九年级物理教案能量的转化和守恒(推荐10篇)
【本讲教育信息】
一.教学内容:
§10.3 改变世界的信息技术
第11章 物理学的发展和能源技术创新
§11.1 能量的转化和守恒定律
二、重、难点
1、知道什么是卫星通信和光缆通信
2、知道能量的转化和转移
3、知道能量守恒定律
三、具体内容:
(一)卫星通信:是利用人造地球卫星作为中继站,把地面站发射的信号接收下来,经过处理后再发送到另一个或几个地面站,实现卫星中继通信。优点:覆盖范围广,只要三个卫星就可以让信号覆盖全球。
(二)光缆通信:
用心 爱心 专心 信息高速公路是指可以交流各种信息的大容量、高速度的通信网络。利用它可以传播电话、电视、广播及数据、文件等。建设信息高速公路的物质基础之一是光导纤维,简称光纤。
1、激光:频率单
一、方向集中,可以用来传递信息。
特点:(1)很高的单色性,可用于通信
(2)平行性好,可以用于精确测距、目标跟踪
(3)亮度高,可用于军事上,用于医学作“光刀”
2、光导纤维:是很细很细的玻璃丝,数条光纤一起敷上保护层制成光缆,用激光在光纤中传递电视电话等多种信息。
3、光缆通信实际上是利用激光在光导纤维里传播:激光从光纤的一端射入,在内壁上多次反射,在另一端射出,把携带的信号传到远方。
4、优点:信息量大、不怕雷击、抗干扰能力强、功率损耗小、通信质量高、保密性好。
(三)移动通信
1、移动通信是指移动体之间或移动体与固定体之间的通信。移动通信的终端设备包括手机、寻呼机、无绳电话等。
2、移动通信系统一般由移动台、基站、移动交换中心以及市话网等组成。
3、如图是移动通信的工作方式,手机左发射的信号被离它最近的基地台接收,然后由光缆把信号传到交换中心,寻找到选定的通话对象,再由光缆把信号传到离对象最近的基地台,最终这个基地台把信号传给手机右。
(四)信息革命与人类文明
1、物质、能源与信息是人类社会生存和发展不可缺少的三大要素。
2、信息技术已经成为人们学习、工作、生活不可缺少的工具,在现代战争中起非常重要
用心 爱心 专心 的作用,信息技术产业已经成为一些发达国家的重要产业。
(五)模拟信号和数字信号
1、模拟信号:声音转换成信号电流时,信号电流的频率、振幅变化的情况跟声音的频率、振幅变化的情况完全一样,“模仿”声信号的“一举一动”。这种电流传递的信号叫模拟信号。
特点:模拟信号在长距离传输和多次加工、放大过程中,信号电流的波形会改变,从而使信号丢失一些信息。
2、数字信号:用不同的符号的不同组合表示的信号叫数字信号。
特点:通常的数字信号只包含两种不同的状态,形式简单,所以抗干扰能力特别强。
(六)不同形式能量的相互转化
能量有多种多样的形式,可以从一个物体转移到另一个物体上,从空间的一处转移到另一处,能量的形式也可以从一种形式转化为另一种形式。各种能量可以逐渐相互转化,地球上几乎所有的能量都来源于太阳。
(七)能量守恒
能量既不会创造,也不会消失;当能量从一个物体转移到另一个物体,或从一种形式转化为另一种形式时,总量不变。
(八)永动机是不可能实现的任何永动机都是制不出来的,这是因为不消耗能量却可以永远地运动下去并不断地做功违背了能量守恒定律。自然界中无论什么运动都会产生热,热向四周扩散而损耗,如不补偿能量,任何运动着的机器最终都会停止。
(九)能量转化效率
在实际工作或生活中,一种能量转化成另一种能量的过程中,输出有效能量与输入能量的比值成为能量的转化效率。
能量转化效率η=输出有效能量
输入能量 在任何情况下。能量转化效率η都小于1。
(十)能量转化的方向性
能量转化过程中存在一定的方向性。
【典型例题】
例1.“信息高速公路”有很宽的频带,可以同时传送500个电视频道。因此,无论是文字信息、声音信息,还是图像信息或电视信号,都可以在“信息高速公路”的网络中得到及时传送,而且传送的速率很高。一部《不列颠百科全书》通过“信息高速公路”不到5s就能够传送完毕,“信息高速公路”一语中的“路”一般是指()A.高速行驶的公路
B.利用微波的通信 C.利用光纤的通信
D.利用卫星的通信
分析:“信息高速公路”的基础是光纤通信,它用光缆把千家万户、单位联结在一起,能以激光脉冲传输数字化信息;而同轴电缆中传输的则是无线电波。激光的频率比无线电波
用心 爱心 专心 的频率高得多,所以光纤线路的容量大。例如,一根光纤能同时传输50万路电话信号。光纤抗干扰能力强、信号衰减少,适于远距离传输大量信息。
正确答案:C
例2.移动通信的基地台是按蜂窝状布局的,你能说出这样做的道理吗?
分析:移动通信基地台的建造,应在保证无线电波覆盖面积不变的情况下,尽可能减少基地台的数量,而蜂窝状布局是一种最佳设计。
正确答案:这样做能大大增加无线电覆盖的有效面积,减少转接信息的基地台数量。
例3.某收音机中中波段的频率范围是535kHz~1605kHz,问它接收的电磁波波长范围是多少?
解:由公式c=λf可得,λ=c/f,λ1=c/f1=(3х10m/s)/(535х10)=561m
λ2=c/f2=(3х10m/s)/(1605х10)=187m 正确答案:187~561m
例4.关于能量的转化和转移,说法正确的是()
A.能量只能从能量多的物体向能量少的物体转移,不可能从能量少的物体向能量多的物体转移
B.内能可以转化为机械能,机械能也可以转化为内能 C.能量只能从一种形式转化为另一种形式
D.能量可以从一种形式转化为另一种形式,但转化前后,能的总量会减少
分析:A不正确,能量多的物体,温度不一定高。例如1kg 0℃水比1kg 0℃的冰能量多,但它们之间没有能量转移。
B正确,机械能和内能可以互相转化。
C不正确,能量还可以从一个物体转移到另一个物体。
D不正确,能量守恒定律告诉我们,在能量转化的过程中,能的总量是保持不变的。
正确答案:B
例5.在密闭的房间里有一个开着门的电冰箱,给电冰箱通电,过一段时间后,房间的温度将()
A.升高
B.降低
C.不变
D.无法确定
分析:根据生活经验,冰箱内的温度比室温低得多。有的人会认为,打开冰箱门通电,由于冰箱与外界发生热传递,内能发生转移,房间内能减小,温度应下降,这种看法是片面的,只考虑到冰箱内部与外界的热传递。实际上电冰箱工作时,在冰箱内部制冷,在电冰箱的背部通过散热器向外界散热,把内能转移出来,这样看来,开着门的电冰箱一面把内能转移出来,一面又有内能转移进去,哪一边转移得多些似乎难以判断。其实,这时只要注意电冰箱工作的过程是电流做功的过程,消耗了电能,所以转化出来的内能多些。
正确:A
例6.设计一个实验,证明皮球落地时发生了形变,并回答下列问题。
(1)谈谈一只皮球从高处由静止落下又弹起的过程中皮球机械能的转化。
(2)指出皮球在哪个位置动能为零
(3)即使不计空气阻力,皮球落地弹起后也不能再回到原来的高度,这是为什么?
