14.1 能量的转化与守恒（教学设计）物理新教材人教版九年级全一册

该初中物理教学设计聚焦“能量的转化与守恒”核心知识，通过手摇发电机点亮灯泡、砂纸摩擦铁丝生热等实验导入，承接机械能、内能等已有知识，整合梳理能量形式、转化与转移规律，为热机等后续内容构建学习支架。 该资料以“实验探究+对比分析”为特色，学生分组进行铁丝摩擦、电机转动实验，结合教师演示火柴燃烧、太阳能小风扇等实例，通过科学探究识别能量变化，运用科学思维区分转化与转移，借助永动机视频渗透科学态度与责任。丰富的生活实例和分层练习，助力学生构建能量认知模型，也为教师提供清晰教学路径，有效突破重难点。

14.1 能量的转化与守恒（教学设计） 年级 九年级 学科 物理 教师 课题 第1节 能量的转化与守恒 教学 目标 物理观念 认识自然界多种形式的能量，掌握能量转化、转移规律，理解能量守恒定律完整内涵，建立能量整体认知。 科学思维 通过生活、实验现象分析能量转化过程，区分能量转化与转移，运用守恒逻辑推理能量变化，构建能量转化模型。 科学探究 观察摩擦起电、手摇发电机、加热水等实验，识别能量形式变化，归纳能量转化特点，自主总结守恒规律。 科学态度 与责任 能用能量守恒解释生活、生产设备工作原理，认识永动机不可能实现，树立节约能源、合理利用能量的环保意识。 教材 分析 本节是第十四章《内能的利用》开篇内容，承接内能、机械能、做功、热传递等知识，对全学段所学各类能量进行整合梳理。教材通过大量生活实例、小实验展示机械能、内能、电能、光能、化学能之间的相互转化，进而推导得出能量守恒定律，从宏观层面统一所有能量变化规律。本节是整个初中物理能量板块的总结升华，为热机、热值、热效率计算提供理论依据，也是中考简答题、材料阅读题高频考点；同时破除 “永动机” 误区，渗透节能环保的德育思想。 学情分析 已有基础：学生已学习机械能、内能、电能、化学能等单一能量形式，了解做功、热传递伴随能量变化，能简单判断摩擦、烧水等过程能量改变。 认知难点：容易混淆能量转化和能量转移；无法理解 “能量总量不变，只是形式改变”；幻想存在不消耗能量持续做功的永动机，难以理解永动机违背守恒定律；不能完整表述能量守恒定律，答题易遗漏 “不会凭空产生、不会凭空消失” 关键点。 学习特点：学生对手摇发电机、摩擦发热、发光电器等实验器材兴趣浓厚，但归纳总结、逻辑推理能力不足，需要大量实例对比区分转化与转移。 教学重点 1. 识别常见能量形式； 2. 判断生活实例中的能量转化； 3. 能量守恒定律内容与理解。 教学难点 1. 区分能量转化与能量转移； 2. 运用能量守恒定律解释现象； 3. 理解永动机无法制造的根本原因。 教学 器材 教师演示器材：手摇发电机、小灯泡、导线、火柴、铁丝、砂纸、烧杯、热水、太阳能小风扇； 多媒体资源：各类能量转化动态动画、永动机模型视频、生活设备能量转化图解； 学生分组器材：细铁丝、砂纸、干电池、小电机。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 1.演示两个小实验，同步提问： 实验 1：手摇发电机连接小灯泡，快速转动手柄，灯泡发光。 提问 1：没有外接电源，灯泡为什么能亮？手转动消耗的能量去哪里了？灯泡发光又产生了什么能量？ 实验 2：砂纸打磨铁丝，触摸铁丝变热。 提问 2：手用力摩擦消耗机械能，铁丝温度升高，说明机械能变成了什么能量？ 2.递进思考提问： ①太阳能路灯白天吸收太阳光，夜晚发光，能量经历了怎样的变化？ ②我们使用的电能、内能、光能会不会凭空出现，或者彻底消失？ 3.导入过渡：自然界存在多种多样的能量，不同能量之间可以相互变换，能量变化遵循统一规律，今天学习《能量的转化与守恒》，掌握所有能量变化的通用法则，板书课题。 【设计意图】 简易演示实验直观展现能量形式变化，结合学生日常接触的电器、能源设备制造认知疑问，将零散的能量知识串联，自然引出本节课核心内容。 观察手摇发电机、摩擦铁丝实验，直观感受能量发生改变 带着 “能量从哪来、去哪了” 的疑问进入新课学习 学习新课 一、能量的转化与转移 1. 