云南省峨山彝族自治縣高中物理第七章機械能守恒定律教案（打包20套）新人教版必修2.zip

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科學(xué)家們一直在關(guān)注自然現(xiàn)象之間的普遍聯(lián)系 …… 1801年 戴維發(fā)現(xiàn)電流的化學(xué)效應(yīng)（電和化學(xué)的聯(lián)系） 1820年 奧斯特發(fā)現(xiàn)電流的磁效應(yīng)（電和磁的聯(lián)系） 1821年 塞貝克發(fā)現(xiàn)溫差電現(xiàn)象（熱和電的聯(lián)系） 1831年 法拉第發(fā)現(xiàn)電磁感應(yīng)現(xiàn)象（電和磁的聯(lián)系） 1840年 焦耳發(fā)現(xiàn)電流的熱效應(yīng)（電和熱的聯(lián)系） 1842年 邁爾表述了能量守恒定律，并計算出熱功當(dāng)量的數(shù)值（力和熱的聯(lián)系） 1843年 焦耳測定了熱功當(dāng)量的數(shù)值（力和熱的聯(lián)系） 1947年亥姆霍茲在理論上概括和總結(jié)能量守恒定律 …… 我們在初中學(xué)過的聲、光、熱、電、磁、力等各種現(xiàn)象，都與能量有著密切聯(lián)系。本章描述的機械能守恒定律是普遍的能量守恒定律的一種特殊形式。包括機械能守恒在內(nèi)的能量守恒思想的萌芽，盡管出現(xiàn)時都是十分模糊的，卻是后人總結(jié)和概括出普遍的能量守恒定律的依據(jù)。 2．能量守恒定律確立的兩類重要事實 導(dǎo)致能量守恒定律最后確立的兩類重要事實是：確認(rèn)了永動機的不可能性和發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間相互聯(lián)系與轉(zhuǎn)化。到了19世紀(jì)40年代前后，科學(xué)界已經(jīng)形成了一種思想氛圍，即用聯(lián)系的觀點去觀察自然。不僅各種機械能之間可以相互轉(zhuǎn)化，電流也可以產(chǎn)生化學(xué)效應(yīng)，電現(xiàn)象和磁現(xiàn)象可以相互轉(zhuǎn)化，熱和電也可以相互轉(zhuǎn)化……這預(yù)示著，到了把分立的環(huán)節(jié)連成一體的時候了，也就是到了建立能量轉(zhuǎn)化與守恒定律的時候了。在這種情況下，不同國家、不同領(lǐng)域的十幾位科學(xué)家，以不同的方式，各自獨立地提出能量守恒定律，其中，邁爾、焦耳、亥姆霍茲的工作最有成效。 3．能量守恒定律的內(nèi)容 能量既不會消滅，也不會創(chuàng)生，它只會從一種形式轉(zhuǎn)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變。這個規(guī)律叫做能量守恒定律（law of energy conservation）。 在能量守恒定律發(fā)現(xiàn)之后，曾有人懷疑某種過程“能量不守恒”。但是，進(jìn)一步研究又發(fā)現(xiàn)，原來是漏掉了人類尚不認(rèn)識的一種新形式的能量。如果把這種新形式的能量計算在內(nèi)，總能量依然守恒。能量守恒定律經(jīng)受住了新的檢驗。 4．能量守恒定律建立的意義 能量守恒定律的建立，是人類認(rèn)識自然的一次重大飛躍，是哲學(xué)和自然科學(xué)長期發(fā)展和進(jìn)步的結(jié)果。它是最普遍、最重要、最可靠的自然規(guī)律之一，而且是大自然普遍和諧性的一種表現(xiàn)形式。和諧美是科學(xué)的魅力所在。 【思考與討論】 1．既然能量是寧恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約能源？ 2．歷史上曾有人設(shè)想制造一種不需要消耗任何能源就可以不斷做功的機器，即永動機，這樣的機器能不能制成？為什么？ 二、能源和能量耗散 1．能源 （1）能源 能夠提供可利用能量的物質(zhì)。 （2）利用能源的三個時期 能源是人類社會活動的物質(zhì)基礎(chǔ)。人類利用能源大致經(jīng)歷了三個時期，即柴薪時期、煤炭時期、石油時期。自工業(yè)革命以來，煤和石油成為人類的主要能源。到了20世紀(jì)50年代，世界石油和天然氣的消耗量超過了煤炭。 煤炭和石油是古代植物和動物的遺體在地層中經(jīng)過一系列生物化學(xué)變化而生成的，與古生物化石有些相似，所以有時叫做化石能源。 （3）能源的分類 ①常規(guī)能源和新能源 a．常規(guī)能源 人類目前消耗的能量主要來自煤、石油、天燃?xì)獾?，人們把煤、石油、天然氣叫做常?guī)能源。 b．新能源 風(fēng)能、水流動時的機械能、大陽能、沼氣、核能等。 ②可再生能源和不可再生能源 a．可再生能源 水流能、風(fēng)能是可再生能源。 b．不可再生能源 石油、煤炭等能源物質(zhì)，如果消耗完了就沒有了，是不可再生能源。 ③清潔能源和非清潔能源 a．清潔能源 為“綠色環(huán)?！