(4)怎样抛出皮球,才能使它弹跳到高于抛出时的位置,说明理由。
用心 爱心 专心 分析:将整个过程分为下降,皮球形变、恢复原状和上升四个阶段,分别说明机械能的转化。
速度为零时动能为零。
考虑到皮球与地面碰撞时要损失一部分机械能(对地面做功),故不能反弹到原抛点。
如果让皮球在抛出时具有一定的速度,那么皮球在抛出时除了具有一定的势能外还具有一部分动能。
正确答案:实验方法:在地面铺一白纸,将皮球涂黑,当皮球从高处落到纸上时,纸上会出现一个黑色圆斑而不是一个圆点,证明皮球落地时发生了弹性形变。
(1)皮球下落时,重力势能转化为动能;接触地面发生形变时,动能转化为弹性势能;恢复原状时,弹性势能转化为动能;反弹上升时,动能转化为重力势能。
(2)皮球在原抛出点时,与地面碰撞形变程度最大时(此时动能转化为弹性势能)、反弹到最高点时,皮球的动能为零。
(3)当皮球与地面碰撞时对地面做功,损失一部分机械能(转化为其他形式的能),因此皮球不能回升到原抛出点的高度。
(4)让皮球在抛出时具有一定的初速度,这样皮球既具有重力势能又具有动能,这部分动能最终会转化为重力势能,使皮球达到原抛出点时会继续升高,从而高出原抛出点的位置。
【模拟试题】(答题时间:25分钟)
一.选择题
1.关于电磁波下列说法中不正确的是 A.电磁波具有能量
B.各种颜色的光都是电磁波
C.电磁波在真空中的传播速度是3х10m/s D.电磁波的频率越高,波长越长
2.下列关于电磁波的一些说法中正确的是 A.电磁波在真空中不能传播
B.电磁波在空气中的传播速度约为340m/s C.红外线属于电磁波
D.电热水壶是利用电磁波来工作的 3.下列电器中,利用电磁波工作的是
A.电风扇
B.移动电话 C.电冰箱
D.电吹风 4.关于电磁波,下列说法正确的是 A.电磁波的传播速度比光速小 B.电磁波的波长越长频率越高
C.电磁波的应用会不同程度影响人们的健康
D.电磁波可以携带信息、捕捉信息,但不能承载并传播信息
5.在无线电通信中,把人们需要的电磁波筛选出来,以下设备中能完成这项任务的是 A.调谐器
B.话筒 C.调制器
D.振荡器 6.下列说法中错误的是
A.能的转化和守恒定律只适用于物体内能的变化
用心 爱心 专心 B.只要有能的转化和转移,就一定遵从能量守恒定律
C.能的转化和守恒定律是人们认识自然和利用自然的有力武器
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,而能的总量是不变的 7.下列能量转化过程中,化学能转化为电能的是 A.用潮汐发电
B.用电池作电源
C.用电灯照明
D.电动机带动水泵将水抽到高处
二.填空题
1.中央电视台第一套节目的频率为52.5MHz(1MHz=10Hz),电磁波在真空中的传播速度_____________(填“大于”、“等于”或“小于”)光在真空中的传播速度,其速度大小为_____________m/s,则中央电视台第一套节目的波长为_____________m。2.有一个“隐形飞机”,可以有效避开雷达的探测,秘密之一在于它的一层特殊材料喧各材料能够_____________(填“增强”或“减弱”)对电磁波作用;秘密之二在于它的表面制成特殊开头,这种形状能够_____________(填“增强”或“减弱”)电磁波反射回雷达设备。3.乘飞机时禁止使用移动电话,是因为使用移动电话时_____________会干扰飞机正常的导航通讯,对飞行安全构成很大的威胁。
4.电磁波在真空中的传播速度等于______________m/s。光纤通信实际上是利用_____________光在纤维里传播的。
5.一台额定功率为0.08W的收音机,在接收频率逐渐减小的过程中,所对应电磁波的波长将逐渐_____________(填“增大”、“减小”或“不变”);该电磁波在空间传播的速度约为_____________km/s;在正常工作情况下,若持续收听1h,将消耗_____________J的电能。6.目前人们直接利用太阳能的方式有两种:其一是把太阳能转化为内能,如:_____________。其二是把太阳能转化为电能,如_____________。
7.电能可以使电灯发光,同时产生的内能散失在空气中,但这些内能却无法自动转化为电能。汽车制动过程中,电能转化为地面、轮胎、空气的内能,这些内能同样无法自动地转化为机械能再传递给汽车。这些现象均说明能量的转化具有_____________。以上能量的转化过程中,能的总量_____________(填“增大”、“减小”或“不变”)。
6用心 爱心 专心
试题答案
一.选择题
1.D
2.C
A 6.A
7.B
二.填空题
1.等于;3×108;5.7 2.增强;减弱 3.电磁波
4.3×108;激
5.增大;3×105;288
6.太阳能热水器;太阳能电池 7.方向性;不变
3.B
用心 爱心
4.C
自然界各种现象的联系,各种能量的相互转化,能量守恒定律,能举出日常生活中能量守恒的实例,能用能量守恒的观点分析物理现象
一、填空题
1.能量既不会______,也不会______,它只会从一种形式______为其他形式,或者从一个物体______到另一个物体,而在转化和转移过程中,______的总量保持不变.这就是能量守恒定律.
2.克服摩擦或压缩气体做功时,消耗______能,使______能转化为______能,而且消耗多少______能,就得到多少______能,在这个过程中,能量的总量______.
3.“和平”号空间站完成使命后,安全坠入南太平洋海域,当“和平”号进入稠密大气层时,燃起了熊熊大火,这是将______能转化为______能,在“和平”号坠入南太平洋的过程中,它的______能增加,______能减少,而能的总量______.
4.自然界中各种不同形式的`能量都可以相互转化,电动机可以把______能转化为______能;太阳能电池把______能转化为______能;植物的光合作用可以把______能转化为______能,燃料燃烧时发热,将______能转化为______能.
5.秋千荡起来,如果不继续用力会越荡越低,甚至停止;皮球落地后,每次弹起的高度都会比原来低.在这两个过程中,机械能______了,转化成了______能.机械能是否守恒______,能的总量是否守恒______.