能量的转化（12 分钟） （1）概念讲解：一种能量变为另一种能量，能量形式发生改变。 （2）分组实验探究（学生动手操作） 实验① 砂纸摩擦铁丝 操作：砂纸反复打磨铁丝，触摸铁丝温度。 现象：铁丝发热。 能量变化：机械能 → 内能。 实验② 干电池驱动小电机 操作：电池接通小型电机，电机转轴转动。 现象：电机持续旋转。 能量变化：化学能 → 电能 → 机械能。 （3）教师演示拓展实验 演示1：手摇发电机点亮灯泡 能量转化：机械能 → 电能 → 光能、内能。 演示 2：火柴燃烧 能量转化：化学能 → 内能、光能。 演示 3：太阳能小风扇晒太阳转动 能量转化：太阳能（光能）→ 电能 → 机械能。 （4）课堂归类汇总常见转化实例，板书梳理： ①摩擦生热：机械能→内能 ②电灯发光：电能→光能 + 内能 ③燃料燃烧：化学能→内能 ④电动机：电能→机械能 ⑤发电机：机械能→电能 ⑥太阳能电池：光能→电能 ⑦蓄电池充电：电能→化学能；放电：化学能→电能 2. 能量的转移（4 分钟） （1）对比区分概念：能量从一个物体转移到另一个物体，能量形式不变。 （2）核心实例：热传递 热水与冷水混合，热水内能传递给冷水，始终是内能，形式未改变，属于能量转移。 （3）对比总结转化与转移核心区别： 转化：能量形式改变；转移：能量形式不变，仅位置、物体改变。 （4）易错提问：热水袋捂手是转化还是转移？ 答案：内能从热水转移到手，属于能量转移。 【设计意图】 学生分组实验 + 教师演示多维度展示能量转化，通过对比实例清晰区分转化、转移两大易混概念，突破本节第一个教学难点。 【典例1】抽水蓄能是一种安全可靠的储能方式。抽水蓄能电站在用电低谷时，利用电网中多余的电能把水抽到高处储存起来，在用电高峰时把高处的水放下来发电供给用户使用。下列说法正确的是（     ） A．放水发电时，把电能转化成机械能 B．水从高处流下时，重力对水不做功 C．抽水蓄能时，水的重力势能增大 D．抽水蓄能时，水的机械能转化成电能 【答案】C 【详解】A．放水发电时，高处水的重力势能转化为电能，并非电能转化为机械能，故A错误； B．水从高处流下时，水受到竖直向下的重力，且沿重力方向移动了距离，重力对水做功，故B错误； C．重力势能大小与质量、高度有关，抽水蓄能时，水被抽到高处，质量不变，高度增加，因此水的重力势能增大，故C正确； D．抽水蓄能时，消耗电网多余的电能，将电能转化为水的机械能（重力势能）储存，并非水的机械能转化为电能，故D错误。 故选C。 分组完成铁丝摩擦、电机转动实验，观察现象并书写能量转化过程； 观察教师演示实验，记录每一组实验对应的能量转化； 熟记常见能量转化实例 对比记忆转化、转移两个概念，标注核心区分点； 判断热传递、热水袋取暖属于能量转移，巩固区分方法。 通过例题练习，加深理解能量的转化 学习新课 二、能量守恒定律 1.逻辑引导： 无论是能量转化还是能量转移，能量不会凭空消失。例如摩擦铁丝，机械能没有消失，全部变成内能；热水降温，内能只是转移到空气，没有消失。同理，能量也不会凭空产生，灯泡发光的电能来自发电机，发电机机械能来自水能、风能、热能。 2.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。 3.分层拆解关键词，逐句讲解： ① 不会凭空消灭、不会凭空产生（杜绝 “能量消失 / 凭空出现” 错误说法）； ② 两种变化路径：转化、转移； ③ 核心结论：总能量恒定不变。 4.拓展难点：永动机问题 提问：能不能制造一台机器，不消耗任何能量，却源源不断对外做功？ 讲解：这种机器叫永动机，违背能量守恒定律，机器做功必然消耗能量，部分能量会以内能形式散失，无法无限循环对外做功，因此永动机不可能制造成功。 5.生活拓展： 汽车行驶，燃料化学能转化为机械能，同时尾气、散热消耗大量内能，总能量总和不变，只是有用机械能占比低，引出后续热效率内容。 【典例2】（25-26九年级上·陕西延安·阶段检测）《天工开物》中记载有一种自动引水灌溉工具——“高转筒车”（如图）。