(物理选修1-2)讲义教案

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1、高二物理新教材培训专题讲义按住Ctrl键单击鼠标打开教学视频名师讲课播放能量守恒与能量耗散北京教育学院　　吴剑平教学目标：了解热一律与热二律的知识背景，知道与能量教学有关的基本物理观念和方法；初步掌握热二律两种表述的形成途径及教学展示方法；熟悉热一律与热二律知识的跨学科应用的一些典型案例，树立正确的能源价值观。教学内容：（1）围绕“能量守恒定律”的几个基本认识问题；（2）热二律引发的深层思考；（3）“热二律”一节的教材分析与教学建议。教学时数：8课时教学手段：以讲授为主的课堂专题讨论，全部采用多媒体教学。引

2、言能量是物质运动的一种量度，是人们认识客观世界的主要对象之一。19世纪中期发现的能量守恒定律表明能量是个守恒量，它可以由一种形式转化为另一种形式。能量守恒定律深刻地揭示了各种形式能量的相互联系和自然界的统一性，被恩格斯称为伟大的运动基本定律，19世纪自然科学三大发现之一。“能量守恒定律”在高二新教材中是作为B类要求出现，其内容虽变化不大，但因教材新增加“热力学第二定律”一节，而使整个能量单元教学大为改观。为什么要在中学阶段引入热二律？这样做对认识“能量守恒定律”有什么好处？对改进现有物理教学理念有何现实意义

3、？此外，热二律在大学物理也属于教学难点，中学教师作为首次接触，相对比较陌生。如何正确理解热二律实质与教材要求，怎样按新课程标准设计教案和实施教学？为解决上述问题，本专题拟以热一律和热二律涉及的几个基本问题为主线，深入探讨能量单元教学的知识背景，并在这个基础上提出一些可供教学使用的探究性案例。专题的最后附有两个笔者专门设计的详尽教案，希望能作为教师进一步研讨的素材。一、围绕“能量守恒定律”的几个基本认识问题能量守恒定律的发现以及能量概念的形成经历了漫长的历史过程，它是人类在生产实践和科学实验的基础上对自然界的

4、运动转化长期认识的结果。从研究机械能守恒到得出广义的能量守恒定律其间经历了大约一百五十年的孕育时期。如此漫长的观念形成过程，一方面为我们认识能量守恒定律提供丰富而坚实的知识背景，另一方面也因沿袭历史上一些习惯性称谓而带来某些理解上的困惑。下面我们力求以当代物理学的视角，全面审视与能量守恒定律教学相关的一些概念内涵。（一）能量守恒定律与“热一律”的差异一般物理教科书总是在给出“热一律”后，直接推广到能量守恒定律。35尽管后者在具体的定量表述中与热一律等价，有些教科书也常把两者直接等同。一般而言，把热现象规律视

5、为普适规律并无大错，但细究起来，两者之间还是有些微差异，这些差异更多地体现在相对论与量子力学有关能量内涵的揭示上。1.热一律与能量守恒定律之所以具有等效性，在于：（1）几乎所有真实的宏观物质运动或事件演化都涉及不可逆过程，因而它们都必然直接或间接与热现象有关，这与能量对一切物质运动的量的描述在普适上是一致的；（2）两者都从能量传递与转换特定的可测量角度，表述系统内能变化与过程中被转移的能量的关系，即△U=Q+W，这就抹平了一般性系统与作为热学系统的固有能量表述的差异。2.尽管“能量”概念是在力学和热学研究基

6、础才逐步形成和完善，但“能量”概念对刻画物质存在和运动而言更为基本，在现代物理学中，“能量表象（表示方式）”优于“力学表象”及其它表象形式，因此可以这样概括两者的关系：热一律是基于能量守恒定律实验所确认的与热现象有关的基本热学原理；而能量守恒定律则是广义的热一律，其数学表达取热一律的推广形式：△E=Q+W广义。式中W广义为外界对系统作的广义功，△E为系统一切形式能量的增量，既包括系统内一切形式的内能，也包括系统整体的机械能。3.热一律适用的热学系统是指“由大量无规则运动的微观粒子组成的宏观物质”，即“大量无

7、规则运动的微粒实物”或“热辐射场（一种电磁场，其微粒为光子）”；能量守恒定律则适合任何系统（无论是大量粒子还是少量粒子体系），任何过程（宏观过程与微观过程）。即使以热形式出现的内能部分不存在，但能量守恒仍成立。4.能量守恒定律是与物质及运动不灭原理相联系。由于物质及运动不灭，才导致系统运动量的不变，反之亦然。然而，一定的物质形态总是对应一定的结合能，因此系统的能量还应包括一切实物粒子所具有的结合能以及量子力学所确认的零点能。在系统能量传递与转化过程中，系统中静止质量不为零的实物粒子可以被消灭，成为某种静止质

8、量为零的场粒子，即质能互换，E=M0C2，但系统的总能量仍守恒，从这点意义上讲，能量守恒定律可更名为物质与能量的转换和守恒定律，因而，在概括物质及其运动的基本特征上，与热一律相比，能量守恒定律属于更高层次的认识。（二）能量守恒定律（热一律）涉及物理量的概念界定1.能量“能量”一词源于力学，最初被称为“活力”。1801年，托马斯·扬首先提出以“能”代替“活力”，但很长一段时间能量仍是借助力学或热学测量方法来定义的，