3.能量守恒定律（表格式教学设计）物理人教版选择性必修第三册

第3节 能量守恒定律 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第3节 能量守恒定律 教学 目标 物理观念 建立能量守恒的核心概念，能从能量守恒角度分析热学过程，理解做功与热传递改变内能的等效性。 科学思维 通过推导与应用能量守恒的数学表达，提升逻辑推理与模型建构能力，深化“宏观—微观”关联认知。 科学探究 设计探究实验，验证能量守恒关系，基于数据分析提升从证据推导规律的能力。 科学态度 与责任 联系生活应用，体会理论指导实践的思想，增强社会责任感，树立可持续发展意识。 教学 重难点 1.能量守恒定律的内容、数学表达及其物理意义(重点)。 2.运用能量守恒定律分析实际物理过程问题(重点)。 3.准确理解能量转化与转移过程中的定量关系及物理含义(难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：让“饮水小鸭”“喝”完一口水后，直立起来。直立一会儿，又会慢慢俯下身去，再“喝”一口，然后又会直立起来。如此循环往复…… 这种“饮水小鸭”玩具是一架永动机吗？ 学生观看视频，思考问题。 新课讲授 一、探索能量守恒的足迹 教师：人类的任何活动都离不开能量，人体的能量是从食物中获取的，食物的能量又是从太阳能转化而来的。常见的能量的形式有哪些呢？ 学生：动能、重力势能、弹性势能、内能、光能、电能、化学能··· 教师：能量的概念是人类在对物质运动规律进行长期探索中建立起来的。所有自然现象都涉及能量，不同形式的运动都可以用能量来描述。 教师：要用联系的观点去观察自然，我们可以用能量的观念把热、电、光、磁等都统一起来描述。各种能量之间是可以相互转化的。那么，在能量转化过程中遵循什么定量关系呢？ 学生：能量守恒。 教师：其实，人类对能量的认识以及建立能量守恒定律的过程是漫长又曲折的。 学生思考并回答问题。 新课讲授 二、能量守恒定律 教师：在了解了人类探索能量守恒的历史过程后，请同学们归纳出能量守恒定律的内容。 学生：能量守恒定律： 能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能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，而在转化或转移过程中，能量的总量保持不变。 教师： ①自然界存在着多种不同形式的运动，每种运动对应着一种形式的能量。②不同形式的能量之间可以相互转化。③能量守恒定律适用于任何物理现象和物理过程。 教师：小组合作，思考能量守恒定律的意义。 学生：（1）能量守恒定律同生物进化论、细胞的发现被恩格斯誉为19世纪的三个最伟大的科学发现。 （2）能量守恒定律是在无数实验事实的基础上建立起来的，是自然科学的普遍规律之一。 （3）自然界一切已经实现的过程都遵守能量守恒定律。凡是违反能量守恒定律的过程都是不可能实现的，例如“永动机”只能以失败而告终。 （4）机械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。 （5）热力学第一定律其实就是能量守恒定律在热学中的体现。 【例1】请写出在下列过程中的能量转化关系： (1)在水平道路上行驶的汽车，发动机熄火后慢慢停下来； 【提示】在水平道路上行驶的汽车，发动机熄火后，慢慢停下来，汽车所受的阻力对汽车做负功，汽车的机械能转化为内能。 (2)条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生感应电流； 【提示】条形磁体下落过程中穿过闭合线圈，线圈中产生感应电流，条形磁体克服阻力做功，机械能转化为内能。 (3)火药爆炸产生燃气，子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，射穿一块钢板后，速度减小。 【提示】火药爆炸产生燃气，化学能转化为内能；子弹在燃气的推动下从枪膛发射出去，推力做功，内能转化为机械能；子弹射穿一块钢板后，速度减小，阻力对子弹做负功，机械能转化为内能。 学生思考并回答问题。 新课讲授 三、永动机不可能制成 教师：不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功，这种机器叫永动机。（人们把这种不消耗能量的永动机叫第一类永动机）。 提问：请同学们阅读教材，说说第一类永动机能制成吗？为什么？ 学生：不能，违背了能量守恒定律。 教师：永动机不可能制成给了我们什么启发？ 学生：永动机不可能制成，说明不可能无中生有地获得能量，自然界各种能量之间存在着一定的守恒关系。 【例2】有人设计了如图所示的永动机，靠磁铁的吸引使车辆获得行驶的能量，但是这类永动机没有制成，是因为 A.不符合机械能守恒定律 B.违背了能量守恒定律 C.做功产生的热不符合热功当量 D.