C能的轉(zhuǎn)化的方向性能源開發(fā)

1、第七章 C 能的轉(zhuǎn)化的方向性 能源開發(fā)一、教學任務分析本節(jié)內(nèi)容主要包括自然過程的方向性、能源及能源種類、能源危機及環(huán)境問題等，是對之前能的種類、能量的轉(zhuǎn)化和守恒等學習內(nèi)容的深化、總結和應用。本節(jié)內(nèi)容的學習對學生認同科學規(guī)律、建立社會責任感有重要的意義。學習本節(jié)內(nèi)容需要有能的概念、能的分類、能的轉(zhuǎn)化、能量守恒定律、熱傳遞、分子熱運動以及相應的化學方面的知識基礎。本節(jié)教學可以分為“能的轉(zhuǎn)化方向性”，“能源及能源的利用”兩大主要環(huán)節(jié)，宜采用問題引導、學生討論思考的方式展開教學，如“既然能量守恒，為什么還會產(chǎn)生能源危機”、“如何更好的利用能源”等。教學可以通過創(chuàng)設情境開始，提出問題，接著進行“自然過程

2、的方向性”、“能的耗散與退化”的學習，從而解決部分問題，然后轉(zhuǎn)入“能源及能源的利用”環(huán)節(jié)的學習，通過對能源的種類、能源的使用狀況、常規(guī)能源使用造成的環(huán)境問題的了解，最終解決提出的問題。在教學的過程中應注重設置一些活動，展示一些資料或?qū)W生收集一些資料來加強學生的直觀感受，使學生認識能源的利用過程實質(zhì)上是能的轉(zhuǎn)化和傳遞過程而非創(chuàng)造能量，意識到節(jié)能、開發(fā)新能源和環(huán)境保護的迫切性。二、教學目標1知識與技能（1）知道能源及其種類。知道一些新型能源。（2）知道自然過程的方向性。知道能量的耗散和退化。2過程與方法（1）通過解決“自然過程方向”的探討，感受歸納的一般方法。（2）通過全班同學搜集、分析資料，交流

3、討論等活動，經(jīng)歷探究的一般過程。3情感、態(tài)度與價值觀（1）通過了解能源的現(xiàn)狀，懂得節(jié)能的意義，增強自覺節(jié)能的意識。（2）通過自然過程方向性的學習，從能量轉(zhuǎn)化的角度感悟尊重事實、遵循科學規(guī)律的重要性。三、教學重點和難點重點：增強開發(fā)新能源、節(jié)約能源和保護環(huán)境的意識。難點：了解認同自然過程的方向性四、教學器材和課件“太陽塔”演示錄像；“氣體擴散的方向性”課件；“環(huán)境問題”相關圖片。五、教學設計思路本教學設計以澳大利亞政府決定建造“千米太陽塔”的報道引入，引導學生關于“澳政府為什么決定建造該塔”展開討論，在學生討論的基礎上，歸納出世界面臨能源危機、使用新能源可以減少對環(huán)境污染的兩點中心思想。接著進入

4、能源及其種類的學習，這部分知識，學生在初中物理以及其他學科已多次接觸到，可以讓學生完成自主活動，簡單帶過。在了解能源現(xiàn)狀后，提出 “既然能量守恒，為什么還會產(chǎn)生能源危機”的問題，過渡到“自然過程的方向性”的學習，在此基礎上進一步學習“能的耗散與退化”，從而解決上述提出的問題。同時提出“如何更好的利用能源”的問題，在分析“各種交通工具的效率”、“一輛在高速公路上勻速行駛的小汽車內(nèi)典型的能量流動”兩份資料的基礎上，引導學生提出“節(jié)能”與“提高能量利用率”最后，以實際資料分析能源與環(huán)境問題，得出“常規(guī)能源的大量消耗帶來了諸多環(huán)境問題”，解決這個問題，要靠新能源的開發(fā)和利用。本設計要突出的重點是：增強

5、開發(fā)新能源、節(jié)約能源和保護環(huán)境的意識。方法是：以具體翔實的資料和數(shù)據(jù)，引導學生分析，加強學生切身體會，增加學生社會責任感，從而突出重點。本設計要突破的難點是：自然過程方向性。方法是：這部分涉及的是“熱力學第二定律”、“熵”的內(nèi)容，但這部分內(nèi)容在基礎型課程教學時不宜直接出現(xiàn)，且過渡展開。因此實際處理中，通過教師展示單項過程以及學生自己舉例，然后進行歸納得出結論。完成本設計的內(nèi)容約需2課時。六、教學流程 1、教學流程圖 情景“太陽塔”問題1活動活動1能源及其種類活動活動2問題問題2、3、4活動活動3自然過程的方向性能量的耗散與退化問題問題5活動活動4問題設問2活動活動5鞏固練習節(jié)能提高能源利用率開