二、选择题
6.下列说法中正确的是( )
A.冬天对着手哈气,手变暖是机械能转化为内能
B.用酒精灯给水加热,是机械能转化为内能
C.洗澡时,用毛巾擦背,感觉后背发热,是机械能转化为内能
D.滑冰时,冰刀与冰之间相互摩擦,出现一道痕迹,是内能转化为机械能
7.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
8.给电动机通电后电动机带动其他机器运转起来,同时电动机的外壳也变得烫手,则下列说法中正确的是( )
A.电能全部转化为机械能
B.电能的一部分转化为机械能,另一部分转化为内能
C.电能全部转化为内能
教学目标:
1、知识与技能
能用实例说明动能和势能之间可以相互转化;
能解释有关动能·重力势能·弹性势能之间相互转化的简单现象; 初步了解机械能守恒的含义。
2、过程与方法
通过观察和实验,培养学生的观察能力和分析归纳能力。
3、情感态度与价值观
乐于参加观察·实验·制作等科学实践。
教学重点:动能和势能的转化及机械能守恒的理解。教学难点:动能和势能的转化及机械能守恒的理解。
教学方法:
采用双主互动·小循环多反馈·分组合作的教学方式。
教学准备:
多媒体课件、单摆、滚摆、过山车模型、铁锁、细线 课时安排:1课时 教学设计:
(一)创设情境,复习旧课:
手持粉笔头高高举起。以此事例提问:被举高的粉笔具不具有能量?为什么?(学生回答)
(二)新课引入:
学生回答提问后,再引导学生分析粉笔头下落的过程。首先提出,当粉笔头下落路过某一点时,粉笔头具有什么能量?(此时既有重力势能,又有动能)继而让学生比较在该位置和起始位置,粉笔头的重力势能和动能各有什么变化?(重力势能减少,动能增加)
(三)新课进行:
在粉笔头下落的过程,重力势能和动能都有变化,自然界中动能和势能变化的事例很多,下面我们共同观察滚摆的运动,并思考动能和势能的变化。
实验1:滚摆实验。
出示滚摆,并简单介绍滚摆的构造及实验的做法。事先应在摆轮的侧面某处涂上鲜明的颜色标志,告诉学生观察颜色标志,可以判断摆轮转动的快慢。
引导学生复述并分析实验中观察到的现象。开始释放摆轮时,摆轮在最高点静止,此时摆轮只有重力势能,没有动能。摆轮下降时其高度降低,重力势能减少;摆轮旋转着下降;而且越转越快,其动能越来越大。摆轮到最低点时,转动最快,动能最大;其高度最低,重力势能最小。在摆轮下降的过程中,其重力势能逐渐转化为动能。
仿照摆轮下降过程的分析,得出摆轮上升过程中,摆轮的动能逐渐转化为重力势能。
实验2:单摆实验。
此实验摆绳宜长些,摆球宜重些。最好能挂在天花板上,使单摆在黑板前,平行于黑板振动,以便在黑板上记录摆球运动路线中左、右最高点和最低点的位置。
克拉玛依准东中学 物理组
分析单摆实验时,摆球高度的变化比较直观,而判断摆球速度大小的变化比较困难,可以从摆球在最高点前后运动方向不同,分析摆球运动到最高点时的速度为零,作为这一难点的突破口。顺便指出像单摆这种往复的运动,在物理学中叫做振动。(单摆图)
综述实验1、2,说明动能和重力势能是可以相互转化的。
实验3:弹性势能和动能的相互转化。
演示课本图1—7动能和弹性势能的转化实验。实验可分两步做。首先手持着木球将弹簧片推弯,而后突然释放木球,木球在弹簧片的作用下在水平槽内运动。让学生分析在此过程中,弹性势能转化为动能。第二步实验,让木球从斜槽上端滚下,让学生观察木球碰击弹簧片的过程。然后,依据课本图1—7,甲→乙图和乙→丙图分析动能转化为弹性势能和弹性势能转化为动能的过程。得出:动能和弹性势能也是可以相互转化的。
自然界中动能和势能相互转化的事例很多。其中有一些比较直观,例如:物体从高处落下、瀑布流水等这些事例也可以让学生列举,说明动能和势能的相互转化。有些事例比较复杂,例如:踢出去的足球在空中沿一条曲线(抛物线)运动过程中,动能和势能是如何相互转化的呢?(板画足球轨迹,依图分析)首先我们来分析足球离地面的高度的变化,这是判断足球重力势能变化的依据。很明显,在上升过程中足球的重力势能增加;在下降过程中重力势能减少。接着再分析足球的速度。足球在最高点时不再上升,说明它向上不能再运动。所以,足球在上升过程中,速度逐渐变小;在下降过程中速度又逐渐变大。通过以上分析,可以看到足球在上升阶段动能转化为重力势能;在下降阶段重力势能转化为动能。
人造地球卫星在运行过程中,也发生动能和重力势能的相互转化。人造地球卫星大家并不陌生,然而围绕人造卫星,同学们还有许多的谜没有揭开。例如:人造卫星为什么能绕地球运转而不落下来?在人造卫星内失重是怎么回事?等等,这些问题还有待于同学们进一步学习,今天我们只讨论卫星运行过程中,动能和重力势能的相互转化。
人造卫星绕地球沿椭圆轨道运行,它的位置离地球有时近、有时远。(出示我国发射的第一颗人造卫星轨道图)现以我国发射的第一颗人造卫星为例,它离地球最近时(此处叫近地点)离地面439公里,离地球最远时(此处叫远地点)离地面高度是238
4克拉玛依准东中学 物理组
公里,它绕地球一周的时间是114分钟。它在近地点时,速度最大,动能最大;此时离地面最近,重力势能最小。卫星由近地点向远地点运行时动能减小,重力势能增大,动能向重力势能转化。直到远地点时,动能最小,重力势能最大。卫星由远地点向近地点运行时,重力势能向动能转化。在卫星运行过程中,不断地有动能和势能的相互转化。
(四)课堂小结
通过“想想议议”问题的讨论,进一步认识动能和势能的相互转化。
(1)在动能和势能的相互转化过程中,必定有动能和势能各自的变化,而且是此增彼减。
(2)动能的增减变化,要以速度增减来判断。
(3)重力势能的增减变化,要以物体离地面高度的增减变化来判断。(4)判断弹性势能的增减,要根据弹性形变大小的变化。
(五)布置作业:
1.复习本节内容;
2.《同步训练》本节选题;
三、小结:通过这节课的学习,你学到了什么?你还有哪些疑难问题?有什么体会?(请你写下来)
四、作业:
1、完成课本P 1、2、32、完成练习册分组作业
【板书设计】
【教学反思】
学习目标:
1、知道机械能包括动能和势能。
2、理解动能和势能的相互转化。
3、能解释一些有关动能和势能之间相互转化的简单现象。
4、通过观察和实验认识动能和势能的转化过程。【学习过程】 巩固旧知识
1、影响动能大小的因素有和,影响重力势能大小的因素有和,影响弹性势能大小的因素有。
2、向上抛出的粉笔头,上升过程中,动能势能;下落过程中,动能势能
(选填“增大”、“减小”或“不变”)
课题引入:你玩过或在电视上看过蹦极吗?那种惊心动魄的场面与我们今天要学习的机械能的知识会有什么关联吗? 获取新知识:
一、动能和势能相互转化:
1、同学们分组进行滚摆实验并仔细观察,思考:(1)滚摆处于最高位置时,滚摆具有什么形式的机械能?(2)放开滚摆让其下落,此时滚摆的重力势能和动能怎样变化?(3)增大的动能来自于哪里?
(4)当滚摆下落到最低点时又会重新上升,此过程中动能,重力势能;增大的重力势能来自哪里?
小组内交流讨论,你能得出什么结论?运用你的结论说出滚摆运动过程中能量的转化
2、生活体验:让皮球从手中下落,触地后皮球反弹上升„,分析此情景中能量有什么改变? 皮球下落时,转化为;皮球触地时,转化为;皮球反弹时,转化为;皮球上升时,转化为。这样不停地转化着。
3、各小组讨论完成P118.2 汇报讨论结果。
爱心
4、动手操作:设计一个小实验,亲手做做,用来表现物体动能、势能的转化。(小组内展示交流)
二、机械能
同学们自学课本118页下半部分,找出什么是机械能?
三、机械能守恒
1、同学们分组进行教材第118页“想想做做”的实验并体会:
交流讨论:铁锁会不会碰到你的鼻子?为什么?为什么几次摆动,铁锁都非常贴近鼻子?小结:机械能守恒的条件:。
2、能力拓展:
思考:运动的滚摆会一直运动下去吗?
