高中物理人教必修三12.4 能源與可持續(xù)發(fā)展教案

1、能源與可持續(xù)發(fā)展【教學(xué)目標(biāo)】1理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。2通過對生活中能量轉(zhuǎn)化的實例分析，理解能量守恒定律的確切含義。3了感知我們周圍能源的耗散，樹立節(jié)能意識。【教學(xué)重難點】1能量守恒定律的內(nèi)容。2理解能量守恒定律的確切含義?！窘虒W(xué)過程】一、新課教學(xué)（一）能的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化1教室列舉生活中能量轉(zhuǎn)化的例子（1）化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能 （2）風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能 （3）重力勢能轉(zhuǎn)化為電能 （4）電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能 （5）電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能 （6）太陽能轉(zhuǎn)化為電能 （7）光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能 （8）化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能 【練習(xí)】指出下列現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移情況：（1）人在跑步時，身體發(fā)熱（ ）化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)

2、能（2）風(fēng)吹動帆船前進(jìn)（ ）風(fēng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)移到帆船上（3）放在火爐旁的冷水變熱（ ）內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移給水（4）電流通過燈泡，燈泡發(fā)光（ ）電能轉(zhuǎn)化為光能（5）植物進(jìn)行光合作用（ ）光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（二）能量守恒定律通過上面的練習(xí)，我們可以總結(jié)得出：（1）能量轉(zhuǎn)移：能量的形式?jīng)]改變（2）能量轉(zhuǎn)化：能量的形式發(fā)生變化無論能量發(fā)生轉(zhuǎn)移還是轉(zhuǎn)化，總能量保持不變。1能量守恒定律：能量既不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，而在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中，能量的總量保持不變。在歷史的長河里，物理規(guī)律從來都是經(jīng)過不斷的試錯和摸索得來的，在此之前人們認(rèn)為有永動機(jī)存在

3、，它不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功。人們把這種不消耗能量的永動機(jī)叫第一類永動機(jī)。 在這個過程中，還設(shè)計了很多不同類型的永動機(jī)。2事實和理論都證明永動機(jī)是不可能制成的永動不可能制成的原因：根據(jù)能量守恒定律，任何一部機(jī)器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而不能無中生有地制造能量，因此第一類永動機(jī)是不可能制成的。1718世紀(jì)許多機(jī)械專家就已經(jīng)論證了永動機(jī)是不可能的法國科學(xué)院在1775年就正式?jīng)Q定，不再研究和試驗任何永動機(jī)。3能量守恒定律的意義：（1）能量守恒定律同生物進(jìn)化論、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)被恩格斯譽為19世紀(jì)的三個最偉大的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。（2）能量守恒定律是在無數(shù)實驗事實的基礎(chǔ)上建立起來的，是

4、自然科學(xué)的普遍規(guī)律之一。（3）自然界一切已經(jīng)實現(xiàn)的過程都遵守能量守恒定律。凡是違反能量守恒定律的過程都是不可能實現(xiàn)的，例如“永動機(jī)”只能以失敗而告終。（4）機(jī)械能守恒定律只是能量守恒定律的特例?！纠}1】下列對能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認(rèn)識正確的是（ ）A.某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加B.某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加C.不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機(jī)器永動機(jī)是不可能制成的D.石子從空中落下，最后靜止在地面上，說明機(jī)械能消失了【例題2】一個物體沿粗糙斜面勻速滑下，則下列說法正確的是（ ）A.物體機(jī)械能不變，內(nèi)能也不變B.物體機(jī)械能減小，內(nèi)能不變C.物體機(jī)械能減小，