蹦茉?。太陽能的利用不污染環(huán)境，它是一種清潔能源 b．非清潔能源 （4）大量消耗常規(guī)能源帶來的社會問題 ①能源枯竭 煤炭和石油資源是有限的。以今天的開采和消耗速度，石油儲藏將在百年內(nèi)用盡，煤炭資源也不可能永續(xù)。隨著生產(chǎn)力的迅速發(fā)展，使得能源的消耗也急劇增長，研究人員估計：按照目前的石油開采速度，地球上的石油儲藏將在幾十年內(nèi)全部產(chǎn)完，煤的儲量稍多一些，但也將在二百多年的時間內(nèi)采完。所以常規(guī)能源不是取之不盡，用之不竭的。 ②環(huán)境污染 與此同時，大量煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時排出的有害氣體污染了空氣，改變了大氣的分。能源短缺和環(huán)境惡化已經(jīng)成為關(guān)系到人類社會能否持續(xù)發(fā)展的大問題。 例一：石油和煤炭燃燒時產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，由此產(chǎn)生了溫室效應(yīng)，使得地面的氣溫上升，兩極的冰雪熔化，海平面上升，淹沒沿海城市，海水向河流倒灌、耕地鹽堿化等. 例二：常規(guī)能源的使用會產(chǎn)生有毒氣體和浮塵，能引起人的多種疾病。 常規(guī)能源的短缺和由這類能源利用所帶來的環(huán)境污染，使得新能源的開發(fā)成為當(dāng)務(wù)之急。 （5）各種能源的內(nèi)在聯(lián)系 大海中的水被太陽曬熱、蒸發(fā)，變成云，變成雨，降落在高山上，匯成河流，所以宏觀上也可以說：水力發(fā)電站輸出的電能來自太陽。有人說：煤和石油的能量也來自太陽，那么，太陽能通過什么途徑變成了煤礦和石油中的化學(xué)能？ 地球上的各種能源中，太陽輻射能(簡稱太陽能)占著特別重要的地位。除了人的食物中的能量是來源于太陽能外，草木燃料、化石燃料、風(fēng)力、流水、海流、海洋熱能的能量也來源于太陽能.盡管太陽向四面八方輻射的熱量僅有二十二億分之一到達(dá)地球大氣的最高層，并且還有一部分被大氣層反射和消耗在加熱空氣上，然而，每秒鐘到達(dá)地面上的總量還高達(dá)80萬億千瓦.這一能量是很大的，如果用它來發(fā)電，就可以得到比現(xiàn)在全世界發(fā)電總量大約數(shù)萬倍以上的電力.太陽能是地球上可以獲得的、能連續(xù)供應(yīng)的最大能源，真可謂“取之不盡，用之不竭”。 太陽能的利用，有間接利用和直接利用兩種形式，所謂間接利用，就是利用草木燃燒、化石燃料、風(fēng)力、水力、海洋熱能、海流動能和各種被固定的太陽能(如沼氣、海洋生物)的能量.學(xué)了生物后，你就會理解草木燃料、化石燃料、海洋生物等的能量是被固定的太陽能，所以煤又被稱為太陽石.據(jù)你所學(xué)地理知識，就能理解風(fēng)力、水力等能源的能量從根本上是太陽能轉(zhuǎn)化而來的.間接利用太陽能的方法很多，除普通火力發(fā)電、水力發(fā)電、風(fēng)力發(fā)電之外，還有海水溫差發(fā)電，海流發(fā)電，大氣上層的電離氣體發(fā)電等等. 潮汐的主要原因是月球引力的影響.所以不歸為太陽能的間接利用，核能也不屬于太陽能。 煤 石油 燃燒爐 天然氣 水力 風(fēng)力 核能 太陽能 內(nèi)能 機械能 電能 反應(yīng)堆 風(fēng)車 水輪機 光電池 太陽灶 常規(guī)能源 新能源 熱機 電動機 發(fā)電機 2．能量耗散 （1）能量耗散 燃料燃燒時一旦把自己的熱量釋放出去，它就不會再次自動聚集起來供人類重新利用；電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，它又通過燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)吸收之后變成周圍環(huán)境的內(nèi)能，我們也無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用。這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。 流散的內(nèi)能無法收集起來重新利用的現(xiàn)象，叫做能量耗散。 城市的工業(yè)和交通急劇發(fā)展，給人們的生活帶來方便的同時，也使得城市環(huán)境接收了過多耗散的能量，使城市環(huán)境的溫度升高。 紅外照片是不能分辨顏色的，右圖中的顏色是為區(qū)分不同的溫度而在照片處理時加上的。 （2）能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有方向性 能量耗散表明，在能源的利用過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量上并未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成不便于利用的了。