使用时下方转轮安装在河道中，流水驱动轮子转动，系在传动绳索上的竹筒将水从河里源源不断输送到上方农田中。下列说法正确的是（　　） A．该装置在运转过程中不需要消耗能量 B．水被输送到高处后重力势能增加 C．流水驱动轮子转动时不存在能量的转化 D．该机械不符合能量转化和守恒定律 【答案】B 【详解】A．装置运转依赖水流的动能驱动转轮，水流的能量被转化为机械能，因此需要消耗能量，故A错误； B．水从低处被提升到高处，质量不变，高度增加，则重力势能增加，故B正确； C．流水驱动轮子转动时要克服摩擦力做功，机械能转化为内能，故C错误； D．所有机械都遵循能量守恒定律，故D错误。 故选B。 齐读、背诵能量守恒定律，标记关键词 理解永动机无法实现的根本原因，做好笔记； 结合汽车行驶实例，分析全部能量去向，理解总能量守恒。 通过例题练习，加深理解能量守恒定律 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 课 堂 练 习 1．（25-26九年级上·广东广州·期末）十五届全运会“深海之火”采集时，利用光伏发电装置获得电能，经特种电缆传至海底，由电火花发生器远程引燃可燃冰获得绿色“源火”，问关于上述过程能量转化情况说法正确的是（   ） A．光伏发电过程中，电能直接转化为化学能 B．电能点燃可燃冰的过程，是机械能转化为内能 C．可燃冰燃烧时，其储存的化学能主要转化为内能和光能 D．在这个过程中能量的总量增加 【答案】C 【详解】A. 光伏发电过程中，是太阳能直接转化为电能，不是电能转化为化学能，故A错误。 B. 电能点燃可燃冰的过程，是电能转化为内能，不是机械能转化为内能，故B错误。 C. 可燃冰燃烧时，其储存的化学能主要转化为内能和光能，这是燃烧现象的典型能量转化，故C正确。 D. 根据能量守恒定律，在这个过程中能量的总量保持不变，不会增加，故D错误。 故选C。 2．（25-26九年级上·四川南充·期末）随着可持续发展理念的深入人心，绿色能源和智慧城市建设成为人们关注的焦点，如图是“风光互补”的景观照明灯。它的最上端是一台风力发电机，灯柱上配有太阳能电池板，底部蓄电池可以储存电能，下列对景观照明灯储能和照明时的能量转化说法正确的是（　　） A．风力发电机将电能转化成机械能 B．太阳能电池板能把太阳能全部转化成电能 C．蓄电池放电时，将电能转化成化学能 D．在能的转化和转移过程中，能量的总量保持不变 【答案】D 【详解】A．有风时，风力发电机叶片转动，产生电能，所以是将机械能转化成电能，故A错误； B．太阳能电池板是将太阳能转化为电能的装置，但在转化过程中，总会有一部分能量以热能等形式耗散掉，所以转化效率不可能达到100%，即不可能把太阳能“全部”转化成电能，故B错误； C．蓄电池放电时，其内部发生化学变化，将储存的化学能转化为电能，为灯泡等用电器提供能量，故C错误； D．在能的转化和转移过程中，由能量守恒定律可知，能量的总量不变，故D正确。 故选 D。 3．（25-26九年级上·河北邢台·期末）对下列实例的能量转化描述错误的是（　　） A．路灯——电能转化为光能 B．煤炭燃烧——化学能转化为内能 C．太阳能电池板——太阳能转化为电能 D．蓄电池放电——电能转化为化学能 【答案】D 【详解】A．路灯通电后消耗电能发光，将电能转化为光能，故A正确，不符合题意； B．煤炭燃烧是化学变化，释放出大量的热量，将蕴含的化学能通过燃烧的方式转化为内能，故B正确，不符合题意； C．太阳能电池板吸收太阳能，将其转化为电能储存起来，故C正确，不符合题意； D．蓄电池放电时，是化学能转化为电能，而蓄电池充电时，将电能转化为化学能存储起来，故D错误，符合题意。 故选D。 4．如图所示是不同形式的能量的相互转化图，下列说法不正确的是（　　） A．序号①的实例可以是“炙手可热” B．序号④的实例可以是电动机带动水泵把水送到高处 C．序号③的实例可以是植物吸收太阳光进行光合作用 D．