师:同学们好,欢迎来到今天的科学课堂。先请大家看一幅图,这是一座房子的温谱图。温谱图采用不同的颜色代表不同的温度,红色代表高温,蓝色代表低温。高温物体与低温物体相比,蕴含的能量较多,所以我们可以根据温谱图颜色的不同,了解它们能量的差异。对于能量,大家可能有点陌生,不过通过本单元的学习,相信大家会对能量有一定的认识。从今天开始,我们来学习第四单元,探究有关能量的知识。在我们身边,有哪些物体具有能量?它们有哪些表现形式?这些能量又让身边的物体发生了哪些变化?带着这些问题,我们先来学习第一课——各种形式的能量。
汽车是一种常见的交通工具,你们见过这两种汽车吗?
生:我知道挂蓝色车牌的是燃油汽车,挂绿色车牌的是电动车。
师:汽车的行驶需要能量,这两种汽车运动的能量分别来自哪里?
生:我知道燃油汽车要加汽油。
师:汽油为什么能让车子动起来?
生:汽油发动机是以汽油作为燃料,将内能转化成动能的发动机。由于汽油粘性小、蒸发快,可以用汽油喷射系统将汽油喷入气缸,经过压缩达到一定的温度和压力后,用火花塞点燃,使气体膨胀做功。汽油机的特点是转速高、结构简单、质量轻、造价低廉、运转平稳、使用维修方便。汽油机在汽车上,特别是小型汽车上大量使用。在相同功率条件下,汽油机的尺寸与质量都较柴油机小,转矩特性好,启动和加速性能较好,运转噪声较低,制造成本较低,因而汽油机的用途很广,在飞机、汽车、快艇、赛车、小型农机、园林机械甚至航模等都大量采用。
师:要使燃油汽车动起来,必须加汽油,这种化学物质所能提供的能量,我们称为化学能。化学能是一种很隐蔽的能量,它不能直接用来做功,只有在发生化学变化的时候才可以释放出来,变成热能或者其他形式的能量。像石油和煤的燃烧、炸药爆炸以及人吃的食物在体内发生化学变化时所放出的能量,都属于化学能。化学能是指储存在物质当中的能量,根据能量守恒定律,这种能量的变化与反应中热能的变化大小相等、符号相反。参加反应的化合物中各原子重新排列而产生新的化合物时,将导致化学能的变化,产生放热或吸热效应。
我们知道了燃油汽车使用的能量来自化学能,那电动车的能量来自于哪里呢?
生:我知道要使电动汽车动起来必须充电,能量来自电能。
师:电能是指使用电以各种形式做功的能力。电能既是一种经济实用、清洁且容易控制和转换的能源形态,又是电力部门向电利用户提供的,由发、供、用三方共同保证质量的一种特殊产品。电能的利用是第二次工业革命的主要标志,从此人类社会进入电气时代。电能是表示电流做多少功的物理量,指电以各种形式做功的能力。电能又分为直流电能、交流电能、高频电能等等,这几种电能均可相互转换。
除了汽车,生活中还有太阳能车和磁悬浮列车,让这些车工作起来的能量来自哪里?请同学们想一想。
生:要使太阳能车动起来,必须有太阳光的照射,能量来自太阳能。
生:要使磁悬浮列车动起来,必须有磁之间的相互作用力,能量来自磁能。
师:太阳能是指太阳内部氢原子发生聚变,释放出巨大核能而产生的,来自太阳辐射的能量。太阳内部高温核聚变反应所释放的辐射能,其中约二十亿分之一到达地球大气层,是地球上光和热的源泉。自地球形成,生物就主要以太阳提供的热和光生存,而自古人类也懂得以阳光晒干物件。在化石燃料减少的情况下,人们才有意把太阳能进一步发展。太阳能的利用有被动式利用和光电转换两种方式。太阳能发电是一种新兴的可再生能源,广义上的太阳能是地球上许多能源的来源,如风能、化学能、水的势能等等。目前人类直接利用太阳能还处于初级阶段,主要有太阳能集热、太阳能热水系统、太阳能暖房、太阳能发电、太阳能无线监控等方式。目前太阳能的利用还不是很普及,利用太阳能发电还存在成本高、转换效率低的问题,但是太阳能确实是一种很好的且无污染的可利用资源。
你们坐过磁悬浮列车吗?这种列车每小时能行驶500千米,比小汽车要快上六七倍呢。它最好玩的地方在于悬浮,车身不与轨道接触,像坐着飞毯的阿拉丁一样悬浮着前进。磁悬浮列车是利用磁铁同性相斥的原理来设计的,是磁能的一项超酷应用。
通过刚才的讨论,我们了解到各种各样的车子运动起来依靠的是能量。车子运动所需的能量主要来源于化学能、太阳能、电能、磁能等。这些都是能量的不同表现方式,尽管能量表现形式各不相同,但它们其实都可以转化为一种新的能量形式——机械能。正是由于机械能,车子才运动了起来。
水刀又叫高压水射流切割技术,利用高压让水快速喷出,获得巨大的能量,不但能够做手术,还能切割玻璃、陶瓷、金属。像水流这种由于运动而具有的能量叫动能。高速射出的子弹、行驶中的动车、奔跑起来的运动员,动能都很大。就像“弯弓射大雕”,你们还学会举一反三了,哈哈。