3、请同学们看课本阅读材料,回答下列问题。
(1)人造地球卫星在近地点高度最,速度最,重力势能最,动能最;远地点高度最,速度最,重力势能最,动能最。(填“大”或“小”)(2)人造地球卫星从近地点向远地点运行的过程中,重力势能,动能,转化、为;从远地点向近地点运行的过程中,重力势能,动能,转化为。本节小结:
本节课你学到了哪些知识?有哪些收获?
【教后记】
一、知识点概括:
1.运动与静止的相对性、参照物
小明骑自行车由南向北运动,这时一辆汽车由南向北从他身旁疾驶而过,若以这辆汽车为参照物,则小明是向_______运动的。
分析:参照物是假定为不动的物体,我们以它为标准来判断其他物体的运动情况,小明相对于汽车的位置在不断改变(距离增大)答案:向南
典例:我国已自主建立了完善的卫星导航系统,对我国国民经济建设将起到积极作用,导航定位卫星是一种地球同步卫星,地球上的人觉得它在空中是静止的,这时人们选择的参照物是()A.地球 B.太阳
C.行星
D.月球
分析:地球同步卫星,理解“同步”,结合日常生活中“并肩”行走等现象,不难找出判断静止的“参照物” 答案:A 2.长度的测量(包括长度的单位、刻度尺的使用及读数)例:裁缝师要给王强做衣服,在以下的测量工具中,你认为选择哪种测量工具来测量尺寸最合适:()A.最小刻度是1mm,长度是20cm的学生用尺 B.最小刻度是1cm,长度是1.5m的皮卷尺 C.最小刻度是1mm,长度是2m的钢卷尺
D.游标卡尺
分析:在实际测量中测量结果需要达到的要求不同,因此,应根据具体要求选择合适的测量工具,并不是测量工具越精密越好,做衣服时只要准确到1cm即可。答案:B 典例:一名粗心的中学生在测量记录中忘记写上单位,下列记录结果中,数据单位应该为米的是()A.一位学生的身高为16.3 C.一本字典的厚度为3.5
B.一支新钢笔的长度为0.175 D.一枚壹圆硬币的厚度为0.19 分析:日常生活中有些长度我们可以估测,同时应知道同一长度使用的单位记录结果数值不同,解答此类问题,最好通过换算单位变为比较熟悉的数值进行判断。答案:B 3.速度及计算
例:三位同学参加百米赛跑的成绩记录如下:甲同学所用的时间为14.3s,乙同学所用时间为13.6s,丙同学所用时间为14.0s,其中______同学的平均速度最大,判定的理由
是__________________________。
分析:比较物体运动的快慢方法有:(1)在相同的时间内看谁运动的路程长;(2)通过相同的路程看谁用的时间短;(3)比较单位时间内通过的路程谁多谁少。答案:乙;相同路程用时最少。
典例:“五·一”假期,李丽乘车外出旅游,经过某交通标志时,她注意到了牌上的标志如图1-1,若汽车的行驶速度是30m/s,并仍以此速度向前开行,这辆车_____(填“是”或“不是”)违反了交通法规。原因是________________,根据交通法规,这辆车从标志牌到苏州最快用___________min的时间。
分析:日常生活中,经常会遇到一些标志牌,弄清牌上所表示的意义,是解答问题的关键。此题中“苏州40Km”是指此牌处距苏州40Km,“80”是指汽车通过此段路程时的最大行驶速度是80km/h。答案:是;30 4.声音的发生、传播及乐音的特征
例:元旦联欢会上,小王演奏了一首小提琴独奏曲,小提琴发出的悠扬琴声是靠_______的振动产生的,演奏前,他对琴弦的松紧进行了调节,这主要是为了调节琴声的_______________。
分析:声音是发声体的振动产生的,琴声是由琴弦振动发出的,琴弦的松紧主要影响振动的快慢,即音调的高低。答案:琴弦;音调
典例:医生用听诊器听病人的心肺发出的声音进行诊病,听诊器能()A.改变发声体振动的频率,使声音的音调变高 B.改变发声体振动的振幅,使声音的响度增大 C.减少声音的分散,使传入人耳的声音响度增大 D.缩短医生与声源的距离,使传入人耳的声音音调变高
苏州40Km 图1-1
分析:听诊器不能改变音调,它的作用是增加响度,是通过减少声音的分散而实现的。答案:C 5.重力及摩擦力
例:班内墙壁上挂几幅名人名言时,小张用自制的重锤来检查画是否挂正,这是利用了_________________的特点。
分析:重力的方向总是竖直向下的,当画的边缘与重锤成平行时,画即挂正了。例:王华从电视上看到,棋类比赛现场附近的讲棋室内的棋盘是竖直放置的,棋子可以在棋盘上移动,但不会掉下来。原来,棋盘和棋子都是由磁性材料制成的。棋子不会掉
落的原因是因为棋子()A.受到的重力很小,可忽略不计
C.受到棋盘对它向上的摩擦力
B.和棋盘间存在很大的吸引力 D.受到空气的浮力等于重力
分析:棋子不掉下来是因为受平衡力;在竖直方向上受重力和向上的摩擦力。答案:C 典例:下列现象中属于增大摩擦的是()A.锁生锈了不好打开,向锁孔中滴入润滑油 B.自行车的车轴上安装了滚动轴承 C.夹克衫的拉链不能流畅地拉动时,在拉链上抹上一点石蜡 D.胶鞋的鞋底上做有花纹 分析:增大摩擦的方法有:(1)增大压力;(2)使接触面变粗糙;(3)变滚动为滑动。此题中A、C选项的作用都是润滑而减小摩擦,B项装上滚动轴承也是减小摩擦。答案:D 6.力与运动
例:跳水运动员在向下压跳板的过程中,压跳板的力的作用效果是使用跳板发生____________,跳板弹起过程中,跳板推运动员的作用效果是使运动员的________发生改变。
分析:力的作用效果有两个:一是改变物体的运动状态;二是改变物体的形状。答案:形变;运动状态
(1)惯性:一切物体都有惯性;物体惯性的大小只跟物体质量大小有关。
例:日常生活中,惯性现象既有利,也有弊,以下属于利用惯性“有利”一面的是()A.赛车在转弯时滑出赛道 C.跳远运动员跳远时助跑
B.高速路上汽车限速行驶 D.人踩到西瓜皮上会滑例
分析:惯性即物体保持原运动状态不变的性质,A项由于惯性赛车滑出赛道是“不利”的;B项是防止汽车因惯性出现交通事故,不是利用惯性;D项因惯性而摔例,是“不利”的,答案:C 典例:下列实例中,属于防止惯性的不利影响是()A.抖落伞上的雨滴 B.拍打衣服时,灰尘脱离衣服D.小型汽车驾驶员驾车时必须系安全带
C.锤头松了,把锤柄的一端在水泥地上撞击几下,使锤头紧套在锤柄上
分析:审题时要注意“防止”“不利”,这是确定答案的依据,A、B、C项都是利用惯性“有利”的一面,因此是不可选的。答案:D(2)力的合成
例:将重为4N的足球竖直向上踢出,足球在竖直向上运动的过程中,如果受到空气阻力
大小为1N,则足球受到的合力大小为_______N。
分析:足球被踢出后,在竖直方向上只受两个力,即重力和阻力,但它们的方向相同。答案:5 典例:作用在同一物体上的两个力,F1=20N, F2=30N, 它们作用在同一直线上,则其合力可能是()A.大小为50N,方向与F1的方向相反 B.大小为50N,方向与F2的方向相反 C.大小为10N,方向与F1的方向相同 D.大小为10N,方向与F2的方向相同
分析:若二力的合力大小等于二力之和,则它们必定同方向,合力方向应与它们的方向相同,因此A-B项不正确,若合力大小等于二力之差,则合力方向必与较大力的方向相同,因此C错误。答案:D(3)力的平衡