這是能源危機更深層次的含意，也是“自然界的能量雖然守恒，但還是要節(jié)約能源”的根本原因。 能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性。能源的利用受這種方向性的制約，所以能源的利用是有條件的，也是有代價的。 ［小結(jié)］ 能源是提高人民生活水平和進(jìn)行現(xiàn)代化建設(shè)的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，但是，能源與人們的需求及環(huán)境之間的關(guān)系又迫使人們不得不注意節(jié)約能源和開發(fā)新能源。 太陽能、風(fēng)能都是無污染、不需要開采費用的能源，而且取之不盡，用之不竭，目前處于試驗使用階段，要大規(guī)模地使用還需要取得技術(shù)上的突破.無論是節(jié)約能源，還是開發(fā)能源，都要靠科學(xué)研究，都要掌握先進(jìn)的技術(shù)，希望同學(xué)們努力學(xué)習(xí)，將來能夠在能源科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域為祖國做貢獻(xiàn)。 本節(jié)課我們了解了能源和環(huán)境的關(guān)系，能源與人類需求之間的矛盾，那么在今后的生活中，我們要從自身做起，節(jié)約能源，保護(hù)生態(tài)環(huán)境. ［布置作業(yè)］ 教材第82頁“問題與練習(xí)”。 - 6 - 7．10 能量守恒定律與能源 【教材分析】 1． 本節(jié)課是對本章知識內(nèi)容的總結(jié)和擴展，是力學(xué)中的一個重要內(nèi)容，它從能量的觀點來分析物質(zhì)的運動規(guī)律，學(xué)生學(xué)習(xí)到這里，已經(jīng)可以從機械能轉(zhuǎn)化和守恒擴展到自然界各種能量的轉(zhuǎn)化和守恒了。 2． 教材是通過永動機的不可能制成以及科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)的各種形式能量之間的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程中的聯(lián)系這兩個重要事實確立了能量守恒定律的內(nèi)容；從能量耗散及能源的枯竭講述了節(jié)約能源的重要性；在化石能源的使用中帶來的環(huán)境污染和溫室效應(yīng)闡述了保護(hù)環(huán)境和開發(fā)新能源的重要性；把德育教育穿插到物理教學(xué)中。 【學(xué)生分析】 經(jīng)過將近一年的高中物理的學(xué)習(xí)，學(xué)生的邏輯思維已經(jīng)有了一定的提高，已經(jīng)比較熟悉由牛頓運動定律判斷物體的運動規(guī)律，再通過學(xué)習(xí)功的知識，加深了知識的聯(lián)系性，知道分析一個物體的運動規(guī)律還可以通過做功來實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化，即由能量觀點來分析運動規(guī)律。但在能量守恒定律的應(yīng)用中還是存在一定的困難，把握不了有哪些能量發(fā)生轉(zhuǎn)化。 【教學(xué)目標(biāo)】 1．知識與技能 （1）了解各種形式的能，知道確立能量守恒定律的兩類重要形式。 （2）理解能量守恒定律的內(nèi)容，會用能量守恒的觀點分析、解釋一些實際問題。 （3）了解能量耗散，認(rèn)識提高能量利用效率的重要性。 （4）知道能源短缺和環(huán)境惡化是關(guān)系到人類社會能否持續(xù)發(fā)展的大問題，增強節(jié)約能源和環(huán)境保護(hù)的意識。 2．過程與方法： （1）通過收集信息、閱讀教材和資料、相互交流，感受物理規(guī)律得出的歷程，體會哲學(xué)和自然科學(xué)長期發(fā)展和進(jìn)步歷程。 （2）通過能量守恒定律事例分析，提高分析問題和理論聯(lián)系實際的能力。從可持續(xù)發(fā)展角度分析能源、資源及日常諸多現(xiàn)象，提出自己的觀點及其可行的做法。 3．情感態(tài)度價值觀： （1）學(xué)習(xí)科學(xué)家不畏艱辛的探索精神、體驗科學(xué)的和諧美，了解大量的能源消耗帶來的全球性環(huán)境問題，樹立環(huán)保意識。 （2）感知我們周圍能源的耗散對環(huán)境的影響，認(rèn)識科技對人類社會發(fā)展的負(fù)面影響，提高節(jié)能意識和環(huán)保意識，并在個人所能及的范圍內(nèi)對社會的可持續(xù)發(fā)展有所貢獻(xiàn)。 【教學(xué)重點】能量守恒定律，節(jié)約能源的意義。 【教學(xué)難點】用能量守恒定律分析具體問題。 【教學(xué)方法】教師啟發(fā)、引導(dǎo)；學(xué)生自主閱讀、思考、討論、展示交流。 【教學(xué)準(zhǔn)備】幻燈片，多媒體教學(xué)設(shè)備，影片。 