能量守恒定律与能源教学案例

【新课教学】

师：我们已经学过了多种形式的能量，请同学们举例说明

生：重力势能、动能、弹性势能、机械能

师：如果这些能发生了变化，又是什么原因导致的？

案例呈现：

m

300

例1、如图所示，固定斜面倾角为30°，质量为m的木块从斜面底端开始向上运动，上升的高度为h。

 

（1）若斜面光滑，物体以某一初速度冲上斜面，在上升过程中，哪些力做功？重力势能、动能、机械能如何改变？

 

 

（2）若物体以g的加速度匀减速上升，则在此过程中，哪些力做功？物体的重力势能、动能、机械能如何变化？

 

 

学生归纳结论：

一、功能关系

1、重力做的功等于重力势能变化量的负值W_重=-ΔEp

2、弹簧弹力做功等于弹性势能变化量的负值；W_弹= –ΔEp’

3、合外力做的功等于 物体动能的增量 ；W_合=ΔE_k

4、除重力以外的力做的功等于机械能的增量; W_其它=ΔE

 

结论：            功是能量转化的量度

师：功是能量转化的量度是否只适用于重力势能、动能、机械能？

案例呈现：

师：这两天天气较冷，早晨骑车到校下车的第一件事就是搓搓手，为什么要搓手？（学生定性说明是摩擦生热）下面我们定量的分析一下摩擦生热的问题。

 

例2、已知地面光滑，质量为m的子弹以初速度V₀射入一质量为M静止木块中，并停留在其中，它们最终的共同速度为V，假设滑动摩擦力恒定。

求（1）滑动摩擦力对子弹做的功（2）滑动摩擦力对木块做的功；

（3）系统损失的机械能；（4）系统中一对滑动摩擦力做的功。

 

 

结论：

5、系统中一对相互作用的滑动摩擦力所做的功之和等于产生的热量，导致系统机械能的损失，表达式为Q=-W_总=f•S_相，其中S_相为两物体相对滑动的距离。

 

师：通过刚才的案例我们可以知道，功能关系不仅适用于机械能领域，而且可以适用于其他领域，同时，我们还知道了能量转化之间总存在一种规律支配着，这个规律是什么？（请学生看上面的例题归纳结论）

二、能量守恒定律

生：能量既不会消灭，也不会创生，它只会从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到另一个物体，而在转化和转移的过程中，能量的总量保持不变。

师：这是人类发现的最伟大，最为普遍的自然规律之一。

师：结合前面所学，你能给能量守恒定律一个表达式吗？

生：E₁=E₂或ΔE_增=ΔE_减

能量一

某个力做功

能量二

W=FScosθ

 

实验：能的转化探究实验仪------机械能转化为了电能，电能再转化为机械能或光能。

例3、将一个金属球加热到某一温度，问在下列两种情况下，哪一种需要的热量多些？（1）将金属球用一根金属丝挂着（2）将金属球放在水平支承面上（假设金属丝和支承物都不吸收热量）

A．情况（1）中球吸收的热量多些

B．情况（2）中球吸收的热量多些

C．两情况中球吸收的热量一样多

D．无法确定

[误解]选（C）。

　　[正确解答]选（B）。

[错因分析与解题指导]小球由于受热体积要膨胀。由于小球体积的膨胀，球的重心位置也会变化。如图所示，在情况（1）中，球受热后重心降低，重力对球做正功，小球重力势能减小。而在情况（2）中，球受热后重心升高。球克服重力做功，重力势能增大。可见，情况（ 1）中 球所需的热量较少。

 

 

例4、如图所示，绷紧的水平传送带L=4m,在电动机的带动下，始终保持v₀=2m/s的速度匀速运行，现把一质量m=10kg的工件轻轻地放在传送带的左端，经过一段时间后，工件被送到右端，已知工件与传送带间的动摩擦因数μ=0.5，若不计其它损耗，g取10m/s²,在传送工件的过程中，求（1）滑块与皮带之间摩擦而产生的热能Q；

 

（2）电动机所消耗的电能E。

 

 

 

 

过渡：师：既然能量是守恒的，不可能消灭，为什么我们还要节约能源？

 

播放：《哥本哈根气候峰会》宣传片+《后天》的灾难片段

 

三、能源和能量耗散

1、活动一：汇报：为什么我们还要节约能源？

师：蜡炬成灰泪始干，这些热能与光能加上灰烬还能自发形成蜡烛吗？

生：不能

2、师：请同学们再看一下书搜索一下什么是能量耗散？你怎么看待能量耗散

生：能量耗散：能量释放出去，它就不会自动聚集起来供人类重新利用。

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，但在可利用的品质上却降低了，从便于利用变成不便于利用的了。

    这是能源危机更深层次的含义，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。

师：能量耗散意义：从能量转化的角度反映自然界中的宏观过程具有方向性。

师：我国政府对待能源问题什么观点？

 

播放：温总理在哥本哈根会议上的讲话

 

师：同学们我们现在的常规能源最多只能供我们使用百年，如果再不节约的话，我们的子孙后代将陷入极度困境。

 

3、活动二：汇报：日常生活中你该怎么做从而做到节能减排？

 

4、活动三：倡议书：“节能珍惜资源，减排爱护环境”（在预习学案学生签名活动）