6、發(fā)新能源2、對流程圖的說明情景 千米太陽塔播放太陽塔演示錄像，提出問題1：澳政府為什么決定建造太陽塔。活動 閱讀、討論活動1：閱讀課文關于“太陽塔”的介紹，就問題1展開討論?；顒?填表活動2：按照表給出的能源分類法，填寫能源名稱。問題 設問1 ：既然能量守恒，為什么還會有能源危機？問題 問題2：關于海水降溫發(fā)電的計算問題3：將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？問題4：電工冰箱工作過程的實際情況與熱傳遞的方向性是否矛盾？活動 舉例活動3：列舉幾個自然界和日常生活中具有“方向性”過程的例子？活動IV 分析、應用活動4：結合圖示，說明汽車行駛時，燃燒汽油釋放的化學能通過哪些途徑轉(zhuǎn)化成了周圍

7、環(huán)境的內(nèi)能？問題 設問2 ：如何更好地利用能源？活動V 分析、討論活動5：分析資料1、資料2，討論如何更好的利用能源。3、教學的主要環(huán)節(jié) 本設計可分為五個具體的教學環(huán)節(jié)：第一環(huán)節(jié)，情景引入。第二環(huán)節(jié)，能源及能源種類。第三環(huán)節(jié)，自然過程的方向性，能源的耗散與退化。第四環(huán)節(jié)，能源的利用與開發(fā)。第五環(huán)節(jié)：鞏固練習。七、教案示例 情景導入情景 播放澳大利亞預建“太陽塔”的演示錄像。問題1 人們?yōu)槭裁匆度刖薮蟮娜肆臀锪ㄔ臁疤査蹦?？活? （1）閱讀教材上關于“太陽塔”的介紹；（2）學生就問題1開展討論。經(jīng)過學生的討論、回答后，著重突出兩點意見：世界面臨能源危機；使用新能源可以減少對環(huán)境的污染。

8、 教學內(nèi)容（一）能源及能源的種類1、能源【板書】（或投影）能夠提供可利用能量的物質(zhì)資源叫做能源。2、能源分類活動2 按照下表給出的能源分類法，填寫能源名稱。類別一次能源二次能源新能源常規(guī)能源3、世界能源的資源狀況及消耗種類比例能源已探明儲量可開采年限石油1.36×1011t3040年天然氣1.38×1014m35060年煤2×1011t約300年分析上圖表，我們可知我們面臨著嚴峻的能源危機問題！設問1 之前我們學習了能量守恒定律，既然能量守恒，為什么還會有能源危機？（二）自然過程的方向性問題2 在初中我們學過當物體升高或降低溫度時，就要吸收或放出熱量，并且熱量計算

9、的公式為：Qcmt，那么，現(xiàn)在我們計算一下這樣一個問題：地球上有大量的海水，它的總質(zhì)量約為1.4×1018t，如果這些海水的溫度降低0.1，將要放出多少焦耳的熱量？若三峽水電站一年發(fā)電量為500億千瓦時，則相當于幾個三峽水電站一年的發(fā)電量？（海水的c4.2×103J/kg）同學計算：Q 4.2×103×1.4×1018×103×0.1 J 5.8×1023J； n 3.2×106（個）這相當于320多萬個三峽水電站一年的發(fā)電量，且不違背能量守恒定律，為什么人們不去研究這種“新能源”呢？因為，在自然界中這樣

10、做是不可能的。1、熱傳遞的方向性問題3 將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？同學回答：鐵塊的溫度降低，水的溫度升高，最終兩者溫度相同。兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，結果使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高。誰見過這樣的現(xiàn)象：將燒紅的鐵塊投入水中，結果鐵塊溫度更高，水的溫度更加低。 也就是說，誰也沒有見過：熱量會自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，使低溫物體的溫度越來越低，高溫物體的溫度越來越高。這里所說的“自發(fā)地”指的是沒有任何外界的影響或幫助?！景鍟浚ɑ蛲队埃醾鲗У倪^程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發(fā)地進行，但是向相反方向卻不能自發(fā)地進

11、行。要實現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其它變化。問題4 電工冰箱工作過程（熱量從冰箱內(nèi)的低溫區(qū)傳遞到外界溫度較高的空氣中）的實際情況與上述說法是否矛盾？同學回答：不，因為電冰箱消耗了電能。這是因為電冰箱消耗了電能，對制冷系統(tǒng)做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了。這個過程不是自發(fā)進行的，它引起了其他變化，即消耗了電源的電能。因此它與上述說法不矛盾。2、機械能和內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化的方向性一個在水平地面上運動的物體，由于克服摩擦力做功，最后總要停下來，在這個過程中，物體的動能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使物體和地面的溫度升高。有人提出這樣一種設想，發(fā)明一種裝置，

12、用它把物體與地面摩擦所生的熱量都吸收過來并對物體做功，將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動能，使因摩擦停止運動的物體在地面上重新運動起來，而不引起其它變化。這是一個非常誘人的設想，這種設想并不違反能量守恒定律，如果真能造出這樣的裝置，那么，我們的“能源問題”也就解決了。其實人們?yōu)橹圃爝@類裝置作出了各種努力，最終是失敗了。這類裝置不可能制成，因為：【板書】（或投影）機械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過程具有方向性，機械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機械能，同時不引起其它變化。3、其他過程的方向性活動3 列舉幾個自然界和日常生活中具有“方向性”過程的例子？同學回答：【課件演示】 氣體擴散的方向性【板書】（或投影）自然過