【教學(xué)過程】 一、知識鏈接 從前面的學(xué)習(xí)中我們已經(jīng)知道做功的過程實際上是能量的轉(zhuǎn)化過程，例如：重力做了多少功，_______________就改變了多少；彈簧的彈力做了多少功，_____________就改變了多少；合力做了多少功，_______________就改變了多少；所以功是能量轉(zhuǎn)化的__________。 二、新課導(dǎo)入 老師：上節(jié)課我們驗證機械能守恒定律實驗中，計算結(jié)果是：重錘下落減小的重力勢能總是略大于增加的動能，為什么出現(xiàn)這種現(xiàn)象？滑滑梯時減小的重力勢能轉(zhuǎn)化為什么能？ 學(xué)生：因為重錘下落時克服阻力做功，減小的重力勢能有少部分轉(zhuǎn)化為內(nèi)能；滑滑梯時減小的重力勢能轉(zhuǎn)化為動能和內(nèi)能。 老師：除了動能、勢能和內(nèi)能之外，你還知道哪些形式的能？各種形式的能之間有何聯(lián)系？ 學(xué)生：化學(xué)能、太陽能、光能、電能、風(fēng)能、核能、生物能等等，各種形式的能相互轉(zhuǎn)化。 多媒體播放能量轉(zhuǎn)化的資料（內(nèi)燃機車、水力發(fā)電站、火力發(fā)電站、塔式太陽能熱電站、水力發(fā)電站、微波爐、電風(fēng)扇、光合作用、手握冰塊等），請同學(xué)們說說有哪些能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化？ 三、新課教學(xué) 探究一：能量守恒定律 （1）能量的概念是人類在對物質(zhì)運動規(guī)律進(jìn)行長期探索中建立的，請你說說人類在建立起能量守恒定律的過程中經(jīng)歷了哪些主要事件？哪些科學(xué)家作出了卓越的貢獻(xiàn)？ （學(xué)生回答，老師小結(jié)。） 老師：從科學(xué)家對物質(zhì)運動規(guī)律的長期探究發(fā)現(xiàn)各種能量之間的轉(zhuǎn)化規(guī)律，我們要學(xué)習(xí)科學(xué)家的探索精神，只有付出艱辛的努力才有收獲。 （2）歷史上曾有人設(shè)想制造一種不需要消耗任何能源就可以不斷做功的機器，即永動機，這樣的機器能不能制成？為什么？（視頻介紹永動機？） （ 師生共同分析永動機不能制成的原因） 從探究一得出結(jié)論： 板書1．導(dǎo)致能量守恒定律最后確立的重要事實：確認(rèn)了永動機的不可能性和發(fā)現(xiàn)了各種自然現(xiàn)象之間的相互聯(lián)系和轉(zhuǎn)化。 板書2．能量守恒定律內(nèi)容：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為別的形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中其總量不變 。 表達(dá)式：E初＝E終 ΔE增＝ ΔE減 [課堂訓(xùn)練] 1．判斷下列關(guān)于能量轉(zhuǎn)化的說法是否正確 A．舉重運動員把重物舉起來，體內(nèi)的一部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為重物的重力勢能 B．電流通過電爐子后電爐絲變熱，電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 C．做功過程是能量轉(zhuǎn)化過程，某過程中做了10 J的功，一定有10 J的能量發(fā)生了轉(zhuǎn)化 D．石子從空中落下，最后慘止在地面上，說明機械能消失了 E．風(fēng)吹動帆船前進(jìn)是風(fēng)能轉(zhuǎn)化為機械能 F．用毛巾反復(fù)擦背，感覺后背熱了，是機械能轉(zhuǎn)化為熱能。 G．有種“全自動”手表，不用上發(fā)條，也不用任何形式的電源，卻能一直走動，說明能量可以憑空產(chǎn)生 2．質(zhì)量為m、速度為v0的子彈水平勻速飛行，擊中前方懸掛于繩長為L的繩下端的木塊（質(zhì)量為M），子彈未能穿出木塊,使懸繩偏離豎直方向的最大偏角為θ，則子彈擊中木塊后產(chǎn)生的內(nèi)能為多少？ （由學(xué)生展示，再發(fā)現(xiàn)問題解決問題） 老師：解題過程重視細(xì)節(jié)，細(xì)節(jié)決定成敗。 老師：既然能量是守恒的，不可能消失，為什么我們還要節(jié)約能源？ 探究二：能源和能量耗散 （1）能源是人類社會的物質(zhì)基礎(chǔ)，人類利用能源大致經(jīng)歷了哪幾個過程？現(xiàn)在人類消耗的能源主要有哪些？ （學(xué)生回答） （2）什么是能量耗散？ （ 老師分析燃燒能源散發(fā)的熱量被周圍環(huán)境吸收后不能再回收使用，給學(xué)生理解能量耗散。） 板書3．