械能 思考与讨论 请你举例加以说明，能量的转移和转化有一定的方向性有什么实际意义？ 我们是在能量的转化或转移过程中利用能量的，因此，不是所有的能量都可以利用，化石能源、核能等现在开采得越多，留给子孙后代的就越少。有的能量如内能，一旦耗散，就不能重新利用。正是由于能量转化和转移的方向性，我们要节约能源。 课堂小结： 1. 能量是物理学中极其重要的一个基本概念，关于这个概念的说法正确的是（　　） A．甲对外做了10J的功，乙对外做了20J的功，则甲原来具有的能较少 B．能的形式多种多样，不同形式的能量间可以无条件地相互转化 C．一个物体如果能对外做功，那它一定具有了能 D．做饭时燃烧天然气，这是将天然气这种物质转变成能量，即用掉了物质生成了能量 【答案】C 【详解】A．能够做的功越多，具有的能量越大，但是物体具有的能越大，做的功不一定多，故A错误； B．能量的形式多种多样，不同形式的能量间可以相互转化，但转化都是有条件的，故B错误； C．一个物体如果具有了对别的物体做功的本领，我们就说这个物体具有能量，或者说具有能，故C正确； D．做饭时燃烧天然气，这是将天然气的化学能转化成了内能，发生了能量的转化，不是物质生成了能量，能量不能凭空产生，故D错误。 故选C。 2．如图所示为教材中关于能量转化和守恒的图例。其中仅涉及能量转移的是（  ） A．金属勺放入热水中变烫 B．甲物上升，乙物下降 C．太阳照射到电池板上 D．达芬奇的永动机模型 【答案】A 【详解】A．金属勺放入热水中变烫，金属勺吸收热量，内能增加，能量的存储形式不变，发生的是能量的转移，故A符合题意； B．甲物上升，乙物下降，需要克服摩擦做功，将机械能转化为内能，发生的是能量的转移，故B不符合题意； C．太阳照射到电池板上，将太阳能转化为电能，发生的是能量的转化，故C不符合题意； D．达芬奇的永动机设计是基于能量转化的原理，试图通过某种机制使得机器能够持续运转而不需外部能量输入，故D不符合题意。 故选A。 3．关于能量守恒定律的理解，下列说法正确的是（   ） A．能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化 B．能量守恒定律既适用于能量的转化，又适用于能量的转移 C．由于能量的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机 D．凡是能量守恒的过程，就一定会发生能量的转化 【答案】B 【详解】AB．能量守恒定律是自然界普遍的基本定律之一，适用于整个自然界中能量的转移和转化，故A错误，B正确； C．能量的转移和转化是需要条件和具有方向性的，因此需要节约各类能源，防止产生危机，故C错误； D．能量可能发生转移或转化，凡是能量守恒的过程，可能发生能量的转化也可能发生能量的转移，故D错误。 故选B。 4．科技馆里有一种“水车”，其装置如图所示，它的叶片是由高分子聚合材料制成的。在常温下，叶片是平直的：在高温下，其叶片可向一侧弯曲。当把水车的下半部分放进热水中时，“水车”可以不停地转动起来。小慈认为：这种“水车”是永动机，因为它没有外部动力也能转动。试问： （1）“水车”是如何转动的？请用所学知识阐述其原理； （2）你认为该“水车”能一直运动下去吗？请说明理由。 【答案】（1）见详解；（2）不能，见详解 【详解】答：（1）当“水车”的叶片浸在热水中时，由于温度升高叶片会向一侧迅速弯曲，给热水一个力，根据力的作用是相互的，热水也会对叶片施加一个反作用力，使水车转动起来，当叶片转出水面时，温度下降，叶片又恢复成平直的状态，这个过程不断进行就会使水车不停地转动。 （2）“水车”不能一直运动下去，从能量转化的角度看，“水车”是将内能转化为机械能的装置，热水在推动叶片运动做功时，要消耗水的内能，水的温度会逐渐降低，如果不及时补充能量，当水温降至室温时，水车就会停止转动。 5．我国争取到2060年实现“碳中和”以应对全球气候变化。目前正积极开发太阳能、风能等新能源，光伏发电技术已达到国际领先水平。下图是利用熔盐和1.2万块镜子建成的甘肃敦煌100MW熔盐塔太阳能光热发电站工作流程示意图： 通过镜子将太阳光聚集在吸热器上，加热其中熔盐。高温熔盐流入温度为565℃的高温熔盐罐，随后热泵将它压入蒸汽发生器，与其中的冷水进行热交换，产生高温高压水蒸气，水蒸气推动汽轮发电机发电。熔盐经过蒸汽发生器降温后，流回低温熔盐罐。两个熔盐罐中共储存3万吨熔盐（熔点为210℃）.白天高温熔盐罐把能量储存起来，夜晚释放发电，可实现24小时稳定电力输出。 （1）“持续地将太阳光聚集在塔顶的吸热器上”此过程中主要发生的能量转化是 能转化为 能。 （2）为节约用水，冷却塔内的一部分水蒸气变成液态水后流回蒸汽发生器循环使用，这部分水在冷却塔中发生的物态变化是 ，同时放出热量。 （3）低温熔盐罐内的温度应 （选填“大于”、“等于”或“小于”）210℃。 （4）植物的光合作用是自然界消耗二氧化碳的最重要途径之一，人们称其为地球上最重要的能量转化过程。写出植物光合作用的文字表达式： 。 【答案】（1） 光 内 （2）液化 （3）大于 （4） 【详解】（1）[1][2]太阳能光热发电站通过镜子聚集太阳光，使熔盐温度升高，这是将太阳的光能转化为熔盐的内能。 （2）物质由气态变为液态的过程叫液化，液化过程会放热。冷却塔内水蒸气变成液态水，属于液化现象。冷却塔内水蒸气变成液态水，物质由气态变为液态，发生的物态变化是液化，同时放出热量。 （3）晶体的熔点是其固态和液态的分界温度，当温度高于熔点时，晶体处于液态。因为熔盐熔点为210℃，低温熔盐罐内的熔盐是液态，所以其温度应大于210℃。 （4）光合作用是绿色植物利用光能，在叶绿体内把二氧化碳和水转化成储存着能量的有机物，并且释放出氧气的过程。植物光合作用的文字表达式为：。 6．有人提出，可将中国空间站打造成一个真正的“太空母港”，天宫空间站将从原来的“三舱”扩建到“六舱”，并且实现53种功能变化，让它成为全世界航天器都能停靠的地方。 （1）火箭将“载人航天器”送入太空。在火箭加速升空过程中，上升的推力来自于 （选填“燃气”或“空气”），在此过程中，能量的转化是：燃料的化学能→ →机械能； （2）如图乙，当“天宫”沿运行轨道从近地点运动到远地点时，它的动能将 。 【答案】（1） 燃气 内能 （3）变小/转化为重力势能 【详解】（1）[1][2]在火箭加速升空过程中，火箭内燃料燃烧，将化学能转化为内能，再由内能转化为机械能，因此上升的推力来自于燃气。 （2）“天宫”沿运行轨道从近地点运动到远地点时，机械能守恒，且该过程中质量不变，高度升高，重力势能增加，动能会减小，将动能转化为重力势能。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $ 第8节 能量的转化与守恒（导学案） 科学观念：通过实例认识能量可以转化或转移；知道能量守恒定律并能举出日常生活中能量守恒；能利用能量守恒定律解释简单的生活现象。 科学思维：初步形成能量转化和守恒的观念思维。 探究实践：通过永动机的学习明白能量守恒定律的含义，通过学生讨论体会能量不会凭空消失，培养学生探究科学规律的能力。 态度责任：培养学生爱科学、不断探索的精神，对学生进行思想教育。 1. 能量的转化与守恒定律（重点） 2. 能量转化与转移的方向性（难点） 1. 能量可以在两个物体之间 ，能量形式也可以 。 2. 