例:相同的木块A和B,在同一水平面上分别受水平拉力FA和FB的作用而做匀速直线运动,其速度分别为VA和VB,且VA>VB,则拉力FA和FB的大小关系是()A.FA > FB B.FA = FB
C.FA < FB
D.无法确定
分析:木块做匀速直线运动,因此它们必定受平衡力作用,而木块在水平方向上受拉力和摩擦阻力的作用,即拉力等于摩擦力,因两木块受到的摩擦力相等,所以拉力相等。答案:B 典例:体育课上,小明匀速爬杆,小刚匀速爬绳。以下说法正确的是()A.因为爬杆时手握杆的压力大,所以小明受到的摩擦力一定大 B.因为绳子粗糙,所以小刚受到的摩擦力一定大
C.小明和小刚受到的摩擦力一定相等 D.若小明体重大,则他受到的摩擦力一定大 分析:爬杆或爬绳上升时,竖直方向上只受重力和摩擦力作用,因为匀速上升,所以摩擦力的大小应等于各自的体重。答案:D
二、强化训练
图1-2
1、将细铜丝在铅笔上密绕50圈后,用分度值为1mm 的刻度尺进行测量,如图1-2所示,则细铜丝的直 径是___________cm。
2、科学工作者为了探测海底某处的深度,向海底垂直发射超声波,经过6s收到回波信号,海洋中该处的深度是_________m(声音在海水中传播的速度是1500m/s)。这种方法_________(填“能”或“不能”)用来测量月亮与地球之间的距离,原因是
____________________________。
3.为了控制噪声,人们会从噪声的产生、传播及接收三个环节控制,下列措施中,属于在产生环节控制噪声的是()A.临街的房屋安装隔音玻璃 B.学校附近禁止汽车呜笛 C.在高噪声环境下工作的人戴耳罩
D.在公路两侧设置屏障墙
4.在实验和生活实际中,经常要进行“估测”。下面是小华估测的一些数据,你认为不正确...的是()A.教室里的课桌高约是70cm B.一个中学生的体重约500N C.人正常步行的速度约1.2m/s D.物理课本上表面的面积约为200cm2
图1-3 5.图1-3为甲、乙两辆汽车运动时路程S随时间t变化的图象,从图象可知它们做________运动,_______车的速度大,5s内乙车通过的路程是______m。
6.一个物体只受到两个力的作用,且这两个力的“三要素”完全相同,那么这个物体()A.处于静止状态或匀速直线运动状态 B.一定改变运动状态 C.一定做匀速直线运动
7.摩擦与我们的生活息息相关,下列关于摩擦的说法中不正确的是()...A.利用火柴头与火柴盒之间的摩擦使火柴头燃烧 B.利用货物与传送带之间的摩擦把货物送到高处 C.机器上安装的滚动轴承,它可以使摩擦大大增加
D.气垫船通过船底向下喷气,在船底和水面之间形成一层空气垫,使航行时阻力减小。8.王芳在平直的公路上骑自行车上学,她在加速前进时关于车轮所受摩擦力方向的说法正确的是()A.前后车轮所受摩擦力方向都向后
B.前后车轮所受摩擦力方向都向前
D.一定处于静止状态
C.前轮受摩擦力方向向前,后轮受摩擦力向后 D.前轮受摩擦力方向向后,后轮受摩擦力向前
9.请你设想一下:假如物体没有惯性,我们生活中的现象会有哪些改变?
请你写出两个:(1)_________________________(2)____________________________ 10.用手握住酒瓶,使其口朝上底朝下竖直静止在手中,对此下列说法中正确的是()A.酒瓶能静止在手中,是由于手对酒瓶的握力等于酒瓶的重力
B.酒瓶能静止在手中,是由于酒瓶受到手对它摩擦力的作用 C.手握酒瓶的力增大,瓶子所受到的摩擦力也随之增大 D.酒瓶能静止在手中,是由于手对酒瓶的握力大于酒瓶的重力
动能和势能
教学目标
1.知识与技能
●知道动能势能的概念.
●在探究实验中理解影响动能势能的因素.
●用能量的初步知识理解分析简单的实际问题.
2.过程与方法
●通过观察认识动能势能的存在.
●通过归纳概括得到动能势能的概念.
●在讨论探究实验中总结影响动能势能的因素.
3.情感态度与价值观
●通过探究实验和合作学习,培养学生严谨的科学态度、敢于探索创新的科学精神及交流合作的团队意讽 教学重点与难点
重点:动能和势能的概念;探究影响动能的因素. 难点:势能的概念 教学课时:1时
教学过程:
引入新课
出示斜槽,并演示钢球从斜槽上滚下,在水平桌面上撞击木块,使木块移动了一段距离。让学生分析碰撞过程中,做没做功?
利用学生分析的结果“钢球对木块做了功”引入能量的概念:一个物体能够做功,我们就说它具有能量。可见物理学中,能量和功有着密切的联系,能量反映了物体做功的本领。
不同的物体做功的本领也不同。一个物体能够做的功越多,表示这个物体的能量越大。
新课教学
物体具有能量的形式是多种多样的,以后我们将逐步认识各种形式的能量。刚才的实验中钢球撞击木块能够做功,但若将钢球停靠在木块一侧(边讲边演示),这时的钢球并不能推动木块做功。只有运动的钢球才能推动木块做功。
(1)动能:物体由于运动而能够做功,它们具有的能量叫做动能。
引导学生广泛地列举事例,说明运动的空气、水和各种物体都能够做功,而具有动能。概括出“一切运动的物体都具有动能。”
列举事例说明:运动的物体具有的动能多少不尽相同。如狂风能吹倒大树,而微风只能使树枝摇动。进而通过演示实验,概括出决定物体动能大小的因素。
演示课本图1-1实验,实验可分三步:
①将同一个钢球,从斜面不同高度滚下,让学生观察钢球将木块推动的距 离。木块被推动的距离不同,说明钢球对木块做的功不同。木块被推动得越远,表明钢球的动能越大。实验说明:从不同高度滚下的钢球,具有不同的动能。
②上面的实验表明钢球从较高处滚下时具有的动能大。那么钢球从不同的高度滚下时有什么不同呢?我们可通过观察实验来得到结论。将质量相同的两个钢球,同时从斜槽的最高点和接近斜槽底部的位置释放。从最高点滚下的钢球能在水平槽上追上从接近底部滚下的钢球。实验表明从高处滚下的钢球速度大。从而得到结论:物体的动能与速度有关,速度越大,物体的动能越大。
③换用不同质量的钢球,从同一高度让其滚下,让学生观察钢球推动木块的距离。从而得出结论:运动物体的质量越大,动能就越大。
演示实验之后,总结实验结果:运动物体的速度越大,质量越大,动能就越大。
(2)势能:物体由于运动的原因而具有动能,物体还可能由于其他的原因而具有能量。例如,同学们都玩过用橡皮筋弹射纸弹的游戏,拉长的橡皮筋能给纸弹一个力,并推动纸弹移动一段距离,从而对纸弹做了功。同样拉弯的弓,压缩的弹簧也能够做功,它们都具有能量,这种能量叫做弹性势能,它是由于物体发生弹性形变而具有的能量。
解释弹性形变:物体受到外力作用而发生的形状变化,叫做形变。如果外力撤消,物体能够恢复原状,这种形变叫做弹性形变。列举事例说明物体的弹性形变。如:拉长的弹簧,压扁的皮球,弯曲的钢锯条,上紧的钟表发条等。
利用课本图1-4的实验,阐明物体的弹性形变越大,它具有的弹性势能就越大。为节省课堂时间,课前将两个性质相同弹簧,按照课本图1-4压缩到不同的长度。先后将拉紧弹簧的绳烧断,两次砝码被弹起的高度不同。弹簧压得越紧,放松时它做的功越多,表示它的弹性势能越大。