能量耗散：燃料燃燒時一旦把自己的熱量釋放出去，它就不會再次自動聚集起來供人類重新利用，電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，它又通過燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)吸收后變?yōu)橹車h(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用．這種現(xiàn)象叫做能量的耗散． （3）請大家查閱資料，了解人類社會生活依賴的主要能源的儲藏量，以及化石能源的利用帶來的環(huán)境污染。談?wù)劰?jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的重要性。（播放有關(guān)能源利用帶來的各種環(huán)境污染和溫室效應(yīng)的圖片） （學(xué)生討論回答） 老師：能源的危機及利用能源造成了環(huán)境污染和溫室效應(yīng)，所以我們要節(jié)約能源，加強保護(hù)環(huán)境的意識，在向地球所取的同時也要回報地球，保護(hù)環(huán)境，與大自然和諧相處；同時要懂得感恩，長大后回報父母，回報國家，為國家的興旺和富強貢獻(xiàn)自己的力量。 板書4．節(jié)約能源的意義：使人類得到持續(xù)發(fā)展。 （4）根據(jù)我國實際情況談?wù)勅绾伍_發(fā)新能源？ （學(xué)生討論回答） （5）能源的短缺和環(huán)境的惡化是當(dāng)今社會存在的重大問題，為了節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境，談?wù)勀銓⒃趺醋觯? （學(xué)生討論回答） [課堂訓(xùn)練] 3．“能源危機”是當(dāng)今世界各國共同面臨的問題。對此，以下措施可行的是（ ） A．人人都要自覺做到節(jié)約用水、節(jié)約用電，不浪費和人為毀壞物品　 B．關(guān)閉現(xiàn)有的火力發(fā)電站 C．各地都要新建水力和風(fēng)力發(fā)電站 D．停止使用石油資源，而以核能和太陽能取代 4．關(guān)于能量耗散，下列說法中正確的是 （ ） A．能量耗散是指在一定條件下，能量在轉(zhuǎn)化過程中總量減少了 B．能量耗散表明，能量守恒定律具有一定的局限性 C．能量耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上并未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了 D．能量耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度，反映出自然界中宏觀過程的方向性 課堂小結(jié)：這節(jié)課我們學(xué)習(xí)了哪些內(nèi)容？ 一、能量守恒定律 1．能量守恒定律的內(nèi)容 2．能量守恒定律的表達(dá)式 ： E初＝E終；ΔE增＝ΔE減 二、能源和能量耗散 1．能量耗散(能量轉(zhuǎn)化的方向性） 　　 2．節(jié)約能源的意義 課后練習(xí)： 1．自由擺動的秋千擺動的幅度越來越小,下列說法中正確的是 (　 　) A．機械能守恒 B．能量正在消失 C．只有動能和重力勢能的相互轉(zhuǎn)化 D．減少的機械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，但總能量守恒。 2．運動員把原來靜止的足球踢出去,使足球獲得了100 J的動能,則在運動員踢球的過程中,運動員消耗的體能 (　 　) A．等于100 J　　B．大于100 J　　C．小于100 J　　D．無法確定 3．下列對能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認(rèn)識正確的是 ( ) A．某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加 B．某個物體的能減少．必然有其他物體的能增加 C．不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永動機是不可能制成的 D．手搖發(fā)電機發(fā)電使燈泡發(fā)光是機械能轉(zhuǎn)化為電能再轉(zhuǎn)化為光能和熱能 4．下列說法正確的是 (　 　) A．某種形式的能減少，一定存在其他形式能的增加 B．因為能量守恒，所以“能源危機”是不可能的 C．能量耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數(shù)量上并未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了 D．能源的利用受能量耗散的制約，所以能源的利用是有條件的，也是有代價的 5．設(shè)質(zhì)量為m的子彈以初速度v0射向靜止在光滑水平面上的質(zhì)量為M的木塊，并留在木塊中不再射出，子彈鉆入木塊深度為d，木塊前進(jìn)的距離為L，子彈和木塊相互摩擦力恒為f。求： （1）子彈和木塊組成的系統(tǒng)損失的機械能； （2）因摩擦產(chǎn)生的熱量； - 6 - §7.1 追尋守恒量 課標(biāo)要求 ?