【新课标●新课堂】 2.5 能的转化和能量守恒（第2课时）教学设计-2026-2027学年浙教版科学九年级上册

该初中科学教学设计聚焦能的转化与能量守恒核心概念，通过双手摩擦发热、热水放凉的生活现象导入，承接“各种形式的能量、能的转化和转移”前序知识，以问题支架引导学生思考能量是否消失，梳理能量规律。 该资料以“守恒数量-转化规律”逻辑递进，通过电动机能量转化分析、永动机设计讨论等活动培养科学思维的推理论证，结合铁块入水、摩擦生热实例建立能量方向性的科学观念，联系能源危机渗透节约意识的态度责任。助力学生理解规律并应用，帮助教师突出重难点，提升教学效率。

第5节 能的转化和能量守恒（第1课时）教学设计 ——能量守恒定律、能的转移和转化的方向性 【核心概念】能的转化与能量守恒 【内容要求】 1.学习内容：能的形式、转移与转化。 2.内容要求：知道能量守恒定律，初步了解“永动机”是不可能实现的。能举出能的转化与转移有一定的方向性的实例。 【教材分析】 本课承接“各种形式的能量、能的转化和转移”，对所有能量现象进行统一规律总结。教材在大量实例基础上，归纳得出能量守恒定律，解决“能量会不会消失”的问题；再通过生活热现象、摩擦生热、散热现象引出能量转化和转移的方向性，解决“为什么能源会枯竭、为什么永动机不能实现”的问题。从“守恒数量”到“转化规律”，逻辑层层递进。本节课培养学生能量观念、系统思维、辩证思维。让学生明白：能量总量不变，但可利用的优质能量会不断减少，从而建立节约能源、绿色低碳、科学利用能源的社会责任意识。 重点：能量守恒定律的理解与应用；区分能量转化与转移。 难点：理解能量转化的方向性与不可逆性；解释永动机不能实现的原因。 【教学目标】 1.熟记并理解能量守恒定律内容。能用能量守恒解释生活现象，知道永动机无法制成的根本原因。 2.理解能量转化和转移具有方向性，知道很多能量过程不可逆。学会用科学规律解释自然现象。 3.认识自然界规律的统一性、简洁性，体会物理科学之美。 4.理解能源危机的本质不是“能量没了”，而是可用优质能量被耗散，树立节约能源、低碳环保的科学观念。 【教学过程】 【引入】双手摩擦会发热，机械能好像“没了”，真的消失了吗？热水放凉了，内能变少了，是凭空消失了吗？ 教师：自然界所有能量变化都遵循一条终极规律——能量守恒定律。 学习课题：能量守恒定律 在19世纪中叶，科学家总结出了能量守恒定律。这经历了多种实验过程的探索，也经历了对实验结果的质疑，是不同领域的科学家们集体智慧的结晶。 【思考与讨论】 如图2.5-14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？如果把转化后的各种形式的能全部加起来，是否跟电动机消耗的电能相等？ 电动机消耗的电能并没有全部转化为重物的机械能，同时转化为其他形式的能：电动机线圈通电发热，会产生内能；转动过程克服摩擦、空气阻力做功，也会产生少量内能（少量声能）。 根据能量守恒定律：重物增加的机械能 + 电机发热的内能 + 损耗的其他能量 = 电动机消耗的总电能。所有形式的能量总和与消耗的电能完全相等，能量总量保持不变。 大量事实告诉我们，在能的形式发生相互转化的过程中，某种形式的能减少了多少，另一种形式的能一定会相应地增加多少。同样，某种形式的能增加了多少，另一种形式的能一定会相应地减少多少，而能的总量保持不变。 一、能量守恒定律 1.内容： 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。 2.对定律的理解： ①无生无灭：能量不会凭空创造，也不会凭空消失，不存在“能量用完就没了”，只是变成别的形式。 ②仅有两种变化： 能量转化：能量形式发生改变（电能→机械能、化学能→内能） 能量转移：能量形式不变，仅位置改变（热传递） ③总量恒定：无论转化多么复杂、无论是否有能量损耗，所有能量相加的总量始终不变。 3.地位： 能量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。 能量守恒定律是科学史上最重大的发现之一，它把各种自然现象统一起来，描绘出一幅自然界普遍联系的图景。 【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2.5-15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，在钢球所受的重力作用下，轮子便会转动不息。这个“永动机”能旋转不息吗？为什么？ 不能。因为永动机工作时会克服摩擦、空气阻力做功，机械能不断转化为内能散失，总机械能不断减小，无法持续对外做功，违背能量守恒定律，所以不能旋转不息。 【科学阅读】图2.5-16“饮水鸟”玩具及其原理示意图。 “饮水鸟”“饮水”后，头部的水不断蒸发，吸收了周围物体（空气）的热，才使“饮水鸟”持续运动。