能量守恒定律与能源

　　§7.10  能量守恒定律与能源

　　课时18

　　教学目标：

　　知识与技能

　　理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散

　　过程与方法

　　通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义

　　情感态度与价值观

　　感知我们周围能源的耗散，树立节能意识

　　教学重点

　　能量守恒定律、应用能量守恒定律解决问题

　　教学难点

　　理解能量守恒定律的确切含义、能量转化的方向性

　　教具准备

　　玻璃容器、沙子、小铁球、水、小木块

　　教学过程：

　　一、课前导学

　　实验引入：

　　演示实验1：在一个玻璃容器内放入沙子，拿一个小铁球分别从某一高度释放，使其落到沙子中。

　　（思考：小球运动过程中机械能是否守恒？请说出小球运动过程中能量的转化情况。）

　　演示实验2：在盛有水的玻璃容器中放一小木块，让小木块在水中上下浮动，过一段时间，小木块停止运动。

　　（思考：小木块运动过程中机械能是否守恒？请说出小球运动过程中能量的转化情况。

　　学生活动：观察实验并积极思考。讨论后，选出代表发表见解。）

　　（教师听取学生汇报，总结点评：说明各种形式的能量可以相互转化，增强学生的感性认识，并激发学生的学习兴趣，唤起学生强烈的求知欲。）

　　引入课题：以上实验表明，各种形式的能量可以相互转化，一种能量减少，必有其他能量增加，一个物体的能量减少，必定有其他物体的能量增加，但能量的总和并没有变化。这就是我们今天要学习的能量守恒定律。

　　二、质疑讨论

　　（一）能量守恒定律

　　引导学生阅读教材p75

　　质疑1：说出能量守恒定律的内容，并引用教材上的话，说明能量守恒定律的建立有何重大意义？

　　质疑2：历史上曾有人设想制造一种不需要消耗任何能源就可以不断做功的机器，即永动机，这样的机器能不能制成？为什么？

　　（学生认真阅读教材，思考并回答问题）

　　质疑3：既然能量是守恒的，不可能消灭（或创生），为什么我们还要节约能源？

　　（二）能源和能量耗散

　　引导学生阅读教材，了解人类应用能源的历程，能源对人类社会发展所起的作用；人类在利用能源的同时也对环境造成了严重污染。

　　质疑4：什么是能量耗散？能量耗散与能量守恒是否矛盾，该怎样理解？

　　（学生阅读教材，思考并回答问题。）

　　三、反馈矫正

　　1、功与能

　　能是状态量，功是过程量。不同形式的能量之间的转化是通过做功实现的。做功的过程就是各种形式的能量之间转化的过程。且做了多少功,就有多少能量发生转化,因此,功是能量转化的量度。能量的具体值往往无多大意义,我们关心的大多是能量的变化量,能量的变化必须通过做功才能实现,某种力做功往往与某一具体的能量变化相联系。

　　例1、分析常见力做功与能量转化的对应关系：

　　重力做功： 　　  弹力做功：     电场力做功：　　       电流做功：

　　解答：重力做功：重力势能和其他能相互转化；　弹力做功:弹性势能和其他能相互转化； 电场力做功:电势能与其他能相互转化；　电流做功:电能和机械能等其他形式的能相互转化

　　2、能量守恒定律

　　⑴能量守恒定律是贯穿整个物理学的基本规律之一,是学习物理学的一条主线。

　　⑵要分清系统中有多少种形式的能,发生了哪些转化和转移.　

　　⑶滑动摩擦力与相对距离的乘积在数值上等于系统产生的内能，即q=fl相

　　注意:(1)某种形式的能减少,一定存在其他形式的能增加,且减少量一定和增加量相等；(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。这也是我们列能量守恒表达式时的两条基本思路。

　　例2、如图2-10-1所示，在水平桌面的边角处有一轻质光滑的定滑轮k，一条不可伸长的轻绳绕过k分别与物块a、b相连，a、b的质量分别为ma、mb。开始时系统处于静止状态。现用一水平恒力f拉物块a，使物块b上升。已知当b上升距离为h时，b的速度为v。求此过程中物块a克

　　服摩擦力所做的功（重力加速度为g）。

　　解答：由于连结ab绳子在运动过程中未松，故ab有一

　　样的速度大小，对ab系统，由功能关系有：

　　fh－w－mbgh=12 (ma+mb)v2     

　　求得：w=fh－mbgh－12 (ma+mb)v2

　　例3、一小滑块放在如图2-10-2所示的凹形斜面上，

　　用力f沿斜面向下拉小滑块，小滑块沿斜面运动了

　　一段距离。若已知在这过程中，拉力f所做的功的大

　　小（绝对值）为a，斜面对滑块的作用力所做的功的

　　大小为b，重力做功的大小为g，空气阻力做功的大小

　　为d。用这些量表达小滑块的动能改变量（指末态动

　　能减去初态动能）等于多少？，滑块的重力势能的改变量等于多少？滑块机械能（指动能与重力势能之和）的改变量等于多少？

　　解析：根据动能定理，动能的改变等于外力做功的代数和，其中做负功的有空气阻力，斜面对滑块的作用力的功（因弹力不做功，实际上为摩擦阻力的功），因此δek=a - b+c - d；

　　根据重力做功与重力势能的关系，重力势能的减少等于重力做的功，因此δep= - c；

　　滑块机械能的改变等于重力之外的其他力做的功，因此δe = a – b – d

　　3、能源和能量耗散

　　能量耗散表明,在能源的利用过程中，即在能量的转化过程中,能量在数量上并未减少,但在利用的品质上降低了,从便于利用的变成不便于利用的了。是能源危机更深层次的含意,也是“自然界的能量虽然守恒,但还是要节约能源”的根本原因。能量和能源是两回事；非再生能源和可再生能源是两回事。作为常规能源的煤炭、石油、天然气等面临枯竭.节能和开发新的能源已是人类必须面对的实际问题.能源对造福人类具有极重要的意义,节约每一份能源,不仅能提高能源的利用价值,对于维护人类赖以生存的环境也有不可忽视的作用新的能源有待于人类去开发.有待开发和利用的新能源主要指:太阳能、地热能、风能、水、能、核能。由于煤、石油和天然气都是几亿年以前的生物遗体形成的,所以人们也称它们为化石燃料.由于这些能源是不能再次生产,也不可能重复使用的,所以称为非再生能源

　　例4、太阳能的储存一直是个难题.科学家发现,盐水湖被太阳晒久了,湖底的湿度会越来越高,并难以通过湖水的对流将热散发出去，而淡水湖不具备这一特点.根据这一特点,可以利用盐水湖来储存太阳能.你能分析这是为什么吗?你能根据这规律设计出一种储存太阳能的具体方案吗？（提示:盐水湖中含盐量高的湖水密度大,总是留存湖底不会上浮)

　　解答:在含盐量高的湖水的表面吸收了太阳能之后,部分水分被蒸发,使湖水表面水层含盐量变大且温度也随之升高.由于含盐量高的湖水密度大,所以这部分密度大、温度高的表层湖水就会在重力作用下下沉,将所吸收的部分太阳能带到湖底,使湖底温度越来越高.由于湖底盐水密度大于上部湖水密度,因此湖底的盐水不会再向上运动,将热量散失,这就使得太阳能得到储存.

　　四、迁移巩固

　　课课练p119  “基础达标”部分