被举高的重物,也能够做功。例如:举高的铅球,落地时能将地面砸个坑;举高的夯落下时能把木桩打入地里。举高的物体具有的能量叫重力势能。
列举事例说明:物体的质量越大,举得越高,它具有的重力势能越大。如:举起同样高度的铅球和乒乓球,铅球落下时做的功多,具有的重力势能大。铅球举得越高,具有的重力势能就越大。
引导学生讨论树上结的苹果是否具有重力势能?通过讨论使学生理解“一个物体能够做功”的含义。能够做功只是说物体具有了做功的“本领”,但不一定做了功。树上结的苹果虽然没有做功,但只要它从树上掉下来就能做功,所以我们说它具有重力势能。
(3)机械能:让学生分析静止在桌面上的钢球是否具有能量?(具有重力势能)继而让学生分析在桌面上滚动的钢球具有什么能?通过分析得知滚动的钢球既有动能,又有势能。
动能和势能统称为机械能。一个物体既有动能,又有势能,那么动能和势能的和就是它的总机械能。
教学目标:
1、知道能量守恒定律
2、能举出日常生活中能量守恒的实例
3、能用能量守恒的观点分析物理现象 教学重点:理解能量守恒定律
教学难点:能量的转化和守恒;有关能量的计算 教学过程:
一、导入新课
你知道哪些形式的能量?举例说明,看谁说得多。
二、自学提纲
1、举例说明,不同形式的能在一定条件下可以相互转化。
2、记住能量守恒定律,理解它是自然界最普遍最重要的基本定律之一。
三、合作探究
(一)多种形式的能量
机械能、化学能、内能、核能、电能、太阳能、„„
(二)能量的转化和转移
1、能量的转移。特点是能量的形式不变。如冰块吸热熔化
2、能量的转化。特点是能量的形式发生了变化。如摩擦生热。(1)完成“想想做做”
——观察现象,讨论发生了哪些能量转化
——从能量转化的角度,举例说明各种现象之间是相互联系的(2)完成图14.3-1
(三)能量守恒定律
1、完成“想想议议”
2、能量守恒定律:能量既不会凭空消灭,也不会凭空产生,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其他物体,而在转化和转移的过程中,能量的总量保持不变。这就是能量守恒定律。
3、小结:能量的转化和守恒定律是自然界最普遍的、最重要的基本定律之一。
(1)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。
(3)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。
(4)能量守恒定律是人类利用自然的重要武器。纵观人类科学技术进步的历史,也是一部认识能量、利用能量、实现能量转化的历史。从原始人钻木取火,到水能利用;从蒸汽机发明,到电能的利用;从太阳能,到核能的利用。人类总是在认识、利用能源,逐步实现能量的转化。
四、课堂练习
1、能量守恒定律的内容是:
2、写出下列过程的能量转化。
(1)风扇转动: ;(2)光合作用: ;(3)摩擦生热: ;(4)水力发电: ;(5)火箭升空: ;(6)燃料燃烧: ;
3、荡秋千时,每次上升的高度会逐渐减小,下面解释正确的是()A.秋千的机械能减小,内能不变B.只有动能和势能的转化
C.能量在逐渐消失 D.秋千的机械能减小,内能增大,总能量不变
附:板书设计
一、多种形式的能量
二、能量的转化和转移
【综合概述】
本专题各知识点均要求从事例和资料出发,从能源与人类生存和社会发展、能源的开发和利用的角度,认识能源与可持续发展。在学习中要多联系生活,联系实际,多了解各方面的能源开发情况,扩大知识面,通过讨论、分析和交流,提高分析和处理问题的能力,培养可持续发展意识,增强将科学服务于人类的使命感和责任感。
【考点预测】
一、能源的分类
【例题 1 】 下列能源中,属于可再生能源的是()
A.石油
B.水能
C.天然气
D.煤
【解析】 本题考查的是可再生能源的概念。所谓不可再生能源是指不可能在短时期内从自然界得到补充的能源,可再生能源是指可以在自然界里源源不断地得到的能源.石油、天然气和煤等化石能源会越用越少,属于不可再生能源;水能属于可再生能源.答案: B
可供模拟练习的变形试题有: 1.有下列各种能源:A.天然气 B.水能 C.石油 D.核能 E.地热能 F.电能 G.太阳能 H.潮汐能。其中属于不可再生能源的有 ;属于二次能源的有 ;属于化石能源的有。
2.我国将于2006年1月1日开始实施《可再生能源法》.这部法律不仅向人们显示了可再生能源对于未来社会生活的重大意义,同时,也为可再生能源未来的发展指出了更明确的方向.
(1)目前我国常用的能源有煤炭、石油、天然气、风能、水能、核燃料、太阳能等,其中属于可再生能源的是______________________________________________.
(2)与不可再生能源相比,可再生能源的主要优点是:(只要求写出1条)..________________________________________________________________. 3.为改善驻守在南沙某岛礁边防战士的工作、生活条件,今年在岛上安装了太阳能电池板.白天,太阳能电池板给蓄电池充电;晚上,蓄电池为探照灯供电.这样白天与晚上的能量转化形式是()
A.白天:太阳能→内能→电能 B.白天:太阳能→电能→化学能 C.晚上:化学能→电能→太阳能 D.晚上:化学能→电能→化学能 4.下面能源中,属于一次能源的是()
A.地热能
B.潮汐能 C.电能
D.核能
答案:1.ACD F AC 2.(1)风能、水能、太阳能(2)可以从自然界源源不断地获得(可再生);清洁(无污染)等 3.B 4.ABD
二、新能源及其利用
【例题 2 】 关于核能的获得,下列说法中正确的是()
A.核反应堆是原子核裂变时,在极短时间内释放出大量核能的装置
B.当原子核内部发生变化时会释放出巨大的能量,核裂变和核聚变是获得核能的两种方式
C.核电站是使核能转化为内能再通过汽轮发电机转化为电能的装置 D.目前,在核电站的反应堆中发生的是可控制的核聚变
【例题3】出行是人们工作、生活必不可少的环节,出行的工具多种多样,使用的能源也不尽相同,自行车、电动自行车和燃油汽车所消耗能量的类型分别是()
① 生物能 ② 核能 ③ 电能 ④ 太阳能 ⑤ 化学能 A.①③⑤ B.①④⑤ C.①②③ D.①③④
[分析解答]自行车消耗的是人的生物能,电动自行车消耗的是蓄电池的电能,燃油汽车消耗的是内燃机的化学能.可供模拟练习的变形试题有:
1.请你列举核能的一个应用实例 ,再说出一个利用核能可能带来的问题.2.目前直接利用太阳能的途径有两种,一种是把太阳能转化为 能,如用集热器把水等物质加热,这是用 方式增加水等物质的内能;另一种是把太阳能转化为 能,如太阳能电池。
3.关于太阳能以下说法中正确的是()A.太阳能热水器直接利用了太阳能
B.通过光合作用将太阳能转化成了植物的化学能 C.石油、煤的化学能不是由太阳能转化来的 D.太阳能是解决能源问题的重要出路之一
4.太阳能热水器已成为家用热水器的主流,观察并调查太阳能热水器的最大优势是什么?它在安装时与其他热水器有什么不同?