學(xué)習(xí)水平為理解 教學(xué)目標(biāo) 知識 與能力 1、了解“追尋守恒量”這一物理學(xué)的基本觀點和思想； 2、知道動能和勢能的概念； 3、會分析生活中有關(guān)機械能轉(zhuǎn)化的問題； 過程 與方法 1、體會伽利略斜面實驗的思想方法，了解能量概念的引入過程；2、體會“追尋守恒量”這種變化之中抓不變的研究策略； 情感態(tài)度價值觀 1、通過“追尋守恒量”，使學(xué)生領(lǐng)會尋找守恒量是科學(xué)研究的重要思想方法，初步樹立能量轉(zhuǎn)化與守恒的觀點； 2、通過展示生活中的一些物理現(xiàn)象，使學(xué)生進(jìn)一步體會能量守恒的普遍性； 教材分析 重點 了解動能和勢能的概念，在動能和勢能的轉(zhuǎn)化過程中體會能量守恒 難點 認(rèn)識到守恒是自然界的重要規(guī)律 教學(xué)設(shè)計 教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動 學(xué)生活動 設(shè)計意圖 一、引入新課 1、守恒的含義 2、守恒的普遍性 二、新課教學(xué) 1、分析伽利略斜面實驗 2、能量概念 3、動能和勢能 4、能量守恒的應(yīng)用 三、課堂小結(jié) 介紹本節(jié)課的學(xué)習(xí)任務(wù)和學(xué)習(xí)目標(biāo)。 提出問題： “守”是什么意思？“恒”是什么意思？兩個字組成的“守恒”一詞應(yīng)是什么意思？“守恒量”又是什么意思？ 小結(jié)：“守恒”意為保持不變，“守恒量”也就是保持不變的量。 案例1：放學(xué)后，兩個小孩在家中下象棋。下完棋后，當(dāng)他們收拾象棋時，忽然發(fā)現(xiàn)少了3顆棋子，他們找啊找，發(fā)現(xiàn)門后有1顆，墻角有1顆，但還是少1顆。他們不放棄，繼續(xù)尋找，終于在地毯下找到了最后1顆棋子。 問題：支撐兩個小孩能夠堅持找到最后1顆棋子的信念是什么？ 小結(jié)：棋子的總數(shù)是不變的，我們可以說棋子的數(shù)量是守恒的。 案例2：自來水公司抄表員最近發(fā)現(xiàn)，某小區(qū)一單元樓的自來水管道的總表讀數(shù)和各住戶家中分表讀數(shù)總和不一致。對于這個問題，你有什么想法？ 問題：支撐你們提出這些想法的依據(jù)是什么？ 小結(jié)：流過管道總表的水的總體積和單元樓內(nèi)消耗的水的總體積是守恒的。 案例3：裝有沙子的A、B兩個小燒杯，將A中的沙子再倒入B中一些。兩個燒杯A、B和沙子的總質(zhì)量如何變化？ 問題：支撐你們有這種想法的依據(jù)是什么？ 小結(jié)：在上述過程中，A燒杯和杯中沙子的總質(zhì)量減少，B燒杯和杯中沙子的總質(zhì)量增加，但A、B兩燒杯和沙子的總質(zhì)量是守恒的。 案例4：化學(xué)反應(yīng)方程式 問題：我們依據(jù)什么來配平化學(xué)方程式？ 小結(jié)：我們需要根據(jù)原子數(shù)守恒、電荷守恒來配平化學(xué)反應(yīng)方程式。 總結(jié)：由此可見，事物在變化過程中，某些量總是保持不變的，這種現(xiàn)象叫做守恒。守恒現(xiàn)象在生活中是普遍存在的。 問題：那我們?yōu)槭裁匆穼な睾懔磕兀? 介紹諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、德國物理學(xué)家勞厄的名言：物理學(xué)的任務(wù)是發(fā)現(xiàn)普遍的自然規(guī)律。因為這樣的規(guī)律的最簡單的形式之一表現(xiàn)為某種物理量的不變性，所以對于守恒量的尋求不僅是合理的，而且也是極為重要的研究方向。 小結(jié)：自然界中物質(zhì)千變?nèi)f化，但這種變化是有規(guī)律的，守恒現(xiàn)象就是自然界中是普遍存在的一種客觀規(guī)律，物理學(xué)的研究任務(wù)就是要發(fā)現(xiàn)物質(zhì)運動變化的規(guī)律性，而尋找守恒量也就是物理學(xué)研究的一個重要方向，我們在學(xué)習(xí)物理過程中追尋守恒量既是十分重要的，又是十分必要的。 課件展示伽利略斜面實驗。 問題：請描述小球從左側(cè)斜面高度h處靜止釋放后，如何運動？ 問題：小球從A到O，再從O到B，高度h和速度v如何變化？ 問題：小球從A到O過程中，高度h降低，速度v增加；從O到B過程中，高度h升高，速度v減小；到達(dá)右側(cè)高度hˊ與左側(cè)高度h什么關(guān)系？ 問題：為什么小球到達(dá)右側(cè)高度 hˊ和左側(cè)高度h相同，什么條件下才相同？ 問題：在斜面是光滑的條件下，小球能夠到達(dá)相同高度。如果我們將右側(cè)斜面的傾角減小，讓右側(cè)斜面平緩一些，小球到達(dá)的最大高度還同左側(cè)高度一樣嗎？ 問題：小球在光滑的斜面上似乎記得原來自己的高度一樣，不過“記得”兩個字不是物理語言。小球在運動過程中，它的高度h和速度v之間存在著怎樣的關(guān)系？ 問題：小球在運動過程中，它的高度h和速度v此消彼長，這其中是否存在著某個守恒量呢？ 問題：高度h守恒嗎？為什么？ 問題：速度v守恒嗎？為什么？ 問題：高度h和速度v之和守恒嗎？為什么？ 問題：h和v的單位不同，不能直接相加，因此它們的和不守恒。既然這樣，是不是h和v背后隱藏著某個量，它同h和v的某種形式有關(guān)，是守恒量呢？這個守恒量是什么呢？ 問題：回憶一下初中時候我們分析伽利略斜面實驗，那時候我們提過，與小球高度h和速度v有關(guān)的量分別是什么來著？ 問題：與小球高度h有關(guān)的是重力勢能，與速度v有關(guān)的是動能，它們是能量的兩種存在形式，前面高度h和速度v背后隱藏的守恒量就是能量，你能給出能量的概念嗎？ 展示諾貝爾物理學(xué)獎獲得者、美國物理學(xué)家費曼的名言：有一個事實，如果你愿意，也可以說一條定律，支配著至今所知的一切自然現(xiàn)象……這條定律稱做能量守恒定律。它指出某一個量，我們把它稱為能量，在自然界經(jīng)歷的多種多樣的變化中它不變化。那是一個最抽象的概念…… 小結(jié)：能量是一個非常抽象的概念，它是伴隨人類對能量守恒的認(rèn)識同步發(fā)展起來的。伽利略斜面實驗中已經(jīng)蘊含著能量的概念，但伽利略、以及后來的牛頓都沒有提出能量的概念。 展示高高堆起來的巨石和高速行駛的賽車圖片。 問題：巨石和賽車所具有的能量分別是什么？ 問題：我們把相互作用的物體憑借其位置而具有的能量叫勢能；物體由于運動而具有的能量叫動能。 問題：常見的勢能有重力勢能，如巨石和小球憑借其高度而具有的勢能，此外，還有一種勢能，當(dāng)我們將彈簧拉伸或壓縮，彈簧具有的勢能叫什么勢能？ 小結(jié)：動能、重力勢能和彈性勢能統(tǒng)稱機械能，各種能量之間是可以相互轉(zhuǎn)化的，但在轉(zhuǎn)化過程中，能量的總量是守恒的。 問題：分析伽利略斜面實驗中，小球從A到O，從O到B能量是如何轉(zhuǎn)化的？ 小結(jié)：在理想斜面實驗中，斜面是光滑的，小球從左側(cè)斜面高度h處靜止釋放，A點具有最大重力勢能，動能為零；從A到O，重力勢能減小，動能增加，O點具有最小重力勢能，最大動能；從O到B，重力勢能增加，動能減小，B點具有最大重力勢能，動能為零，整個過程中機械能守恒。 問題： 若伽利略斜面不是光滑的，小球從左側(cè)斜面高度h處滾下，還能到達(dá)右側(cè)斜面高度h處嗎？機械能還守恒嗎？ 問題：既然機械能不守恒，機械能減小了，那減小的機械能跑哪兒去了呢？ 問題：除了機械能、內(nèi)能外，自然界還存在著哪些形式的能量呢？ 小結(jié)：由于小球和斜面之間的摩擦，以及空氣阻力的影響，小球部分機械能轉(zhuǎn)化成了內(nèi)能，機械能雖然不守恒，但總能量仍然是守恒的。因此，能量守恒依然是成立的，同時根據(jù)能量守恒定律，我們還可以用來發(fā)現(xiàn)新的能量存在形式和新物質(zhì)。 應(yīng)用1：小球“碰鼻”游戲 將一個小鐵球用細(xì)繩懸掛在黑板上，讓一個勇敢的學(xué)生將小鐵球拉到鼻尖處靜止釋放，其他學(xué)生觀察小鐵球的運動情況以及在小鐵球擺回來時該學(xué)生的反應(yīng)。 　　　　　 問題：小球在擺動過程中，參加游戲同學(xué)是否安全？為什么會這樣？ 小結(jié)：在小球運動過程中，忽略空氣阻力影響下，小球的動能和勢能相互轉(zhuǎn)化，機械能守恒，小球擺回來的最高點不會超過起始高度。由于空氣阻力的影響，小球擺回來的高度肯定沒有原來的高度高，因此，參與游戲的同學(xué)是安全的。 應(yīng)用2：播放一段游樂場過山車運動的情景片段，讓學(xué)生觀看。 問題：過山車沿軌道向軌道最高點運動過程中，以及從軌道最高點向軌道最低點運動過程中，能量如何轉(zhuǎn)化？ 問題：考慮到實際軌道并不是光滑的，過山車在上述運動過程中能量如何轉(zhuǎn)化？ 小結(jié)：過山車運動過程中動能和重力勢能相互轉(zhuǎn)化，如果考慮到過山車和軌道之間的摩擦，動能、重力勢能和內(nèi)能之間發(fā)生能量轉(zhuǎn)化，但總能量守恒。 應(yīng)用3：展示一幅行星繞太陽運行的Gif動態(tài)圖片。 問題：行星繞日運動，行星在近日點和遠(yuǎn)日點哪個位置速度大？ 問題：行星在近日點速度大，動能大；在遠(yuǎn)日點速度小，動能??；從遠(yuǎn)日點到近日點運動動能增加，從近日點到遠(yuǎn)日點動能減小，增加的動能是由什么能轉(zhuǎn)化而來的，減小的動能又轉(zhuǎn)化成了什么能？ 小結(jié)：行星繞日運行，伴隨著動能和引力勢能的轉(zhuǎn)化，行星從遠(yuǎn)日點到近日點運動，引力勢能轉(zhuǎn)化為動能，引力勢能減小，動能增加；從近日點到遠(yuǎn)日點運動，動能轉(zhuǎn)化為引力勢能，動能減小，引力勢能增加，但機械能守恒。 應(yīng)用4：展示一幅弓箭手拉弓射箭的Gif動態(tài)圖片。 問題：被拉伸的弓箭具有什么能？當(dāng)弓箭被射出去過程中，能量如何轉(zhuǎn)化？ 