能量转化与守恒定律教学设计

《能量的转化与守恒》教学设计

科学（浙教版）九年级上册 第三章 第9节

一、教材分析

《能量的转化与守恒》是科学浙教版九年级第五册第三章最后一节学习内容。教材从能量的形式是多样的，且能量又不是孤立存在的，在一定条件下可以发生转化，教材以二个实例：太阳→树木→燃煤电厂→剃须刀，太阳能→生物质能→化学能→电能。要求学生能从大量的事实中了解能量的转化，结合前面学的机械能守恒、焦耳定律等阐述能量守恒，讨论永动机能否实现。最后又以二个实例分析能量的转化是具有方向性的，明确能量转化具有方向性的实际意义。通过前面几节的学习,学生对能量转化的普遍性已有一定的认识，所以目标是对能量学习的一次小结，通过对不同形式能量的特点，对能量的转化与转移的深入讨论，疏理归纳出能量转化与守恒。

二、学情分析

本节课的学习内容是在学了能量、能量转化的量度，简单机械、机械能、热能、电能、电热器、核能利用之后的一节有关能量及其转化的总结性课文，对于9年级的学生来说，在生产生活中能的形式与转化有一定的知识储备和生活积累，且已基本具备独立思考、自主探究、小组讨论与合作交流的学习习惯，尽管学生对能量及其守恒已有一定的认识，但要完全理解能量守恒定律的精髓还是有一定的困难的。估计在对永动机的批判、能量转化具有方向性的实际意义的进一步理解与应用上会出现一定的困难。

三、设计思路

本节课应当利用学生已掌握的知识，通过学生自主的活动来实现教育目标，教师应该成为学生学习活动的组织者和引导者，使学生的科学素养在主动学习的过程中得到发展提高。教师应充分利用学生的学习优势，在教学中尽量做到生活化和实践性，在探索中给予适时的指导，创造合作与民主的学习氛围。培养学生以大量事实为依据，将分散的知识点，通过一定的有序的整理与归纳，提升到一个的理性认识水平。在实际操作中应注意：（1）创设问题的情境，能使学生在这个情境中产生矛盾，提出要求解决的问题；（2）学生利用教师和教材所提供的某些材料，对问题提出解答的假设；（3）从理论或实践上检查自己的假设，学生有不同的观点时及时展开辩论；对争论作总结，得出结论；（4）对形成的结论进行反思性的批判或应用。