45.有一个伞形太阳灶每分钟每平方米吸收太阳能3.0×10 J,如果它的使用效率为240%,吸热面积为3 m,则此太阳灶的功率是多少?
236.太阳能是个巨大的能源,其总辐射功率为3.8×10 kW,即每秒钟向周围空间辐射19的热量相当于1.3×10 kg标准煤完全燃烧时放出的能量.你能算出这些能量为多少焦?这些能量能使多少吨水的温度从15 ℃升高到55 ℃?(标准煤的热值是3.4×107J/Kg)
答案:1.核电站(核动力、核医学);核污染(核辐射、核泄漏)2.内 热传递 电 3.ABD 4.太阳能热水器最大优点是节约能源.装在室外,并且让太阳能直接照射的地方.2619 5.600 W.16.4.42×10 J 0.26×10t.三、能源与可持续发展
【例题4】农作物的秸秆是一种宝贵的资源,但不少农民在收割后为了方便,在农田里大量焚烧.请你指出大量焚烧秸秆的害处(举两个),________________;______________.【解析】农作物的秸秆是经光合作用吸收了大量的太阳能,所以蕴藏了一定的能量,焚烧掉浪费资源;同时产生大量的二氧化碳等其它废气,所以也污染空气.【例题5】保护环境、节约能源要从我做起,下面的说法中,需要改正的是 A.及时关掉未关紧的水龙头;养成人走灯灭的习惯 B.尽可能用太阳能热水器代替电热水器
C.及时将生活垃圾、废电池装在一起丢弃到垃圾箱中 D.用洗脸水冲厕所;将废报纸、洒瓶等送到废品收购站 可供模拟练习的变形试题有:
1.目前,化石燃料是人类生产、生活的主要能源。随着全球能量使用的增长,化石燃料等不可再生能源将日趋枯竭。世界各国人民的节能意识正在日趋增强,科学家也在开发新能源、研制节能产品、提高化学能的转化效率等方面,做着积极的努力。
请你回答:
(1)有待继续开发、利用的能源有(至少答3种):
。(2)用化学方程式表示出一个由化学能转化为内能的例子:。
(3)生产、生活中存在着化学能和电能的相互转化。请你举出一个在使用中由化学能
转化为电能的例子:。
(4)氢气具有热值高且 的特点,因此被认为是最清洁的燃料。2.乌鲁木齐是全国大气污染最严重的城市之一,每年的10月15日,在长达半年的采暖期内,遍布乌鲁木齐市城区和郊区的成千上万台大大小小的锅炉,便同时炉火升腾,每年都要烧掉800万吨煤炭,向天空排放6万吨烟尘,9万多吨二氧化硫„„分摊到首府200万市民,每人可得到3公斤烟尘、4.5公斤二氧化硫等来自空中的“礼物”,再加上近万辆出租车、公交车排出的尾气„„为此市政府和环保部门付出了很大的努力,出台了许多政策,假如你是环保小卫士,你会提出哪些合理的建议改善这种状况,还省府一片蓝天?(至少答三种)
3.下列关于能源的说法正确的是()A.煤、石油是当今人类利用的主要能源,它们是不可再生能源 B.天然气是一种清洁的能源,人类可以无尽地开发利用 C.如果大量利用太阳能,可能使太阳能在短期内消耗殆尽 D.水能和风能可以从自然里得到,是可再生能源 [分析解答]答案选
4.“能源危机”是当今世界各国共同面临的问题,对此,以下措施可行的是〔 〕 A.人人都要自觉做到节约用水、节约用电、不浪费和人为毁坏物品 B.关闭现有的火力发电站
C.各地都要新建水力和风力发电站
一、教学目标
1.知识目标:
(1)理解和掌握物体跟外界做功和热传递的过程中W、Q、ΔU的物理意义。(2)会确定的W、Q、ΔU正负号。(3)理解热力学第一定律ΔU =W+Q(4)会用ΔU =W+Q分析和计算问题。
(4)理解能量守恒定律,能列举出能量守恒定律的实例;(5)理解“永动机”不能实现的原理。2.能力目标:
在培养学生能力方面,这节课中要让学生理解热力学第一定律ΔU =W+Q,并会用ΔU =W+Q分析和计算问题,培养学生利用所学知识解决实际问题的能力。
3.物理学方法教育目标:
能量守恒定律是自然科学的基本定律之一,应用能量守恒的观点来分析物理现象、解决物理问题是很重要的物理思维方法。
二、重点、难点分析
1.重点内容是热力学第一定律和能量守恒定律,强调能量守恒定律是自然科学中最基本的定律。学会运用热力学第一定律和能量守恒定律分析、计算一些物理习题。
2.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,对学生来说是有难度的。
三、教学方法
教师讲解,课件演示,指导学生看书
四、教具
计算机、大屏幕、自制多媒体课件
五、教学过程(-)引入新课
上节课我们学习了改变内能的两种方式,做功和热传递,那么它们之间有什么数量关系呢?以前我们还学习过电能、化学能等各种形式的能,它们在转化过程中遵守什么规律呢?这节课我们就来研究这些问题。
【板书】第六节
热力学第一定律
能量守恒定律
(二)进行新课
【板书】
一、做功W、热传递Q、内能变化ΔU的物理意义
1.做功:做功使物体内能发生变化,实质是能量的转化,是一种形式的能量向另一种形式的能转化。功是能量转化的量度。
2.热传递:是能量的转移,内能由一个物体传递给给另一个物体,传递的能量用Q表示。
3.内能的改变:是物体内所有分子动能和势能之和发生了变化,宏观表现在温度和体积上的变化。
【板书】
二、W、Q、ΔU正负号的确定
1.W,外界对物体做功,W取正值;物体对外界做功,W取负值。2.Q,物体吸热,Q取正值;物体放热,Q取负值。
3,ΔU,物体内能增加,ΔU取正值;物体减少,ΔU取负值。【板书】
三、W、Q、ΔU之间的关系
一个物体,如果它既没有吸收热量也没有放出热量,那么,外界对它做多少功,它的内能就增加多少.
一个物体,如果它既没有对外做功,也没有其他物体对它做功,那么,它从外界吸收多少热量,它的内能就增加多少.
如果外界既向物体传热又对物体做功,那么物体内能的增加量就等于物体吸收的热量和外界对物体做的功之和.用ΔU表示物体内能的增加量,用Q表示物体吸收的热量,用W表示外界对物体做的功,那么ΔU=Q+W 这个式子所表示的,内能的变化量跟功、热量的定量关系,在物理学中叫做热力学第一定律.
【例题】 一定量的气体从外界吸收了2.6×10J的热量,内能增加了4.2×10J.外界对气体做了多少功?
解
由(1)式得 W=ΔU-Q =4.2×10J-2.6×10J =1.6×10J 外界对气体做的功是1.6×10J. 思考与讨论
上题中,如果气体吸收的热量仍为2.6×10J,但是内能只增加了1.6×10J,计算结果W将为负值.怎样解释这个结果?一般地讲,ΔU、Q、W的正值和负值各代表什么物理意义?