找不到合适的材料和合理的设计方案 【解析】题图所示为第一类永动机，第一类永动机不可能制成的原因是违背了能量守恒定律，故B项正确。 学生思考并回答问题。 课 堂 练 习 1.如图所示，A、B是两个完全相同的球，分别浸没在水和水银的同一深度处，A、B两球用同一种材料制成，当温度稍微升高时，球的体积会明显变大，如果开始水和水银的温度相同，且两液体温度同时缓慢升高到同一值，两球膨胀后，体积相等，则(　　) A. A球吸收的热量较多 B. B球吸收的热量较多 C. 两球吸收的热量一样多 D. 无法确定 【解析】A、B两球升高同样的温度，体积变化又相同，则二者内能的变化相同，而B球是处在水银中的，水银的密度比水大，故B球膨胀时受到的压力大，对外做功多，因此B球吸收的热量较多一些，B正确。 2.如图所示，柱形容器内封闭有一定质量的气体，光滑活塞C(质量为m)与容器用良好的隔热材料制成。活塞横截面积为S，大气压为p0，另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B而静止，在这一过程中，容器内气体内能的改变量ΔE、外界对容器内气体所做的功W、物体及活塞的重力势能的变化量的关系是(　　) A. Mgh＋mgΔh＝ΔE＋W B. ΔE＝W，W＝Mgh＋mgΔh＋p0SΔh C. ΔE＝W，W<Mgh＋mgΔh＋p0SΔh D. ΔE≠W，W＝Mgh＋mgΔh＋p0SΔh 【解析】由于系统隔热，所以气体与外界没有热交换，活塞对气体做正功，由热力学第一定律知气体的内能增加，且ΔE＝W；而从能量守恒的角度考虑，m和M减少的机械能即重力势能和大气压做的功共为Mgh＋mgΔh＋p0SΔh，这些能量一部分使气体的内能增加(ΔE)，另一部分损失在碰撞过程中(转化为m和M的内能)，所以W<Mgh＋mgΔh＋p0SΔh。 3.如图所示的柱形容器内封有一定质量的空气．质量为m的光滑活塞与容器都用良好的隔热材料制成，另有质量为M的物体从活塞上方的A点自由下落到活塞上，并随活塞一起到达最低点B后静止．这一过程中，容器内空气内能的变化量ΔU，外界对气体所做的功W与物体及活塞的重力势能变化量的关系是(　　) A. Mgh＋mg·Δh＝ΔU＋W B. ΔU＝W，W＝Mgh＋mgΔh C. ΔU＝W，W<Mgh＋mgΔh D. ΔU≠W，W＝Mgh＋mgΔh 【解析】绝热过程中Q＝0，由热力学第一定律知ΔU＝W，但物体落在活塞上时，有一部分机械能在碰撞时转化为内能，这些内能没能被封闭气体吸收，因此W<Mgh＋mgΔh.故C正确． 4.太阳能是人类最基本的能源，它无污染、无费用，这种能源的使用期和太阳本身寿命一样长，当太阳光照射地面时，1 m2地面上在1 s内平均得到的太阳辐射能约为1.0×103 J。太阳能热水器就是直接利用太阳能的装置，目前已经普遍地出现在我们的生活中。晓阳在网上下载了某型号太阳能热水器的宣传广告： (1)晓阳家每天大约需要100 kg热水，用这种热水器将这些水从25 ℃加热到 45 ℃需要多长时间。 (2)与效率为80%的电热水器相比，晓阳家每天可节约多少电能。 【解析】(1)设T为光照时间，k=1.0×103 J/(s·m2)， Q吸=cm(t-t0)=4.2×103×100×(45-25) J=8.4×106 J 太阳能热水器传给水的热量Q放=kSTη 因为Q吸=Q放， 所以T= = s=1.4×104 s≈3.9 h (2)由Q电=Wη1得W= = J=1.05×107 J≈2.9 kW·h 课 堂 小 结 板 书 设 计 第3节 能量守恒定律 1.能量守恒定律 (1)内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。 (2)两种表达 ①某种形式的能减少，一定有其他形式的能增加，且减少量和增加量一定相等； ②某个物体的能量减少，一定存在其他物体的能量增加，且减少量和增加量一定相等。 2.永动机不可能制成 (1)第一类永动机：不需要任何动力或燃料，却能不断地对外做功的机器。 (2)第一类永动机由于违背了能量守恒定律，所以不可能制成。 3.热力学第一定律与能量守恒定律的比较 (1)能量守恒定律是各种形式的能相互转化或转移的过程，总能量保持不变，它包括各个领域，范围广泛。 (2)热力学第一定律是物体内能与其他形式的能之间的相互转化或转移，是能量守恒定律在热现象领域内的具体体现。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“练习与应用”。 2.配套分层作业。 教学反思 对于基础较好的学生，在该部分可以开展跨模块学习，学生在用能量守恒定律解释其他物理规律的过程中能够不断体会到能量守恒定律对自然界的统一性。能量守恒定律在高中所学的物理规律中有很多体现，可以将这一问题拓展到课后继续研究，帮助学生建立更完整的能量观。 1 / 1 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 $