《能量守恒定律》教学设计.docx

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2能量守恒定律

教学目标

(1)理解能量守恒定律，知道它是自然界普遍遵循的基本规律。

(2)学会用能量守恒定律分析有关问题。

(3)树立能量守恒的世界观，运用科学知识指导实践活动。

(4)了解能量守恒定律的建立过程，体会物理学与社会发展的相互促进作用。

教学重难点

教学重点

能量守恒定律

教学难点

能量守恒定律的应用

教学准备

多媒体课件

教学过程

新课引入

教师设问：上节课我们学习了热力学第一定律，同时还了解到永动机是不可能制成的。下面请同学们回顾一下热力学第一定律的表述和数学表达式。

学生活动：集体回答教师所提问题。

教师活动：陈述热力学第一定律的内容并展示热力学第一定律的数学式。

一个热力学系统的内能增量等于外界向它传递的热量与外界对它所做的功的和，即

ΔU=W+Q

教师设问：请同学们分析一下为什么永动机不可能制成。

学生活动：思考教师所提问题，然后集体回答。

教师活动：讲述问题的答案。

根据热力学第一定律，物体对外做功，即W0；物体做功后回到原来的状态，即ΔU=0;则物体一定要从外界吸收热量，即Q0。因此，要使物体既对外做功又不必吸收热量的第一类永动机是不可能制成的。

教师口述：初中我们了解热力学第一定律，这节课我们来重新认识一下能量守恒定律。

讲授新课

一发现能量守恒定律的历史背景

教师活动：请同学们查阅资料，了解一下发现能量守恒定律的历史背景。

按：学生初中已经学过能量守恒定律，故在讲解能量守恒定律前让学生查阅它产生的背景是可以的。

学生活动：手机查询资料，搜集并归纳发现能量守恒定律的背景。然后小组讨论。

教师活动：讲解发现能量守恒定律的背景。

17世纪，人们已经认识到与运动相联系的某个量是守恒的。笛卡尔、莱布尼兹都提出了运动中守恒的最，但仅局限于机械运动，没有深入到其他运动。

18世纪初，英国的纺织、冶金、军火、造船等工业迅速发展，同时动力不足问题也日益尖锐。在这种社会需求的推动下，蒸汽机的发明和不断改进，成为英国工业发展的动力。到18世纪80年代，蒸汽机普遍使用，宣告了蒸汽机时代的来临。蒸汽技术的成就，令人信服地证明了内能可以转化为机械能，极大地推动了热学理论的发展。由此可见，技术的进步对科学的发展也是一种促进。

从18世纪末到19世纪初，各种自然现象之间的普遍联系相继被发现，能的概念被引入。电磁学、光学的迅速发展，使得热运动和其他运动形式之间的相互转化具有十分重大的理论和实际意义。化学和生物学的研究，使人们进一步认识到不同形式的能都是可以相互转化的。

1800年，意大利物理学家伏打发明了可将化学能转化为电能的伏打电池；8年后，英国化学家戴维发明了电弧灯，实现了电能向光能的转化；1824年，卡诺通过对热机原理的研究，提出了热功转换的关系；1834年，法拉第发现了电化当量，找到了电能与化学能之间的定量转化关系……。所有这些运动形式之间的联系与转化为能量守恒定律的发现提供了基本的条件。

此外，第一类永动机的制造总是不成功，促使人们思考：“如果永恒的运动(永动机)是不可能的，那么各种自然力之间应该存在什么样的关系？”

二发现能量守恒定律的过程

教师活动：讲解发现能量守恒定律的过程。

目前科学界公认，能量守恒定律的发现与确立，迈尔、焦耳和亥姆霍兹做出了卓越的贡献。

2.1迈尔的研究

1839年，德国医生迈尔作为随船医生从荷兰前往爪哇。在船上，他发现船上病人在热带时的静脉血比在温带时要红。他分析，在热带由于气温高，人体散热少，人体只需吸收食物中较少的热量就够了，食物的“燃烧”过程明显减弱，致使热带地区人们静脉血中的氧气比较富裕，血液颜色就显得红些。从海员口中他还了解到，暴风雨中的海水比较热。

迈尔从自然哲学的思想出发，提出了能量守恒的观点。他认为，体力和体热都源于食物的化学能，机械能、内能、化学能是可以相互转化的，如果人体内的能量的输入和输出是平衡的，那么所有这些形式的能量就是守恒的，但是他的观点长期没有得到科学界的理解，反遭讥讽。直到19世纪60年代后，科学界才开始给予迈尔公正的评价。

2.2焦耳的研究

几乎与迈尔同时期，英国物理学家焦耳也开始研究物质运动之间的关系。他的研究方法与迈尔不同，他采用的是严格的定量实验分析法。1840年，焦耳通过实验得出了焦耳定律，从而给出了电能向内能转化的定量关系，为发现普遍的能量守恒定律打下了基础。

从1840年到1879年，焦耳用了近40年的时间，不懈地钻研热功转换间题，先后用不同的方法做了400多次实验，为能量守恒定律提供了无可置疑的证据。

焦耳的工作开始时没有受到人们的重视。1844年，英国皇家学会甚至拒绝他宣读论文。但焦耳一直以百折不挠的精神专心致力于热功转换研究，终于使自己的研究成果得到了科学界的公认。后人为了纪念他，把