【板书】
四、能量守恒定律
【课件演示】让学生先看几个能量转化的例子(增强感性认识)1.机械能与内能转化过程中能量守恒
(1)运动的汽车紧急刹车,汽车最终停下来。这过程中汽车的动能(机械能)转化为轮胎和路面的内能(假定这过程没有与周围物体有热交换,既不散热也不吸热)。摩擦力做了多少功,内能就增加多少。公式W=ΔE表示了做功与内能变化的关系,这公式也反映出做功过程中,机械能的损失数量恰好等于物体内能增加的数量。
(2)把一铁块放入盛有水的烧杯中,用酒精灯加热烧杯内水,直至水沸腾。在这一过程中,铁块从周围水中吸收了热量使它温度升高,内能增加。这过程中水的一部分内能通过热量传递使铁块内能增加。铁块吸收多少热量,它内能就增加多少。公式Q=ΔE表示吸收的热量与内能变化量的关系,也反映出铁块增加的内能数量与水转移给铁块的内能数量相等。
555555
5一般情况下,如果物体跟外界同时发生做功和热传递过程,那么,外界对物体所做的功W加上物体从外界吸收的热量Q,等于物体内能的增加ΔE,即
W+Q=ΔE 上式所表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系,同时它也反映了一个物体的内能增加量等于物体的机械能减少量和另外物体内能减少量(内能转移量)之和。进而说明,内能和机械能转化过程中能量是守恒的。
2.其他形式的能也可以和内能相互转化
(1)介绍其他形式能:我们学习过机械运动有机械能,热运动有内能,实际上自然界存在着许多不同形式的运动,每种运动都有一种对应的能量,如电能、磁能、光能、化学能、原子能等。
(2)不仅机械能和内能可以相互转化,其他形式能也可以和内能相互转化,举例说明:(同时放映幻灯片)
① 电炉取暖:电能→内能 ② 煤燃烧:化学能→内能 ③ 炽热灯灯丝发光:内能→光能
(3)其他形式的能彼此之间都可以相互转化。画出图表让学生回答分析:
3.能量守恒定律
大量事实证明:各种形式的能都可以相互转化,并且在转化过程中守恒。
能量既不会凭空产生,也不会凭空消失,它只能从一种形式转化为另一种形式,或者从一个物体转移到别的物体;在转化和转移过程中其总量不变.这就是能量守恒定律。
在学习力学知识时,学习了机械能守恒定律。机械能守恒定律是有条件限制的定律,而且实际现象中是不可能实现的。而能量守恒定律是存在于普遍自然现象中的自然规律。这规律对物理学各个领域的研究,如力学、电学、热学、光学等都有指导意义。它也对化学、生物学等自然科学的研究都有指导作用。
4.永动机不可能制成
历史上不少人希望设计一种机器,这种机器不消耗任何能量,却可以源源不断地对外做功。这种机器被称为永动机。虽然很多人,进行了很多尝试和各种努力,但无一例外地以失败告终。失败的原因是设计者完全违背了能的转化和守恒定律,任何机器运行时其能量只能从一种形式转化为另一种形式。如果它对外做功必然消耗能量,不消耗能量就无法对外做功,因而永动机是永远不可能制造成功的。
5.运用能的转化和守恒定律进行物理计算
例题:用铁锤打击铁钉,设打击时有80%的机械能转化为内能,内能的50%用来使铁钉的温度升高。问打击20次后,铁钉的温度升高多少摄氏度?已知铁锤的质量为1.2kg,铁锤打击铁钉时的速度是10m/s,铁钉质量是40g,铁的比热是5.0×10J/(kg·℃)。
首先让学生分析铁锤打击铁钉的过程中能量的转化。
归纳学生回答结果,指出铁锤打击铁钉时,铁锤的一部分动能转化为内能,而且内能中的一半被铁钉吸收,使它的温度升高。如果用ΔE表示铁钉的内能增加量,铁锤和铁钉的质量分别用M和m表示,铁锤打击铁钉时的速度用v表示。依据能的转化和守恒定律,有 5 铁钉的内能增加量不能直接计算铁钉的温度,我们把机械能转化为内能的数量等效为以热传递方式完成的,因此等效为计算打击过程中铁钉吸收多少热量,这热量就是铁钉的内能增加量。因此有
Q=cmΔt 上式中c为铁钉的比热,Δt表示铁钉的温度升高量。将上面两个公式联立,20Mv280%50%24℃ 得出t2cm经计算得出铁钉温度升高24℃。在这个物理计算过程中突出体现了如何应用能的转化和守恒定律这一基本原理。
应该注意,有的同学把上述题目中铁锤打击铁钉过程中的能量转化,说成“铁锤做功转化为热量”是不正确的。只能说做功与热传递在使物体内能改变上是等效的。
(三)课堂小结
热力学第一定律表示的是功、热量和内能之间变化的定量关系;自然界各种形式的能存在着相互转化过程,转化过程中总量是守恒的。能量守恒定律是自然界最基本的物理定律。
同学们要会分析一些自然现象中能是怎样转化的。
应该知道,根据能量守恒定律,永动机是不可能制造成功的。
通过课上的例题计算,学会运用能的转化和守恒定律解决物理问题的方法。
(四)说明
热力学第一定律和能量守恒定律是学生进入高中物理阶段后,第一次完整、细致地学习。此定律对今后学习物理是很重要的一个理论铺垫。教学上要重视,课堂上讲解要细致和透彻。
(五)布置作业
复习本节内容,完成练习六。
课后思考与讨论
有人设计了这样一台“永动机”:距地面一定高度架设一个水槽,水从槽底的管中流出,冲击一个水轮机,水轮机的轴上安装一个抽水机和一个砂轮.他指望抽水机把地面水槽里的水抽上去,这样循环不已,机器不停地转动,就可以永久地用砂轮磨制工件做功了(下图).
请你分析一下,高处水槽中水的势能共转变成哪几种形式的能,说明这个机器是否能够永远运动下去. 阅读材料
高空的气温为什么低
研究大气现象时常常用到热力学第一定律.通常把温度、压强相同的一部分空气作为研究的对象,叫做气团,直径上千米.由于气团很大,边缘部分和外界的热交换对整个气团没有明显的影响,即(1)式中Q=0,所以气团的内能的增减只等于外界对它做功或它对外界做功的多少:
ΔU=W 阳光烤暖了大地,地面又使得下层的气团温度升高,密度减小,因而上升.上升时气团膨胀,推挤周围的空气,对外做功,因此内能减小,温度降低.所以,越 7 高的地方,空气的温度越低.对于干燥的空气,大约每升高1km温度降低7℃(图10-13).
2、 0.2MΩ=_______Ω=______KΩ
3、两条粗细相同,电阻相等的铜导线和镍铬合金线的长度是( )
A.铜导线长些 B.镍铬合金长些
C.一样长 D.无法确定
4、关于导体的电阻,下列说法中正确的是( )
A.导体电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越小
B.导体电阻越大,表示导体对电流的阻碍作用越大
C.导体电阻与电流有关,电流越大导体的电阻越小 D.导体电阻与电流有关,电流越小导体的电阻越大
5、下列说法中正确的是( )
A.导体越长,其电阻越小
B.导体越粗,其电阻越大
C.导体越细,其电阻越大
D.在导体的材料、粗细相同时,导体越长其电阻越大
6、将一根阻值为12Ω的电阻线接入电路中,当开关S闭合时,通过其电流为0.5A,其电阻为___Ω,当开关S断开时,通过其电流为____A,其电阻值是_____Ω.若将这根电阻线均匀地拉长,其电阻值______(变大、不变、变小)
7、一段由若干股组成的铜芯线,当抽去它其中的几股后,这段铜芯线的电阻将( )
A、变大 B、变小
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