小結(jié)：發(fā)生形變的弓箭具有彈性勢能，弓箭被射出去過程中，彈性勢能轉(zhuǎn)化為動能，總能量守恒。 應(yīng)用5：播放一段有關(guān)潭柘寺“怪坡”的新聞視頻片段。 問題：關(guān)閉發(fā)動機的汽車，沿怪坡的低處從靜止開始往高處運動，重力勢能如何變化？動能如何變化？機械能如何變化？ 問題：汽車自動向坡頂運動，機械能增加，違反了能量守恒定律。如何解釋這一現(xiàn)象？ 小結(jié)：“怪坡”所謂的下坡路是個假象，實際上汽車所在的下坡路實為上坡路，汽車空擋是從“怪坡”的高處向低處運動，并沒有違反能量守恒定律。 對本堂課的學(xué)習(xí)內(nèi)容進(jìn)行小結(jié)。 總結(jié)：同學(xué)們從小開始，就已經(jīng)在生活中逐步認(rèn)識體會到了數(shù)量守恒、體積守恒和質(zhì)量守恒等守恒現(xiàn)象，隨著認(rèn)識的深入，今天又認(rèn)識到了更抽象的能量守恒現(xiàn)象。能量的轉(zhuǎn)化和守恒定律是自然界普遍遵循的重要基本規(guī)律，今后，同學(xué)們在分析解決實際物理問題過程中，應(yīng)積極利用能量轉(zhuǎn)化和守恒的觀點來思考問題。 問題：不同形式的能量之間可以相互轉(zhuǎn)化，但轉(zhuǎn)化過程又是通過什么方式來完成的呢？ 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考，各抒己見，給出各種想法。 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 回憶伽利略理想斜面實驗。 積極思考，提問學(xué)生回答問題。 積極思考，回答問題。 積極回答問題。 積極回答問題。 積極回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考。 積極回答問題。 積極回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考。 全班大聲朗讀費曼的名言。 積極思考，回答問題。 積極回答 積極思考，提問學(xué)生回答問題。 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 積極參與，觀察同學(xué)仔細(xì)觀看，回答問題。 積極回答問題。 認(rèn)真觀看 積極思考，回答問題。 積極思考，回答問題。 回憶開普勒行星運動定律。 積極回答問題。 積極思考，回答問題。 認(rèn)真觀察圖片。 積極思考，回答問題。 認(rèn)真觀看。 積極回答問題。 積極思考，回答問題。 首先弄清“守恒量”的字面含義，明確“追尋守恒量”的學(xué)習(xí)任務(wù)。 展示生活中的一些守恒關(guān)系的案例，使學(xué)生體驗守恒的普遍性。 根據(jù)建構(gòu)主義理論，學(xué)生在對生活案例的認(rèn)識過程中完善自己對守恒量的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。 使學(xué)生體會生活中數(shù)量的守恒。 使學(xué)生體會生活中體積的守恒。 使學(xué)生體會生活中質(zhì)量的守恒。 使學(xué)生體會化學(xué)中原子數(shù)和電荷的守恒。 引用物理學(xué)家勞厄的名言，強調(diào)追尋守恒量的重要性和必要性。 精確描述伽利略理想斜面實驗，經(jīng)歷發(fā)現(xiàn)能量守恒的過程。 使學(xué)生領(lǐng)會能量的概念。 激發(fā)學(xué)生的興趣，利用實驗說明小球運動的最高點不會超過起始高度，加深學(xué)生對能量守恒的直觀認(rèn)識，在游戲中體驗?zāi)芰渴睾恪? 密切聯(lián)系學(xué)生生活，感受游戲中能量的守恒。 使學(xué)生領(lǐng)會行星繞日運動過程中機械能守恒。 使學(xué)生領(lǐng)會彈性勢能和動能之間的轉(zhuǎn)化過程，機械能守恒。 在分析實際問題過程中，強化學(xué)生對能量守恒正確性的認(rèn)識。 為功的學(xué)習(xí)埋下伏筆。 板書 設(shè)計 §7.1 追尋守恒量 能量：某種守恒量，變中有恒 動能：物體由于運動而具有的能 勢能：物體憑位置而具有的能 各種能量可相互轉(zhuǎn)化 作業(yè) 預(yù)習(xí)7.2節(jié)功 課后 反思 1、伽利略理斜面實驗，雖然以前做過，但起碼應(yīng)當(dāng)利用flash動畫展示一下小球運動的動態(tài)過程，這樣才能更加直觀地為能量概念的得出創(chuàng)造更加有效的教學(xué)情境。 2、課堂總結(jié)時，由于緊張，沒有按照教學(xué)設(shè)計，提出事前設(shè)計好的問題，為功的教學(xué)做好鋪墊。 3、今后教學(xué)過程中，要精煉教學(xué)語言，留出適當(dāng)時間，讓學(xué)生自主提出生活中有關(guān)能量守恒的實例，并對其進(jìn)行分析，這樣才能有效檢驗學(xué)生對能量守恒是否深刻領(lǐng)會。 - 15 -