《3.2 能量守恒定律》教学设计

　　【教学内容】

　　第三单元第2节。

　　【教学目标】

　　1.理解并掌握物体与外界发生做功和热传递过程中W、Q、ΔU的物理意义；理解能量守恒定律，能举出能量守恒定律在现实生活中的实例；理解“第一类永动机”不能实现的原因；知道改变物体热力学能的两种方式；理解做功和热传递改变热力学能的区别。

　　2.理解热力学第一定律中每一个符号所表示的物理意义，并会用分析和进行简单的计算；通过运用能量守恒定律，培养学生利用所学物理知识解决实际问题的能力。

　　3.通过各种永动机设计方案的失败，使学生明白不可能不付出代价就从自然界创造动力来源，人类只能有效有节制地利用自然界提供的各种能源；理解能量守恒定律的本质，初步建立守恒观念，树立节能环保意识。

　　【教学重点】

　　能量守恒定律。

　　【教学难点】

　　热力学第一定律。

　　【教具准备】

　　能量转化类视频、机械能内能转化仪、PPT课件。

　　【教学过程】

　　◆创设情境──引出课题

　　1．回顾复习机械能的有关知识：

　　（1）什么是机械能？

　　（2）动能和势能可以相互转化吗？转化过程中机械能的总量变化吗？

　　2．认识自然界各种形式的能：

　　（1）各种运动形式：机械运动、热运动、电荷的运动、原子核内的运动、海水的潮起潮落、化学反应中原子的运动

　　（2）各种形式的能：被一种运动形式都具有相对应能，与上述运动形式对应的能分别是机械能、热力学能、电能、原子能、潮汐能、化学能。

　　3．提出问题：各种形式的能可以相互转化吗？若能，那么相互转化过程中，能的总量变化不？

　　◆合作探究──新课学习

　　一、热力学能

　　1．认识热力学能

　　引导学生阅读课文“热力学能”部分，然后归纳出以下各点：

　　（1）什么是热力学能：与热运动对应的能叫热力学能。

　　（2）热力学能的构成：由分子动能和分子势能构成。物体内有大量的分子，每个分子的动能、势能加在一起，就是物体的热力学能。

　　由于分子的运动是永不停息的，分子间的作用力是不会消失的，任何物体，在任何温度、任何状态都具有热力学能。

　　（3）分子动能：分子由于运动而具有的能，跟机械能中的动能定义一样，不过由于物体内分子数目的繁杂，分子运动的无规则，没办法计算出每一个分子的动能，确定出每一个分子的动能也没有实际的意义。对研究热现象有用的是分子动能的平均值，叫分子热运动的平均动能，它的标志就是物体的温度。因此，温度越高，物体内所有分子动能的总和越大，物体温度的变化，就意味着热力学能的变化。

　　（4）分子势能：由于分子间存在相互作用力，就像物体与地球间存在相互作用力而具有由物体与地球的相对位置决定的重力势能一样，分子也具有势能，称为分子势能。分子势能与分子间的作用力有关，而分子间的作用力与分子间的距离有关，分子间距离的宏观标志就是物体的体积，因此物体内所有分子的势能的总和与物体体积有关，物体体积的变化意味着热力学能的变化。

　　（5）热力学能是物体内大量分子热运动及相互作用对应的能，对个别分子谈热力学能是没有意义的。

　　热力学能大小的宏观标志是物体的体积和温度，物体热力学能变化必然引起温度、体积的变化。

　　2．探究热力学能的改变

　　（1）实验：压缩筒内空气，乙醚燃烧，说明筒内空气温度升高，空气的热力学能增加。

　　（2）引导学生列举生活与生产中改变物体热力学能：加热物体、冷却物体、压缩气体做功，克服摩擦做功、吸热或放热的化学反应、燃料燃烧、热蒸汽推动活塞运动、用锯锯木头、用锤砸铁片、搓手取暖等等。

　　（3）归纳小结：热力学能的多少是可以改变的。也就是说通过一定的方式可以增加物体的热力学能，也可以减小物体的热力学能。

　　3．改变物体热力学能的方法

　　（1）引导学生对列举的上述物体热力学能被改变的事例进行归纳分类，得出结论：改变物体热力学能的方法是做功和热传递。

　　（2）探究如何改变物体的热力学能：

　　利用做功改变热力学能：外界对物体做功，物体的热力学能增加；物体对外界做功，它的热力学能减小。

　　利用热传递改变热力学能：物体从外界吸热，它的热力学能增加；物体向外界放热，它的热力学能减小。

　　4．提出问题：如果物体与外界既做功，又发生热传递，它的热力学能怎样变化？

　　二、热力学第一定律

　　1．热力第一学定律的内容

　　（1）文字表述：物体热力学能的增加量ΔU等于物体从外界吸收的热量Q与外界对物体做的功W之和。

　　（2）公式表示：

　　2．热力学第一定律的运用

　　公式中涉及W、Q、ΔU三个量，已知其中的两个量，就可以计算出另外一个量。运用公式是要特别注意，各量代入公式时的正负号。

　　（1）功的符号：外界对物体做功时，W为正；物体对外界做功时，W为负。若计算出的W为正，说明是外界对物体做功；若计算出的W为负，说明是物体对外界做功；

　　（2）热量的符号：物体从外界吸收热量时，Q为正；物体向外界放热时，Q为负。若计算出的Q为正，说明物体从外界吸收热量；若计算出的Q为负，说明物体向外界放出热量。

　　（3）热力学能增加量的符号：物体热力学能增加时，ΔU为正，物体热力学能减小时，ΔU为负。若计算出的ΔU为正，说明物体热力学能增加；若计算出的ΔU为负，说明物体热力学能减少；

　　◆案例研究──巩固所学

　　讲解教材第84页：例题。

　　三、能量守恒定律

　　1．探究各种形式的能可以相互转化或转移：引导学生举例说明自然界的各种形式的能可以相互转化，如：用锯锯木头时锯条的机械能转化成了锯条及木头的热力学能，原始人钻木取火也是这个道理；电器工作时电能转化成了热力学能；水力发电站把水的机械能转化成电能；风力发电把分的机械能转化成电能；火力发电把燃料的化学能转化成电能；火箭运行中发动机把燃料的化学能转化成火箭的动能和重力势能；电池充电时把电能转化成化学能，放电时将化学能转化为成电能；电冰箱工作时把箱内的热力学能转移到箱外。

　　2．探究各种形式的能在转化或转移过程中能的总量是变化还是不变化？

　　教师讲述：事实（如机械能守恒定律）和科学家的实验研究证明：在能的转化与转移过程中能的总量保持不变，即能量守恒。

　　能量是与物质相对应的能量的守恒，意味着物质的量也是守恒的，及自然界物质的总量是有限的。

　　3．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成另一种形式，或者从一个物体转移到另一个物体；在转化或转移的过程中其总量保持不变。

　　（2）意义：是自然界最普遍的规律，适用于一切自然现象。自然界中无论是自发进行的过程还是人为进行的过程，物体的运动形式、物质的存在状态以及与各种运动形式相对应的能的形式可以变化，但总存在恒定不变的量，这就是能量。

　　在人们还没有发现能量守恒定律之前，人们企图制造一种一劳永逸的机器──永动机，它能不消耗任何能源就能一直工作下去，带动其它机器工作，直到人们发现了能量守恒定律，这种制造永动机的神话才破灭了。

　　能量守恒定律、细胞学说、达尔文的生物进化论，在科学史上被称为19世纪中叶自然科学的“三个伟大发现”。

　　4．能源危机与节能环保

　　（1）能源危机：人类生产生活中的各项活动，都在消耗能源，人类的繁衍生息，使人类对能源的消耗将无止境，而地球上的能源是有限的，比如石油、煤炭、天然气等常规能源的储量是有限的，人类无节制的生活会加剧消耗能源的速度，总有一天这些能源将告罄，这就是能源危机。

　　人们在使用石油、煤炭、天然气等常规能源时，一般是通过燃烧，将化学能转化成热力学能，再通过工作物质将热力学转化成机械能、电能等，目前的设备转化效率较低，浪费严重，同时燃烧产生的二氧化碳气体又引发地球的温室效应，导致环境恶化，自然灾害频发。

　　（2）节能环保：外了保护地球，为了人类的可持续发展，提倡节能环保。一方面有计划有节制的使用常规能源，提倡低碳生活；另一方面开发使用清洁能源，如原子能、太阳能、生物能、风能、潮汐能等。

　　5．对改变热力学能的两种方式的讨论

　　（1）做功改变热力学能，实际上是机械能与热力学能的转化。物体对外界做功是物体的机械能转化成了外界物体的热力学能；外界对物体做功，实际上是外界的机械能之转化成了物体的热力学能。

　　（2）热传递改变热力学能，实际上是热力学能在物体间的转移。物体从外界吸热，是外界的热力学能转移给物体；物体放热，是物体的热力学能转移给了外界。

　　◆案例研究──归纳总结

　　1．课堂练习：教材第88页“思考与练习”1、2。

　　2．小结归纳本节要点（见板书设计）

　　【布置作业】

　　1．复习所学内容并完成教材第88页“思考与练习”3。

　　2．小结本单元所学内容，撰写小论文《能源与可持续发展》。

　　【板书设计】