序号②的实例可以是将塑料尺在头发上摩擦后带电 【答案】A 【详解】A．“炙手可热”属于热传递改变内能，是能量的转移，序号①是机械能转化为内能，是能量的转化，所以序号①的实例不能是“炙手可热”，故A错误，符合题意； B． 序号④描述的是电能转化为机械能，是电动机工作时的能量转化情况，可以是电动机带动水泵把水送到高处，故B正确，不符合题意； C． 植物的光合作用是：吸收太阳光将光能转化为化学能，所以序号③的实例可以是植物吸收太阳光进行光合作用，故C正确，不符合题意； D． 序号②说的是机械能转化为电能，这是发电机工作时的能量转化情况，也是摩擦起电过程的能量转化，所以该实例可以是将塑料尺在头发上摩擦后带电，故D正确，不符合题意。 故选A。 5．（23-24九年级上·湖北黄石·期末）自然界的能量可以从一个物体转移到另一个物体，也可以从一种形式转化为其他形式。如图所示的事例中，能量的形式发生了转移的是 （　　） ①图甲：高温的电炉丝使周围的空气温度上升 ②图乙：流星从夜空快速滑过发出耀眼的光亮 ③图丙：试管中高温水蒸气弹出管口的橡胶塞 ④图丁：涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机转动 A．①② B．②③ C．①④ D．②④ 【答案】C 【详解】①高温电炉丝使周围空气温度上升，将热量传递给空气，能量发生转移，故①符合题意； ②流星从夜空快速滑过，与大气摩擦做功，将机械能转化为内能，使物体温度升高，发出耀眼的光亮，此过程中能量发生了转化，故②不符合题意； ③试管中高温水蒸气将管口的橡胶塞弹出，将水蒸气的内能转化为橡胶塞的机械能，此过程中能量发生了转化，故③不符合题意； ④涨潮时海水涌入水坝冲击水轮机，将海水的机械能转移到水轮机上，使水轮机转动，故④符合题意。故ABD不符合题意，C符合题意。 故选C。 6．有人设想的“永动机”如图所示。下列对该装置开始转动后的分析正确的是（　　） A．装置所具有的机械能始终不变 B．如果没有能量补充，装置最终会停下来 C．根据能量守恒定律，装置可以一直转动下去 D．装置中小球的动能和重力势能不会相互转化 【答案】B 【详解】ABC．由于装置运转过程中需要克服摩擦做功，装置所具有的机械能会不断减小，如果没有能量补充，装置最终会停下来，故AC错误，B正确； D．装置中小球的动能和重力势能不断地发生相互转化，故D错误。 故选B。 7．（2025·江苏苏州·一模）如图所示，敦煌盐塔式光热电站将太阳光会聚到熔盐吸热塔，阳光的能量被熔盐吸收，熔盐带着这些能量到达厂房，将水加热成水蒸气推动汽轮机发电，下列说法正确的是（　　） A．盐塔式光热电站实现了光电转化，将光能直接转化为电能 B．太阳能是不可再生能源 C．熔盐通过热传递的方式改变内能 D．能量在转移和转化过程中总量不断减少 【答案】C 【详解】A．光热电站并不是直接将光能转化为电能，而是先将太阳能通过熔盐吸热转化为内能，再通过加热水产生蒸汽推动汽轮机转化为机械能，最后转化为电能，故A错误； B．太阳能是可再生能源，因为太阳的能量在人类时间尺度上是取之不尽、用之不竭的，故B错误； C．熔盐吸收阳光的能量是通过热传递实现的，其内能因此增加，故C正确； D．根据能量守恒定律，能量在转移和转化过程中总量保持不变，故D错误。 故选C 。 8．（25-26九年级上·江苏南京·期末）在南京的长江江面上，无人机化身“外卖小哥”，载着美食划破长空，能稳稳降落到匀速航行中的货船船头。当无人机载着美食起飞时，蓄电池的______能转化为电能；美食随着无人机在空中斜向下匀速直线运动时，美食的动能______，重力势能______。 【答案】 化学 不变 减少 【详解】[1]当无人机载着美食起飞时，蓄电池将化学能转化为电能供无人机使用。 [2][3]美食随着无人机在空中斜向下匀速直线运动时，美食的质量不变，速度不变，则动能不变，高度降低，则重力势能减少。 9．（25-26九年级上·河南·期末）6月5日，国产大飞机C919加注了我国自主研发的生物航煤，成功完成试飞任务。