能量既不会 ，也不会 ，它只会从一种形式 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，能的总量 。这就是能量转化和守恒定律。能量转化和守恒定律是自然界最普遍、最重要的 之一。无论是机械运动，还是生命运动；无论是宇宙天体，还是微观粒子，都遵循这个定律。 3. 能量的转化和转移有一定的 。内能总是自发地从 物体转移到 物体,而不能自发地从 物体转移到 物体；机械能可以自发地转化为 ,而 不能自发地转化为机械能。人们是在能量转化或转移过程中利用能量的。利用能量是有代价的,也是有条件的,所以要节约能源。 我们知道，动能和势能之间可以相互转化。 那么，其他形式的能量是否也会发生相互转化呢？ 能量在转化过程中遵循什么规律？ 一、能量的相互转化 能量的形式 机械能、内能、化学能、电能、核能…… 各种形式的能量不是孤立的，而是相互联系的 能量可以在两个物体之间转移，如内能的转移 能量形式也可以转化，如小灯泡发光将电能转化成内能 读图 下列物体具有哪种形式的能量？物体的能量发生怎样变化？ 综上：能量可以在两个物体之间 ，能量形式也可以 太阳能的转化 人体能量的来源及转化 人的生命活动和人体完成的各种动作，都需要能量。这些能量来自于哪里？ 这些能量来自于食物。人吃进各种食物，食物消化后被吸收的营养物质由血液输送到人体各处，食物的化学能转化为人体的内能、电能、机械能等。 火力发电厂 思考与讨论 我们每天都在使用电能，电能由发电厂提供。你知道火力发电厂的电能是如何转化而来的吗？ 在火力发电厂中，燃烧煤或者天然气来加热水，水沸腾后产生的蒸汽驱动涡轮机转动，涡轮机带动发电机，发电机发出的电通过输电线传输到各地的用户。 能量转化： 思考与讨论 如图所示，青蛙从地上跃起捕捉害虫。在这个过程中，青蛙消耗了什么能？这些能量到哪里去了？青蛙获得了什么能？这些能量来自哪里？  大量事实表明： 不同形式的能量之间会发生相互转化，能量也会在不同的物体间相互转移 自然界中物质运动形式的变化总伴随着能量的相互转化。平常我们所说的“消耗能量”、“利用能量”或者“获得能量”，实质上就是能量相互转化或转移的过程。 思考与讨论 氢氧化钠在水中溶解，温度会升高；硝酸铵在水中溶解，温度会降低。 这两种物质在溶解过程中，能量的形式各发生了怎样的转化？ 二、能量的转化与守恒定律 能量由一种形式转化为另一种形式的过程中，能量的多少是否发生变化？ 思考与讨论 如图所示，用电动机提升重物时，电动机消耗的电能，是否都转化为重物的机械能？是否还转化为其他形式的能量？如果把转化后的各种形式的能量全部加起来，是否跟电动机消耗的电能相等？ 大量事实表明： 在能量的形式发生相互转化的过程中，某种形式的能量减少（增加）了多少，另一种形式的能量一定会相应地增加（减少）多少。即能的总量保持不变。 也就是说： 能量既不会消灭，也不会创生，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，能的总量保持不变。 ——能量转化和守恒定律 自然界最普遍、最重要的基本定律之一 思考与讨论 达·芬奇曾设计了一个 “永动机”：一只圆轮，里面装有可以自由滚动的重钢球，如图所示。利用隔板的特殊形状，使轮子一边的钢球总是滚到另一边距离轮心远些的地方，这样，在钢球的重力作用下，轮子便会转动不息。你认为这个“永动机”能旋转不息吗？为什么？ 三、能量的转移和转化的方向性 “永动机”不可能成功的事实告诉我们，违反能量的转化和守恒定律的事件是不可能发生的。那么，遵循能量的转化和守恒定律的事件是否一定会发生呢？ 一块炽热的铁块投入水中时能量发生怎样的转移? 相反的过程能否自发地发生？ 综上：热量的转移是有方向性的，热量只能自发地从 传向 ，而决不会反向转移当杂技演员沿竹竿下滑时，能量又是如何转化？手和竹竿的内能，能使演员上升吗？ 当杂技演员沿竹竿下滑时，演员的 有一部分转化为手和竹竿的 ，使手和竹竿的温度 。 综上：能量的转化是具有方向性的。 可以自发地转化为 ，而 不能自发地转化为 思考与讨论 请你举例加以说明，能量的转移和转化有一定的方向性有什么实际意义？ 课堂小结： 1. 能量是物理学中极其重要的一个基本概念，关于这个概念的说法正确的是（　　） A．甲对外做了10J的功，乙对外做了20J的功，则甲原来具有的能较少 B．能的形式多种多样，不同形式的能量间可以无条件地相互转化 C．一个物体如果能对外做功，那它一定具有了能 D．做饭时燃烧天然气，这是将天然气这种物质转变成能量，即用掉了物质生成了能量 2．如图所示为教材中关于能量转化和守恒的图例。其中仅涉及能量转移的是（  ） A．金属勺放入热水中变烫 B．甲物上升，乙物下降 C．太阳照射到电池板上 D．达芬奇的永动机模型 3．关于能量守恒定律的理解，下列说法正确的是（   ） A．能量守恒定律只适用于机械能与内能的相互转化 B．能量守恒定律既适用于能量的转化，又适用于能量的转移 C．由于能量的转化过程符合能量守恒定律，所以不会发生能源危机 D．凡是能量守恒的过程，就一定会发生能量的转化 4．科技馆里有一种“水车”，其装置如图所示，它的叶片是由高分子聚合材料制成的。在常温下，叶片是平直的：在高温下，其叶片可向一侧弯曲。当把水车的下半部分放进热水中时，“水车”可以不停地转动起来。小慈认为：这种“水车”是永动机，因为它没有外部动力也能转动。试问： （1）“水车”是如何转动的？请用所学知识阐述其原理； （2）你认为该“水车”能一直运动下去吗？请说明理由。 5．我国争取到2060年实现“碳中和”以应对全球气候变化。目前正积极开发太阳能、风能等新能源，光伏发电技术已达到国际领先水平。下图是利用熔盐和1.2万块镜子建成的甘肃敦煌100MW熔盐塔太阳能光热发电站工作流程示意图： 通过镜子将太阳光聚集在吸热器上，加热其中熔盐。高温熔盐流入温度为565℃的高温熔盐罐，随后热泵将它压入蒸汽发生器，与其中的冷水进行热交换，产生高温高压水蒸气，水蒸气推动汽轮发电机发电。熔盐经过蒸汽发生器降温后，流回低温熔盐罐。两个熔盐罐中共储存3万吨熔盐（熔点为210℃）.白天高温熔盐罐把能量储存起来，夜晚释放发电，可实现24小时稳定电力输出。 （1）“持续地将太阳光聚集在塔顶的吸热器上”此过程中主要发生的能量转化是 能转化为 能。 （2）为节约用水，冷却塔内的一部分水蒸气变成液态水后流回蒸汽发生器循环使用，这部分水在冷却塔中发生的物态变化是 ，同时放出热量。 （3）低温熔盐罐内的温度应 （选填“大于”、“等于”或“小于”）210℃。 （4）植物的光合作用是自然界消耗二氧化碳的最重要途径之一，人们称其为地球上最重要的能量转化过程。写出植物光合作用的文字表达式： 。 6．有人提出，可将中国空间站打造成一个真正的“太空母港”，天宫空间站将从原来的“三舱”扩建到“六舱”，并且实现53种功能变化，让它成为全世界航天器都能停靠的地方。 （1）火箭将“载人航天器”送入太空。在火箭加速升空过程中，上升的推力来自于 （选填“燃气”或“空气”），在此过程中，能量的转化是：燃料的化学能→ →机械能； （2）如图乙，当“天宫”沿运行轨道从近地点运动到远地点时，它的动能将 。 本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？ 1 / 2 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $