教科版九年级物理第十一章物理学与能源技术 教案.docx
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教科版九年级物理第十一章物理学与能源技术教案
第十一章物理学与能源技术
1.能量守恒定律
教学目标
知识要点
课标要求
1.形形色色的能量
了解各种不同形式的能,知道能量是一个重要的物理量
2.不同形式能量的相互转化
知道各种不同形式的能量之间的相互转化
3.能量守恒定律
理解能量守恒定律,知道能源和能量耗散
4.永动机是不可能实现的
知道永动机违背能量守恒定律,能用能量守恒的观点分析、解释实际问题
情景导入
出示课件:
五一假期,我们会去逛公园放松心情,而荡秋千图片便是其中的一个项目.荡秋千时若不加外力自己会停下来,这是为什么?
那么怎样才能使秋千越荡越高?
从学生的交流、讨论中引入新课。
合作探究
探究点一形形色色的能量
展示教材图11-1-1,让学生观察并寻找能量的足迹,并思考:
这些过程中,能量都由什么形式变成了什么别的形式?
它们遵循什么规律呢?
对学生的回答给予肯定或者纠正。
教师:
我们今天就要找出,在能量不断转化、转移的过程中遵循的规律。
学生观察,并展开积极讨论。
指出能量转化的过程中,能量的各种形式。
探究点二不同形式能量的相互转化
1.能量是可以互相转化的。
举出一些例子,如:
太阳灶将太阳能转化为水的内能;人踢球,人自身储存的化学能通过人体做功,转化为皮球的机械能,等等。
要求学生回忆,并举出一些例子。
2.能量是可以转移的。
举出一些例子,如:
打台球时,两颗台球之间发生了动能的转移;人们通过热水袋取暖,就是热水的内能转移至人体。
要求学生回忆,并举出一些例子。
教师:
那么,大家就根据你们的理解,寻找能量的足迹吧!
让学生以小组为单位,根据图11-1-2,开展“能源转化的识别”活动。
对于这个活动,教师可以在课前提供一个表格,以供各个小组填写。
让小组代表回答本小组的讨论结果,并进行总结:
能量是可以在不同的物体之间转移的,也可以转化成其他不同的形式的能。
学生思考,并抢答。
学生思考,并举出一些例子。
学生以四个人为一个小组,讨论分析图11-1-2中各种能量的名称。
并分析其中的转化与转移过程。
推举代表,表述本小组的讨论结果。
探究点三能量守恒定律
首先,让学生自行阅读教材中的对话部分。
进而,配合多媒体,向学生简单介绍焦耳测定热功当量的实验。
并举一些别的例子,如荡秋千过程中,如果没有别的损耗,每次秋千总是能够回到原来的高度等等。
举例中,也可以向学生指出,能量转化过程中,往往存在损耗,即一种能量转化为多种能量,而其中有些能量转化过程是我们不想要但是无法克服的。
教师对例子进行总结,指出能量守恒定律。
阅读教材,并回忆机械能转化的过程。
思考能量转化过程中的损耗问题。
归纳总结:
能量既不创造,也不会消失;当能量从一个物体转移到其他物体或从一种形式转化为其他形式时,总量不变。
这称为能量守恒定律。
探究点四永动机是不可能实现的
教师:
能量是维持我们的生产、生活得以正常进行的源泉。
正是这样,在历史上,许多人煞费苦心,希望能够制造出一个不需要向其提供能量,就能持续对外做功的机器,也就是永动机。
然而,我们根据能量守恒定律就可以知道,这样的机器是不存在的。
举出历史上比较有名的永动机,展示图片,说明设计初衷。
如达芬奇的永动机,等等。
可以要求学生说明其中的漏洞。
再让学生分析教材图11-1-7的永动机,以小组为单位,进行讨论,指出其中的不可能之处。
可以指出“完全转化”往往是不可能的。
教师:
永动机是非常美妙而诱人的设想,多少人为了永动机熬白了头发,甚至耗尽一生精力。
但是,在科学规律面前,幻想终究是幻想。
观察永动机图片,展开讨论,分析永动机不能永动的原因。
小组讨论,分析,并推选代表指出永动机的谬误。
板书设计
1.能量守恒定律
2.能量转化的方向性和效率
教学目标
知识要点
课标要求
1.能量转化的方向性
了解能量转移和能量转化的方向性
2.能量转化中的效率
知道能量转化或转移的效率
情景导入
合作探究
探究点一能量转化的方向性
思考:
水能从低处往高处流吗?
水能自发地从低处往高处流吗?
如果水是自发地流只能从高处往低处流,同样能量的自发流向也不是随意的,即能量的转化具有方向性。
活动:
阅读P43,做“讨论交流:
这些情形可能吗”。
试着分析过程能否实现,以及实现过程中的能量转化情况。
(1)一杯水静置一段时间后,其中的一部分水自行从另一部分水中吸取热量,沸腾成水蒸气?
另一部分水则内能减少,凝结成冰?
结论:
热传递的过程是有方向性的,这个过程可以向一个方向自发地进行,但是向相反的方向却不能自发地进行。
注意:
内能总是自发地从高温物体向低温物体转移而不会自发地由低温物体向高温物体转移。
(2)枯萎的花儿,自发从空气中吸取能量和水分,重焕青春?
结论:
枯萎的花儿,也不可能自发从空气中吸取能量和水分。
(3)坡底的巨石从周围环境中获取能量,滚向坡顶?
结论:
机械能可以全部转化为内能,而内能不可全部转化为机械能而不引起其他变化!
(4)汽车从北京开到天津,掉转车头,可以不再消耗新的燃料,从空气、尾气中吸取能量,返回北京?
结论:
这是不可能的。
因为被其他物质吸收后变为周围环境的内能,我们无法把这些内能收集起来重新利用,这种现象叫作能量的耗散。
能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。
归纳总结:
自然界中许多自发的过程都是有方向的,或者说能量的转化和转移也是有方向的。
(1)转移的方向性。
热量只能自发地从高温物体转移到低温物体,反之要想使热量自发地从低温物体流入高温物体是不可能的。
但如果有外界适当的干预,或满足一定的条件,热量可以从低温物体转移至高温物体。
(2)转化的方向性。
指内能和其他形式的的能量(如电能、机械能等)的相互转化具有方向性。
其他形式的能量可以自发地转化为内能,而内能不可无条件地转化为其他形式的能量。
思考:
因为能量是守恒的,所以我们不需要节约能源,这种说法对吗?
并说明原因。
这种说法不正确,因为能量转化具有方向性。
现实的宏观世界中,物体间一旦存在温差,就会有热量的传递;摩擦无处不在,机械能会不断转化为内能。
我们对能量的利用,无法避免涉及热量的生成与转移。
于是,每一次能量的利用。
都会减少这个世界上可利用、便于利用的能量的总量。
这就是为什么虽然能量是守恒的,我们仍然要节约能源的原因。
探究点一能量转化中的效率
在实际工作和生活中,人们把一种能量转化为另一种能量总是为了某种目的:
用燃气灶烧水,目的是为了把水烧热或烧开;并希望烧水时将天燃气燃烧产生的热量完全传递给水壶中的水。
使用电梯是为了把人或物体提高到一定的高度;并希望每消耗1千瓦时的电能完全转化成人或物体的势能。
生活经验告诉我们,这些理想都不可能发生在所有的能量利用过程中,能量损耗不可避免。
以天燃气烧一壶水为例:
1.输入能量:
我们把天然气完全燃烧释放出的化学能称为输入能量。
2.输出有效能量:
壶水水吸收的那部分能量称为输出有效能量。
3.输出无效能量:
把散发到大气、壶体中的那部分能量称为输出无效能量。
4.根据能量守恒定律,输入能量、输出有效能量和输出无效能量的关系:
输入能量=输出有效能量+输出无效能量
为了进一步描述这些过程,人们定义了能量的转化效率。
5.能量转化效率:
其实,在所有的能量利用的过程中,都有以上的关系。
活动:
阅读P45,讨论交流:
各种“效率”。
在“机械与功”一章中,我们研究了机械效率,即有用功在总功中所占的比例;在“改变世界的热机”一章中,我们又知道了热机的效率,即内能转化为有用机械能的效率。
这些效率,跟我们今天学习的“能量转化效率”是一回事吗?
为什么?
(1)机械效率:
有用功在总功中所占的百分比,叫机械效率,机械效率总小于1。
(2)热机效率:
热机所做有用功(有效利用的能量)与燃料完全燃烧释放的热量之比叫作热机效率。
热机工作时总是有能量的损失,所以热机效率始终小于1。
归纳总结:
提高能量利用中的转化效率是节能问题的核心,是可持续发展的重要措施之一。
板书设计
2.能量转化的方向性和效率
3.能源
教学目标
知识要点
课标要求
1.能源的分类
通过实例了解不同形式的能源;了解什么是能源;知道一次能源、二次能源及其特点;知道不可再生能
源、可再生能源及其特点
2.世界能源储量及需求
了解世界能源储量及需求情况[
情景导入
我们已经认识了各种形式的能。
金属的冶炼、机器的运转、汽车、火车等交通工
具的行驶,都需要能量。
日常生活中烧饭、取暖、照明等,也需要能量。
人类生活的一切活动都需要能量。
合作探究
探究点一能源的分类
1.能源
活动1:
讲解钻木取火使人类实现了从利用自然火到利用人工火的转变。
开启了人类以柴薪为主要能源的时代。
(展示图片:
钻木取火。
)
活动2:
讲解柴薪主要通过砍伐森林获得,现在,大面积砍伐森林会严重破坏地球的生态平衡。
同时,由于燃烧柴薪获取能量的效率较低,人类需要开发其他的能源。
(展示图片:
砍伐森林。
)
活动3:
讲解蒸汽机的发明令人类成功地将燃烧获取的内能转化为机械能。
实现了以机械动力大规模代替人力和畜力的新时代,人类的主要能源也从柴薪转化为热值更高的煤。
(展示图片:
行驶中的蒸汽机火车。
)
活动4:
讲解煤炭、石油、天然气是千百万年前埋在地下的动、植物经过漫长的地质年代形成的。
(展示图片:
煤炭。
)
2.能源的分类
活动1:
什么叫做一次能源?
同学们交流、讨论后回答:
像化石能源这样能直接从自然界获取的能源称为一次能源。
风能、水能、太阳能、地热能以及核能等均属于一次能源。
(展示图片:
煤、石油、天然气、风能、水能、太阳能、地热能。
)
活动2:
什么叫做二次能源?
同学们交流、讨论后回答:
消耗一次能源才能得到的能源称为二次能源。
(展示图片:
电能。
)
活动3:
什么叫做常规能源?
同学们交流、讨论后回答:
常规能源是指当前被广泛利用的一次能源,如:
煤、石油等。
活动4:
什么叫做新能源?
同学们交流、讨论后回答:
新能源则是目前尚未广泛利用而正在积极研究以便推广的一次能源。
如:
太阳能、核能、潮汐能等。
活动5:
什么叫做不可再生能源?
同学们交流、讨论后回答:
不可再生能源是须经地质年代(亿万年)才能形成而短期内无法再生的一次能源,如煤、石油、核燃料等。
它们日渐枯竭,存储量已经不多,如下表:
活动6:
什么叫做可再生能源?
同学们交流、讨论后回答:
可再生能源是能够不断得到补充以供使用的一次能源,如水力、太阳能、生物质能、地热能、风能、潮汐能等。
活动7:
阅读课本P47,讨论交流:
能源的分类。
电能源种类繁多,分类标准也不是唯一的。
如果根据能源消耗后是否造成环境污染来分类,可分为污染型能源和清洁型能源。
请试着分析:
煤炭、风能、潮汐能、石油、水力、电力、太阳能、柴火、地热能、核能以及所能了解的其他类型能源中,哪些属于污染型能源,哪些属于清洁型能源。
结论:
(1)污染型能源:
煤炭、石油、柴火;
(2)清洁型能源:
风能、潮汐能、水力、电力、太阳能、地热能、核能。
探究点二世界能源储量及需求
世界经济的发展和人口的增加,伴随着能源需求的迅速增长。
目前,世界各国已充分认识到地球上传统的一次能源储量远远不能满足人类长期的需要。
专家预测,据有关部门预测,到2005年,全国一次能源生产量为12.3亿吨标准煤,其中煤炭为7.85亿吨标准煤(折合11亿吨原煤),仍占63.8%。
专家预测,在本世纪前30年内,煤炭在我国一次能源构成中仍将占主体地位。
按现有的能源消耗量来计算,我国煤、石油、天然气等不可再生能源的开采年限仅为40年。
研究开发新能源,以减少对传统能源的依赖程度,是世界各国面临的重要任务。
板书设计
3.能源
4.核能
教学目标
知识要点
课标要求
1.原子核核能
了解原子核的组成;知道释放核能的两种方式
2.核裂变能及其利用
了解铀核链式反应的大致情况和核电站的大致工作过程
3.核聚变
了解核聚变及氢弹
情景导入
同学们谁能说出我们人类制造的杀伤性武器中,杀伤性最强的武器是什么?
那谁能告诉我为什么核武器具有这么大的杀伤力,它爆炸时的巨大能量是怎样得来的?
这节课我们就来一起学习核能。
合作探究
探究点一原子核核能
活动:
展示原子结构的挂图或投影,回忆原子的结构组成。
请回答:
原子核是原子中最小的结构吗?
电子为什么会绕核运动?
学生交流、讨论后回答:
原子是由原子核和核外电子组成的,电子在绕核运动。
原子核也是可分的,它是由质子和中子组成的。
原子核中的质子带正电,电子带负电,原子核吸引电子绕核转动。
原子的质量几乎集中在原子核中,质子和中子的质量几乎相同。
原子核的体积相对于原子的体积来说非常小,相当于足球场上的一个鸡蛋。
质子和中子依靠强大的核力紧密地结合在一起,因此十分牢固,要使它们分裂或结合是极其困难的。
但是,一旦原子核发生变化时,就可能释放出惊人的能量,这种能量被称为核能。
探究点二核裂变能及其利用
活动1:
铀235只有在中子的轰击下才能发生裂变且释放出核能,那么是不是要不断地从外界提供中子才能使反应不断进行呢?
实验:
利用火柴模拟链式反应。
利用类比的方法来模拟研究核裂变过程
如果去掉其中火柴
(1),火柴
(2)、(3)会燃烧吗?
展示链式反应原理的挂图或动画。
链式反应如果不加以控制,大量原子核就会在一瞬间发生裂变,释放巨大的能量,产生极大的破坏性,就如前面所见的原子弹。
(播放纪录片广岛原子弹爆炸)
核能发电:
活动2:
在链式反应中,可以通过控制中子数量来控制链式反应的速度。
可控的核裂变在实际中有什么应用呢?
学生讨论、交流后回答:
可以用于核能发电、核动力航母等。
活动3:
投影核电站图片,介绍我国核电站的情况。
核电站运行中能源是由重核裂变提供的,核能是安全、洁净、廉价的能源。
你认可这个观点吗?
教师归纳总结:
通过分析,可以发现核裂变时会释放大量的能量,如果不加以控制短时间内释放的能量会产生极大的破坏。
如果控制链式反应的速度,让核能逐步缓慢的释放就可以为人类使用
活动4:
阅读课本P52,讨论交流:
核泄漏。
1、核燃料的放射性对人体造成的严重伤害。
2、对于辐射强度超过国家标准的放射性物质,一定要防止其扩散,人体切莫随便靠近。
距离防护:
远距离操作,任何源不能直接用手操作。
屏蔽防护:
根据辐射源的类型、射线能量、活度设置屏蔽体,例如:
核废料也有很强的放射性,目前一般都将其放入特制的容器内深埋封存。
探究点三核聚变
我们已经研究过重核可以裂变成质量较小的核,那么质量较小的核能否聚合成质量较大的核呢?
活动1:
介绍轻核的聚变,将质量较小原子核结合成新的原子核也会放出大量的能量,这是就是聚变。
如把氘和氚在超高温下结合成新的原子核──氦核。
(投影聚变图)
活动2:
播放氢弹的视频或展示图片。
氢弹就是利用氢核的聚变,在瞬间释放出大量的能量。
但现阶段科学家还没有找到控制核聚变的方法。
通过可控聚变来利用核能,有望彻底解决人类能源问题!
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4.核能
5.能源开发与可持续发展
教学目标
知识要点
课标要求
1.能源利用中的问题及相应对策
了解能源利用中的问题及相应对策
2.新能源的开发与利用
了解各种新能源的开发与利用
情景导入
在我们使用能源的过程中,你是否注意到这样一些现象:
工作时间较长的机械的外壳会很烫手;汽车制动时,由于摩擦动能转化成为轮胎、地面和空气的内能;汽车行驶过程中要用大量的水吸收多余的热。
这些消散掉的内能能否在次被收集起来提供机械做功,继续为我们服务呢?
今天我们就来学习下能源与可持续发展,了解一下能源利用中的物理知识。
合作探究
探究点一能源利用中的问题及相应对策
1.能源利用中的问题主要包括三个方面:
(1)传统能源煤、石油、天然气随着不断开采会逐渐枯竭,人们称为“能源危机”。
(2)能源利用中硫化物、碳氧化物和粉尘的大量排放对环境及生态造成破坏。
(3)突发事件引起能源短缺或能量供应中断——能源安全问题。
2.解决能源利用问题的相应对策:
(1)必须形成全民节能意识,注重技术创新,提高能源利用效率,减少废气、废物排放的污染因素。
(2)依靠科学技术创新开发核能、太阳能、风能、地热能等清洁型能源,加强能源利用中的防护措施,提高能源使用的安全性。
探究点二新能源的开发与利用
1.核能的开发与利用
要从根本上满足人类对能源的需求,还期待物理学在可控核聚变研究中实现质的突破。
可控核聚变目前还处于研究阶段。
据科学家预计,核聚变发电在20年至30年内将进入工业化实际应用阶段。
核聚变的原料在海水中的含量约为4.0×1013t,可满足人类数十亿年的需要。
2.太阳能的开发与利用
(1)光电转化(太阳能转化成电能)
太阳能电池可以将太阳能转变为电能;在航空、航天、交通、通信等领域中有较为广泛的应用。
(2)光热转化(太阳能转化成内能)
用集热器收集阳光中的能量来加热水等物质。
实现了把太阳能转化为内能。
3.地热能的开发与利用
地热资源:
是指地球陆地表面以下10km深度以内,温度为15~400oC的地热能量。
地热类型:
水热型、地压型、热干岩型、岩浆型。
4.其他新能源的开发与利用
除了核能、太阳能和地热能外,世界各国正竞相开发风能、海洋能、生物能和氢能等绿色能源。
板书设计
5.能源开发与可持续发展
(一)能源利用中的问题及相应对策
(二)新能源的开发与利用
1.核能的开发与利用
2.太阳能的开发与利用
3.地热能的开发与利用
4.其他新能源的开发与利用
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