四、教学目标

知识与技能

1．通过实例认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化．

2．知道能量守恒定律，能举出日常生活中能量守恒的实例．

3．初步了解在现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性．

过程与方法

1．能在观察自然现象或学习科学过程中发现一些问题。有初步的提出问题的能力。

2．通过参与科学探究活动，初步认识科学研究方法的重要性。有对信息的有效性作出判断的意识。

3．学习从物理现象和实验中归纳简单的科学规律，尝试应用已知的科学规律去解释某些具体问题。有初步的分析概括能力。

情感态度与价值观

1．通过了解“能的转化和能量守恒定律”发现过程，体会探索真理艰难历程。

2．通过“永动机”的争论，懂得在科学发明与创新活动中尊重事实。养成实事求是、尊重自然规律的科学态度。

3．认识到日常生活中合理利用能源与节约能源的重要性。

【重点难点】

1． 能量转化与守恒

2． 能量的转移与转化有一定的方向性

五、课前准备

手摇发电机；课件。

布置学生上网查询有关历史上的永动机方案，能大概说明它不能永动的原因。

六、教学过程

（一）创设情境，引入新知

设问：能量形式有很多，大家想想看，我们能想出哪能些能量的形式？

组织学生小组交流。（学生互助与合作）

目标是让学生对机械功、动能、重力势能、弹性势能、热能、电能、核能、化学能等能量的有关知识作一定的阐述，从学生的描述中疏理有关能量的零零碎碎知识。

练习：运动的汽车具有（机械能）；电池、燃料等具有（化学能）；火药爆炸后的气体具有（内能）。

（二）合作学习，探究新知

1．能量的转化是普遍存在的

设问：各种能量是不是孤立存在的？（提出问题，学

习兴趣提升，将知识由点到线的归纳）

阅读书本113页，将图3-77串联成一个能量转化的

故事：

太阳→树木→燃煤电厂→剃须刀（正在充电）

能量转化的顺序：太阳能→树木的化学能→电厂的电

能→剃须刀的化学能

太阳→小麦→人（进食）→自行车 机械能 内能 电能 化学能 核能

能量转化的顺序：太阳能→小麦的化学能→人的化学能→自行车和人的机械能

游戏：学生分组讨论填图。讨论如何按能量转化的过程，选择相应事例填上图表。看看哪组同学填得最多、最好。

小结：在自然界中能量的转化是普遍存在的。小朋友滑滑梯，由于摩擦而使机械能转化为内能；在气体膨胀做功的现象中，内能转化为机械能；在水力发电中，水的机械能转化为电能；在火力发电厂，燃料燃烧释放的化学能，转化成电能；在核电站，核能转化为电能；电流通过电热器时，电能转化为内能；电流通过电动机，电能转化为机械能。

2．能量守恒定律

设问：能量在转化与转移过程中能否量度？（从大量事实出发寻找量化的规律，思维上从定性向定量研究过渡）

列举：我们已学过的能量转化量度关系有：拉力做功与克服摩擦（重力）做功、机械能守恒、焦耳定律等。

演示：取一弹性小球，掉在地上观察其每次反弹高度的变化？其结果是一次比一次低，直至静止为止。

设问：能量是否在不断消灭？

讨论与回答。（预设：不会，是由于摩擦阻力在不断消耗能量。）

分析：大量事实证明，在普遍存在的能量的转化和转移过程中，消耗多少某种形式的能量，就得到多少其他形式的能量。如在热传递过程中，高温物体放出多少热量（减少多少内能），低温物体就吸收多少热量（增加多少内能）；克服摩擦力做了多少功，就有多少机械能转化为能量，但能量的总量不变。就是说某物体损失的能量等于几个物体得到几个物体得到的能量的总和。例如，把烧热的金属块，投到冷水中，冷水，盛水的容器以及周围的空气等，都要吸收热量，它们所吸收的热量总和跟金属块放出的热量相等。再如水电站里，水从高处流下，损失了机械能，一方面由于推动发电机转动而转化为电能，一方面水跟水轮机、管道摩擦而转化为内能。那么水的机械能的损失等于产生的电能和内能的总和。

归纳：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，而能的总量保持不变。——能量守恒定律

强调：“消耗能量”“利用能量”“获得能量”的实质是：能量相互转化或转移的过程。 介绍：能量守恒定律发现史。

从16世纪到18世纪，在伽俐略、牛顿、惠更斯等科学家的努力下，机械能的转化与守恒思想已初步形成，在19世纪初，内能的改变与机械功关系建立，电流的三大效应同时被发现，在生物界也证明了动物维持体温和进行机械活动的能量跟摄取的食物的化学能有关，自然科学的这些成就为建立能量的转化与守恒定律作了必要的准备。在19世纪中叶，由迈尔、焦耳、亥姆霍兹等人完善和确定了能量的转化和守恒定律。

3．永动机

阅读：第114面页讨论内容。

介绍：永动机有二类，一类如达芬奇式的，第二类就是能不断输出能量型的。

2004十大科技骗局之六：永动机神话：

梁星人，号称永动机发明人。其所在的海南星人永动机发电厂有限公司称，将建设装机总容量300万KW的宇宙引力能发电厂及年产10万辆宇宙引力能小轿车厂项目。据报道，海南星人永动机发电厂是“当今世界独一无二，独家建设，独家经营。其廉价的电力资源，可以与任何一家电力企业竞争，会永远处于不败之地”，“永动发电机结构简单，原理深奥，造价不高，但高科技含量达100%”。在2004年岁末，梁星人还郑重其事筹备于12月27日在珠海度假村酒店千禧宫举办“永动机问世全球性新闻发布会”。而且发布会打算邀请的与会人物也足以吓坏小市民，包括：安南、布什、克里、小泉、阿罗约、普京、布莱尔„„都是梁星人的邀请对象。据报道，南街村为研究永动机发电项目投入的2000多万元全部打了水漂,结果电没有发出来，骗子也失踪了。根据国家专利法，永动机不具备实用性，所以没有一件永动机发明获得过国家专利授权。

讨论：科学技术发展到一定的时候“永动机”能实现吗？

结论：一定不能实现。因为违反能量转化和守恒定律的事件是不可能发生的。

能量守恒定律的建立为永动机敲响了丧钟（真理与谬论有时就一步之遥，关键就在于是否按客观规律办事，培养学生尊重客观事实的意识）

4．能量的转化与转移的方向性

设问：为什么要节能能源，合理开发能源？

阅读：课文114页事例1与2，讨论交流，回答课文的问题“能量的转化和转移具有一定的方向性有什么实际意义”

小结：大量的事实告诉我们，能量在转化与转移过程中，不但总量守恒，还具有一定的方向性，也就是说，如果要让低温物体向高温物体传递热量，而其它物体不发生变化是不可能的。人类对大自然的开发与利用，尤其是对新能源的研制与开发，我们更要遵循自然规律。否则就会受大自然对我们的惩罚。

（三）课堂小结，巩固升华

1．课堂小结：通过今天的学习，你受到什么启发？有什么收获？

能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的定律之一。

(1)能量守恒定律普遍适用。在形形色色的自然现象中，只要有能量的转化，就一定服从能量守恒规律。从物理的、化学的现象到地质的、生物的现象，大到宇宙天体的演变，小到原子核内部粒子的运动，都服从能量守恒的规律。

(2)能量守恒定律反映了自然现象的普遍联系。自然界的各种现象都不是孤立的，而是相互联系的。电灯发光跟电流有联系，电能转化为光能反映了这种联系。植物生长更不是孤立的，要靠阳光进行光合作用才能生长，光能转化为化学能反映了这种联系。

(3)能量守恒定律是人类认识自然的重要依据。人类认识自然，就要根据种种自然现象，总结规律，能量守恒定律就是人类总结出的规律之一，而且人类认识的其他规律也必定符合能量守恒定律。1933年意大利科学家费米，在研究β衰变的过程中发现，能量不守恒。于是他根据能量守恒定律大胆预言了还有一种未发现的粒子，这就是现在已被科学界公认的中微子。这一事例说明了能明守恒定律，已成为人类认识自然的重要依据。

2．练习：课文115练习题“有人说，除了核能，我们所利用的各种形式的能量都是直

接或间接地来自太阳能，对吗？”

3．一台额定功率为50千瓦的水力发电机，水流做的功只有60%可以转化为电能，水的流量为50米/分，则水流的落差（即水源高度）不得少于多少米？（g 取10牛/千克）

（四）课外作业，应用拓展

1．作业本相关练习

2．从网上或其它资料查找永动机模型。探讨它们为什么不能工作。

七、板书设计

能量的转化与守恒

1．能量守恒定律

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，而能的总量保持不变。

2．永动机一定不能实现

3．能量的转化与转移具有一定的方向性

八、教学反思

这节课学生非常活跃，我通过多媒体课件的播放，使学生能更好地理解能量的相互转化和转移，通过日常生活中实际例子的介绍，让学生来分析能量的转化形式。在课堂中出示了四幅图（代表四种不同的情境），然后请学生用故事的形式将能量的转化表达出来。这有利于培养学生的语言组织和表达能力。通过学生的讨论，来加深学习印象，总之这节课上的还比较成功。

“能量转移和转化的方向性”是本节教学的一个难点，教学时借助学生熟悉的生活实例介绍，并帮助他们初步了解有关知识。教材中是以功热转换过程、热传导过程为例引入“自发过程”及其方向性问题的，在教学中应通俗且不违背科学地解释有关问题。在教学过程中要强调该定律的普遍性和重要性，可列举19世纪的自然科学史对学生进行教育。

为了将该课学活，可在课前布置一个主题研究作业：“认识永动机”，让学生在网上搜索“永动机”的资料，并将资料上传到科学组网站上。课堂教学就以学生交流“永动机”资料开始，当学生无法解释“永动机”失败点时，转入了解各种能的形式和转化关系，最终建立能量守恒定律。 3