13、程的方向性：大量的事實表明，自然界中的一切實際變化過程都具有方向性，朝某個方向的變化是可以自發(fā)發(fā)生的，相反方向的變化確是受到限制的。這時如果要使變化了的事物重新回復到原來的狀態(tài)，一定會對外界產(chǎn)生無法消除的影響，這就是自然界的不可逆性。（三）能量的耗散與退化根據(jù)前面的討論，我們知道將內(nèi)能從物質(zhì)中取出，使它轉(zhuǎn)化為機械能時，總有一部分要散發(fā)到溫度較低的環(huán)境中。只有部分內(nèi)能成為有用的機械能，另一部分成了“廢品”。從這個意義上說，內(nèi)能是一種低品質(zhì)的能?！景鍟浚ɑ蛲队埃┝魃⒌膬?nèi)能無法重新收集起來加以利用的現(xiàn)象，稱為能量耗散。比如：電池中的化學能轉(zhuǎn)變成電能，電能又在燈泡中轉(zhuǎn)成光能，光被墻壁吸收之后，變成周

14、圍環(huán)境的內(nèi)能；火爐把屋子烤暖，這時高溫物體的內(nèi)能變成低溫物體的內(nèi)能。沒有“外界的幫助”這些散失的能量永無法重復利用。活動4 結合下圖說明，汽車行駛時，燃燒汽油釋放的化學能通過哪些途徑轉(zhuǎn)化成了周圍環(huán)境的內(nèi)能？同學回答：化學能變成了氣缸內(nèi)氣體的內(nèi)能，一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為汽車的動能，另一部分散失到周圍的環(huán)境中成為環(huán)境的內(nèi)能汽車的動能通過摩擦轉(zhuǎn)化為環(huán)境的內(nèi)能氣缸內(nèi)氣體的內(nèi)能還有一部分通過汽車發(fā)電機轉(zhuǎn)化為蓄電池內(nèi)的化學能，使用蓄電池時這部分化學能轉(zhuǎn)化為電能又通過車燈轉(zhuǎn)化為光能，光照到地面空氣，轉(zhuǎn)化為環(huán)境的內(nèi)能設問2 至此，我們就知道了雖然能量是守恒的，但我們?nèi)悦媾R著能源危機的原因！在這種情況下，我們應思考，

15、如何更好地利用能源？（四）能源的利用資料1 各種交通工具的效率交通工具人·公里/升私家小轎車（平均乘坐1.15人）7商業(yè)航空飛機14合伙用車（平均乘坐4人）25公共汽車32城市間火車60步行178*自行車642*將食物的卡路里數(shù)折合汽油容積資料2 一輛在高速公路上勻速行駛的小汽車內(nèi)典型的能量流動活動5 根據(jù)資料1、資料2，討論如何利用能源面對當前的能源危機問題，我們應當節(jié)能，同時利用科技進步提高能源利用率。（五）能源與環(huán)境常規(guī)能源的大量消耗帶來了諸多環(huán)境問題：溫室效應、酸雨、光化學煙霧問題5 煤、石油、天然氣等能源能以熱的形式提供人類所需能量試以它們各自的主要成分C、CnH2n+2、

16、CH4為代表，寫出它們充分燃燒時的化學反應方程式，并指出它們?nèi)紵龝r，哪一種產(chǎn)生的溫室效應氣體（CO2）少？同學回答： 質(zhì)量相同的燃料，CH4產(chǎn)生的溫室氣體最少。 解決常規(guī)能源帶來的環(huán)境問題，要靠新能源的開發(fā)和利用。 鞏固練習1、對下列過程判斷正確的是（ ） A電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能 B在火力發(fā)電機中，燃氣的內(nèi)能能全部變?yōu)殡娔?C熱機中，燃氣內(nèi)能不可能全部變?yōu)闄C械能D在熱傳導中，熱量有可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫度物體答案：C2、據(jù)中國環(huán)境報報道：從一份科技攻關課題研究結果顯示，我國酸雨區(qū)已占國土面積的40以上，研究結果還表明，我國農(nóng)業(yè)每年因遭受酸雨而造成的經(jīng)濟損失高達15億多元。為了有效控制酸雨，目前國務院已批準酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)劃分方案等法規(guī)。（1）在英國進行的一項研究結果表明：高煙囪可有效地降低地面SO2 濃度在20世紀的6070年代的10年間，由發(fā)電廠排放的SO2增加了35，但由于建造高煙囪的結果，地面濃度降低了30之多。請你從全球環(huán)境保護的角度，分析這種作法是否可??？說其理由。_（2）用傳統(tǒng)的煤、石油做燃料，其主要缺點是什么？（3） 水能可以用來發(fā)電，為人類提供清潔能源若某水電站的平均流量為 Q(m3/s)，落差為h(m)，發(fā)電效率為 ，則發(fā)電機組的輸出電功率約為多少？ 答案：（1）不可取，因為SO2 的排放總量并沒有減少，進一步形成的