生物航煤燃烧时将化学能转化为内能，但内能不能自发地转化为化学能，说明能量的转化具有________性。在能量转化和转移的过程中，能量的总量________（选填“变大”、“变小”或“不变”）。 【答案】 方向 不变 【详解】[1]能量的转移和转化具有方向性，所以生物航煤燃烧释放内能的过程不可逆，说明能量转化具有方向性。 [2]根据能量守恒定律，在能量转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。 10．（25-26九年级上·广西南宁·期末）南宁某小区实施移动充电机器人试点项目。如图所示，新能源汽车充电时，主要将______能转化为化学能，充电过程中______（选填“遵循”或“不遵循”）能量守恒定律。 【答案】 电 遵循 【详解】[1]电动汽车充电时，电池通过外部电源输入电能，将电能转化为化学能储存。 [2]能量守恒定律是自然界的物理现象普遍遵循的物理规律，所以，充电过程中也遵循能量守恒定律。 11．如图所示是一种设想中的永动机，它通过高处的水流冲击叶片，叶片的转动带动抽水器从低处将水抽到高处，从而循环工作。问： (1)水在实际下落的过程中，机械能会减少吗？ (2)这种永动机能不能一直工作下去？ (3)什么定律可以支持你的观点？ 【答案】(1)机械能会减少 (2)该永动机不能一直工作下去 (3)能量守恒定律可以支持这一观点 【详解】（1）机械能包括动能和势能（重力势能、弹性势能），在只有动能和势能相互转化的理想情况下，机械能的总量保持不变。但在实际情况中，水下落时会受到空气阻力的作用，同时水流冲击叶片的过程中，部分机械能会转化为叶片和水的内能（比如摩擦生热），还有少量机械能会以声音的形式散失（比如水流冲击的声音）。这些转化出去的能量无法再全部恢复为水的机械能，所以水在实际下落过程中，机械能会减少。 （2）这种永动机的设计思路是让水流冲击叶片带动抽水器，将低处的水抽回高处，从而实现循环工作。但结合小问 1 的分析，水在下落过程中机械能会不断减少，导致水流冲击叶片的能量越来越小。叶片获得的能量减少后，带动抽水器抽水时，能抽到高处的水的量会逐渐减少，或者抽水的高度会逐渐降低，无法维持最初将水抽到足够高度的状态。随着时间推移，机械能的损失会不断累积，最终整个装置会因为能量不足而停止运转，所以这种永动机不能一直工作下去。 （3）能量守恒定律指出：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。这种永动机的设想试图让系统在没有外部能量补充的情况下，持续循环工作并对外输出能量（或维持自身运转），但实际上在运转过程中，机械能不断转化为内能、声能等其他形式的能量，这些能量无法再全部转化为推动装置循环的机械能，导致系统内可利用的机械能逐渐减少，违背了能量守恒定律。因此，能量守恒定律可以支持“这种永动机不能一直工作下去”的观点。 板 书 设 计 第1节 能量的转化与守恒 一、常见能量 机械能、内能、电能、光能、化学能、太阳能 二、能量的变化 1. 能量转化：形式发生改变 例：摩擦生热 机械能→内能； 2. 能量转移：形式不变，物体间传递 例：热传递、热水袋取暖（内能转移） 区分：转化→变形式；转移→不变形式 三、能量守恒定律 内容：能量不会凭空产生、凭空消灭，只会转化或转移，总量不变 四、永动机 不消耗能量持续做功，违背能量守恒，不可能实现 课 堂 小 结 第1节 能量的转化与守恒 作 业 1. 完成教材课后作业：“练习与应用” 2. 配套同步分层作业 教学反思 本节课学习了能量的转化与守恒核心知识，掌握了分析常见能量转化过程的方法，能利用能量守恒定律分析判断实际能量变化过程。 反思：是否理解能量转化伴随做功过程，能量转移符合方向性规律？生活中哪些现象可以用能量守恒定律解释，如何区分能量转化与能量转移？还有哪些能量转化问题的分析步骤容易出错？是否真正理解永动机不可能制成的根本原因？ 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $