九年级物理第2卷20.3能量转换与守恒1教案(广东教育上海版)

20．3 能的转化与能量守恒
 
1．通过实验，认识能量可以从一个物体转移到其他物体，而且在一定条件下，不同形式的能量之间可以互相转化。
2．知道能量守恒定律；能举出日常生活中能量守恒的实例；有用能量转化与守恒的观点分析物理现象的意识。
3．从能量的转化与转移的角度认识效率。
4．知道能量的转化和转移有一定的方向性。
 
 重点
能的转化和守恒定律，强调能的转化和守恒定律是自然科学中最基本定律。
 难点
通过灵活运用能的转化和守恒原理计算一些物理习题；运用能的转化和守恒定律对具体的自然现象进行分析，说明能是怎样转化的。
 
铁架台，滑轮，线、质量相同的两个铁球，可充电干电池的充电器，可充电干电池，小灯泡及灯座，导线，开关，电流表，电压表，滑动变阻器，干电池夹，多媒体等。
 
一、创设情境，导入新知
我们知道刀具在砂轮上磨削时，刀具发热是因为通过摩擦力做功，机械能转化为内能。在暖气片上放有一瓶冷水，过一段时间后水变热，这是通过热量传递使这瓶水内能增加。这些实例中，物体的内能为什么增加了？是凭空产生的还是由其他形式能转化来的？这就是今天要学习的内容。
二、自主合作，感受新知
阅读教材并结合生活实际，完成《探究在线·高效课堂》“预习导学”部分。
三、师生互动，理解新知
(一)能的转移和转化
能量是物质存在的基本形式，自然界的能量有内能、机械能、化学能、光能、电能、核能等多种形式，长期的实践表明，能量之间可以转移，也可以相互转化。
1．能量的转移
活动1：演示图20－18(b)实验，使一个球下降，另一个球上升。
问：它们做什么运动？什么能量发生了转移？
教师引导学生得出：下降球的重力势能转移给上升球。
指导学生阅读图20－18(a)(c)，思考图中各是什么能量发生了转移？
教师引导学生分析得出：(a)内能从高温物体转移到低温物体；(c)电能从发电站转移到用户。
交流讨论：你还知道哪些能的转移的实例？能否设计一些实验说明能的转移？
教师引导学生讨论得出：机械能、化学能也可以从一个物体转移给另一个物体。
师生总结得出结论：(板书)能量可以从一个物体转移给另一个物体。
2．能量的转化
能量不仅可以转移，而且各种形式的能之间还可以相互转化。 
活动2：(1)电能与化学能相互转化：
①演示图20－19(a)实验，给可充电干电池充电；
②演示图20－19(b)实验，接通电路后小灯泡亮。
学生交流讨论后展示，师生共同归纳：①电池充电时，电能转化成化学能；②电池放电时，化学能转化成电能。
(2)在上节课中我们学过的核电站工作流程示意图(图20－12所示)中，核反应堆工作时，铀核裂变释放的核能转化成蒸汽的内能；然后将高温高压的蒸汽通入涡轮机中，驱动涡轮机转动，使蒸汽的内能转化成涡轮机的机械能；并带动发电机，使机械能转化成电能。
交流、讨论、实验：你还知道哪些能的转化的实例？能否用现有的器具或易得的器材设计一些实验说明能的转化？
教师引导学生实验、交流讨论得出：
机械能转化为电能，如发电机；
电能转化为机械能，如电动机；
电能转化为内能，如电炉；
内能转化为电能，如温差发电；
机械能转化为内能，如摩擦生热；
内转化为机械能，如内燃机的做功冲程；
光能转化为内能，如太阳能热水器；
内能转化光能，如白炽灯；
光能转化为电能，如太阳能电池；
电能转化光能，如电灯。
师生总结得出结论：各种形式的能在一定条件下可以相互转化。
典例解读
【例1】 (2017·黑龙江)下列关于能量转化转移现象的说法中，正确的是(  )
A．蓄电池充电时，化学能转化为电能
B．暖瓶塞跳起时，机械能化为内能
C．用热水袋取暖时，内能发生了转移
D．电动机工作时，机械能转化为电能
【解析】蓄电池充电时，消耗电能得到化学能，所以是电能转化为化学能，故A错误；暖瓶塞跳起时，瓶内空气的内能减少，瓶塞获得了机械能，所以是内能转化为机械能，故B错误；利用热水袋取暖时，热水袋温度降低内能减少，人体获得热量，所以是内能的转移，故C正确；电动机工作时，消耗电能，得到机械能，所以是电能转化为机械能，故D错误。
【答案】C
(二)能量守恒定律
提问：在能量由一种形式转化为另一种形式的过程中，数量方面有没有变化？  
学生思考，教师提示：前面学习的机械能转移和转化过程，不计摩擦等阻力作用时，机械能的总量是守恒的。考虑到摩擦等阻力作用时，机械能的总量还是守恒的吗？   
学生展示，教师拓展：不同形式的能在转化过程中，能的总量是否守恒呢？
请同学分析电动机工作时能量的转化。提问：图20－20是用电动机提升物体的示意图。电动机在工作时消耗了什么能？是否都转化成了机械能？还转化成哪些形式的能？
启发学生分别回答：用电动机提升重物中，电动机消耗了电能。一部分转化成机械能，还转化成内能等。
提问：如果把转化后其他形式的能全部加起来，是否应该跟所消耗的电能相等？