可见，“饮水鸟”的运动并没有违背能量守恒定律。 二、能的转移和转化的方向性 问题：既然能量守恒，为什么我们还会能源短缺？为什么不能把散失的热量重新全部收回来利用？ 1.典型不可逆现象 （1）热量自发从高温→低温，不能自发从低温→高温。 如：当一块炽热的铁块投入水中时，内能从铁块传递给水，从而使铁块的温度降低，水的温度升高，最后两者达到相同的温度。但是，相反的过程并 不会自发地发生。铁块不可能自发地从同温度的水中吸收热，使自己变得炽热，尽管这一过程并不违背能量守恒定律。 （2）摩擦生热：机械能可以完全变内能，但散失的内能不能自动变回机械能 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。但是，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，尽管这一过程也不 违背能量守恒定律。 （3）蜡烛燃烧：化学能→光能、内能，散失后无法复原。 2.结论： 大量的现象表明，能的转移和转化有一定的方向性。人们是在能转移或转化过程中利用能量的过程不可逆。 能量总量守恒，可用能量不断减少。这就是人类需要节约能源、开发新能源的根本原因。 【思考与讨论】 请举例说明，能的转移和转化有一定的方向性具有什么实际意义？ 1.解释能源危机、指导节约能源 所有自发的能量转化、转移过程都是不可逆的。例如：摩擦生热、热水散热、燃料燃烧，都会把高品质、可利用的能量转化为散失的内能，这些内能无法自动回收再利用。 虽然自然界总能量守恒，但可用的优质能量不断减少，这就是人类存在能源危机、必须节约能源、开发新能源的根本原因。 2.指导生产生活、提升能量利用效率 因为能量散失不可逆，所以生产生活中要通过各种技术减少能量损耗：给机器加润滑油，减小摩擦，减少机械能向内能的无效耗散；热水瓶保温、锅炉隔热，减少内能自发散失；以此提高能源利用率，节约资源。 3.解释自然规律、破除错误认知 证明永动机不可能实现。机器运转必然产生摩擦散热，能量单向耗散，无法自我复原持续做功，从根本上遵循能量方向性规律。 【科学阅读】能量守恒定律的建立 能量守恒定律是众多科学家集体智慧的结晶。 【课堂总结】 1.能量守恒：不生不灭、只转不移、总量不变。 2.转化变形、转移不变。 3.能量变化有方向、多数不可逆、可用能量不断减少。 4.永动机违背守恒定律，无法实现。 【随堂例题】 【例1】如图是小球在地面弹跳的频闪照片，下列说法中正确的是（　　） A．小球弹起的高度越来越小，说明在此过程中能量不守恒 B．在此过程中小球的机械能总量是保持不变的 C．小球运动到相同的高度，具有相同的动能 D．在小球的运动中，有一部分机械能转化成了内能 【答案】D 【解析】AB、小球质量不变，运动过程中弹起的高度越来越小，说明重力势能越来越小；小球速度越来越慢，说明动能越来越小；机械能等于动能和势能的总和，则小球的机械能减少；机械能减少的原因是克服与空气摩擦做功，与地面撞击做功，能量的总量是不变的，故AB错误； C、小球运动到相同的高度，质量不变，速度不同，动能不同，重力势能相同，故C错误； D、在小球的运动中，与空气摩擦做功或与地面撞击做功，有一部分机械能转化成了内能，故D正确。 【例2】历史上许多科学家尝试制造永动机，均以失败告终，其根本原因是（　　） A．永动机的设计原理过于复杂 B．制造永动机的材料不够先进 C．违背了能量转化与守恒定律 D．科学发展没有达到一定水平 【答案】C 【解析】由于自然界中的一切能量转化和转移都遵循能量守恒定律，所以“永动机”在工作时不会凭空产生能量，相反还会由于摩擦和空气阻力等，有一部分机械能转化为内能，因此它最终会停下来。故永动机违背了能量转化与守恒定律，故C正确，ABD错误。 【例3】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（考虑摩擦影响） C．太阳光照射到电池板上 D．达•芬奇的永动机模型 【答案】A 【解析】A、金属勺放入热水中变烫，是内能发生了转移，故A符合题意； B、甲物上升，乙物下降，则它们的重力势能发生改变，同时考虑摩擦影响，一部分机械能转化为内能，故B不合题意； C、太阳光照射到电池板上，是将太阳能转化为电能，故C不合题意； D、达•芬奇的永动机模型在运行过程中，一部分机械能转化为内能，机械能总量减少，故D不合题意。 【板书设计】 第5节 能的转化和能量守恒（第2课时） ---能量守恒定律 & 能的转移和转化的方向性 1.能量守恒定律：不生、不灭，只转化、只转移、总量不变。 2.转化：形式改变；转移：形式不变。 3.方向性：自发过程不可逆 热：高→低（不可逆） 摩擦：机械能→内能（不可逆） 4.能源危机本质：总量不变，可用能减少。 5.永动机：违背能量守恒，不可能实现。 【布置作业】 1.完成作业本上相应内容。 学科网（北京）股份有限公司 $