科学家经过长期的研究发现，其他各种形式的能之和与所消耗的电能相等。在其他形式能的相互转化中，消耗的能量和得到的各种能量之和相等。
多媒体展示：永动机不可能实现的原因。
教师总结得出结论：能量守恒定律——能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，只能从一个物体转移到另一个物体，或者从一种形式转化为另一种形式。即能量在转移和转化过程中，能的总量保持不变。 
学生阅读P84“STS”：抽水蓄能发电站。
典例解读
【例2】 下列说法中错误的是(  )
A．能量守恒定律只适用于物体内能的变化
B．只要有能的转移和转化，就一定遵守能量守恒定律
C．能量守恒定律是人们认识自然和利用自然的重要理论依据
D．任何一种形式的能在转化为其他形式的能的过程中，消耗多少某种形式的能量，就能得到多少其他形式的能量，而能的总量是保持不变的
【解析】能量守恒定律适用于任何自然现象，适用于任何有能量转移和转化的现象，它是所有自然现象都遵守的最基本的规律，是指导人们研究自然的重要理论工具。
【答案】A
【例3】 在各种形式的能量相互转化过程中，下列说法正确的是(  )
A．机械能一定守恒    
B．各种形式的能量都守恒
C．各种形式能的总量一定守恒     
D．内能一定守恒
【解析】各种能量形式互相转换是有方向和条件限制的，能量互相转换时其量值不变，表明能量是不能被创造或消灭的，因此各种形式能的总量一定守恒，单一的某一种形式的能或几种能不一定守恒，故C选项说法正确。
【答案】C
(三)能在转移和转化过程中的方向性
学生阅读课本P84页，思考：课本列举的三个例子。
学生思考并讨论以下问题：
(1)热传递过程中，内能的转移有什么规律？内能能否自发地由低温物体转移到高温物体？假如能，它违反能量守恒定律吗？这个世界会变成什么样？试列举一两个例子。内能的这种转移说明了什么？(请注意“自发”)
(2)用煤、天然气烧开水时，能量如何转化？当水渐渐凉下来时，能否将其减少的内能复原为煤、天然气的化学能呢？假如能，是否违反能量守恒定律？在这个实验中，能量的这种转化说明了什么问题？
(3)行驶中的汽车克服摩擦做功，能量如何转化？地面和车轮的内能能否推动汽车行进呢？
(学生回答：(1)由高温物体转移到低温物体。不能，说明了内能的转移是有方向性的。
(2)煤、天然气的化学能转化为水的内能。不能，不违反能量守恒定律，能量的转化也是有方向性的。
(3)机械能转化为地面和车轮的内能。不能。
教师引导学生分析得出：能在转化和转移过程中是有方向性的。
学习能量守恒定律的时候，同学们可能有过这样的疑问：既然自然界中的能量是守恒的，那么，为什么还会产生能源危机？为什么还经常说要节约能源呢？如何节约能源呢？
师生共同学习提高能源利用率的意义，及节约能源的好方法。
典例解读
【例4】 下列事例中，能表示能量转化或转移具有方向性的事例是(  )
A．电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能
B．机械能可以转化为内能，内能也可以转化为机械能
C．动能可以和重力势能相互转化
D．热量自发从高温向低温物体传递，却不能自发从低温向高温物体传递
【解析】电能可以转化为机械能，机械能也可以转化为电能，只能说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，故A错误；电能可以转化为内能，内能也可以部分地转化为电能，能说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，故B错误；动能可以和重力势能相互转化，能说明能量之间的相互转化，不能说能量转化具有方向性，故C错误；热量可以自发地从高温物体传递给低温物体，但却不能自发地从低温物体传递到高温物体，说明能量转移具有方向性，故D正确。
【答案】D
【例5】 能量的转移和转化是有方向性的。例如，冬天烤火的时候，人们燃烧煤等燃料获得______能，火炉把这些能量自动传给周围的空气，这些能量______(填“能”或“不能”)自动聚集起来再次被利用。
【解析】能量的转移和转化都是有方向性的，自然界里无论什么样的运动都会产生热，热向四周扩散，成为“无用的能量”。
【答案】内 不能
四、尝试练习，掌握新知
请同学们完成《探究在线·高效课堂》“随堂演练”部分。
五、课堂小结，梳理新知
1．通过实验，认识能量可以从一个物体转移到其他物体，而且在一定条件下，不同形式的能量之间可以互相转化。
2．能量守恒定律：能量在转移和转化过程中，能的总量保持不变。该定律对所有能量的转移和转化普遍适用，“永动机”违背了能量守恒定律。
3．知道能量的转化和转移有一定的方向性。
六、深化练习，巩固新知
请同学们完成《探究在线·高效课堂》“课时作业”部分。