5、內(nèi)能增大，機(jī)械能與內(nèi)能總量減小D.物體機(jī)械能減小，內(nèi)能增大，機(jī)械能與內(nèi)能總量不變（三）能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性教師拋出問題：既然能量是守恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約能源？師生活動1：活動要求：根據(jù)給定器材設(shè)計活動，使能量發(fā)生轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移；思考并記錄：活動的目標(biāo)是什么、使用了何種能源、能量轉(zhuǎn)化過程怎樣、能量最終去了哪里？第1組：長木板 彈簧 小車第2組：干電池 導(dǎo)線 小電珠 開關(guān)第3組：高功率紅外燈 電動機(jī) 小型葉片（或者蜂鳴器）第4組：電吹風(fēng) 電動機(jī) 小型葉片第5組：臉盆 水 水車教師提問：現(xiàn)在請各小組派一代表來說一下你們這組的活動目標(biāo)是什么？利用什么能源？能量的轉(zhuǎn)化情況如何？學(xué)生回答：略

6、師生總結(jié)：（1）雖然我們的器材不同、使用的能源不同，但是能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中都完成了目標(biāo)，因此能源的利用本質(zhì)就是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移；（2）所有的能量最終“歸宿”都為內(nèi)能。教師提問：那你們感受到了內(nèi)能嗎？學(xué)生回答：沒有教師提問：為什么？學(xué)生回答：能量太小了教師提問：那為什么當(dāng)它是機(jī)械能、水能、化學(xué)能其他形式的時候我們能感知到了呢，難道能量不守恒了嗎？學(xué)生回答：守恒教師提問：那是為什么？學(xué)生回答：（引導(dǎo)回答）那是因為環(huán)境太大，內(nèi)能分散到各個角落都有可能，無序度高；教師提問：那我們有沒有辦法把散發(fā)在空氣的所有內(nèi)能收集回來，比如重新讓你們的燈泡發(fā)光、葉片旋轉(zhuǎn)、小車運動起來呢？學(xué)生回答：不能教師總結(jié)：

7、不管何種形式的能源，其能量最終“歸宿”都為內(nèi)能，燃料燃燒時一旦把自己的熱量釋放出去，它就不會再次自動聚集起來供人類重新利用，電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能，它又通過燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)吸收后變?yōu)橹車h(huán)境的內(nèi)能，我們無法把這些內(nèi)能收集起來重新利用。這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。教師展示一座房屋的紅外線照片可以看出，由于取暖和使用電器，室內(nèi)溫度比室外高。熱量散失到室外后，不能回收重新利用。教師提問：能量耗散與能量守恒是否矛盾，該怎樣理解？教師總結(jié)：能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的過程中，即在能量的轉(zhuǎn)化過程中，能量在數(shù)量上并沒有減少。但是可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用變

8、為不便于利用了。這是節(jié)約能源的根本原因。這說明能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過程的方向性。教師提問：我們手拿著冰塊，內(nèi)能是誰轉(zhuǎn)移給誰？冰塊能夠?qū)?nèi)能轉(zhuǎn)移給手嗎？學(xué)生回答：不能教師總結(jié)：內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不會自發(fā)的由低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移。師生活動2教師提問：同學(xué)們當(dāng)內(nèi)能向其他形式能量轉(zhuǎn)化時，是否無條件全額地轉(zhuǎn)化呢？演示實驗：溫差熱機(jī)發(fā)電得出結(jié)論：要使葉片轉(zhuǎn)動，前提條件必須與環(huán)境存在溫度差，第二內(nèi)能也會自發(fā)地向低溫環(huán)境傳遞熱量，因此內(nèi)能不能百分之百的轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。能量耗散實際上也是品質(zhì)降低的過程。教師提問：對于一個國家，主要能源來自化石能源，如石油、

9、天然氣、煤炭等，主要的發(fā)電形式也是火力發(fā)電，過渡使用能源將會出現(xiàn)什么問題？學(xué)生回答：能源危機(jī)和環(huán)境問題。穿插介紹：能源危機(jī)引發(fā)一個國家的能源掠奪、經(jīng)濟(jì)的震蕩；圖片展示：介紹環(huán)境問題和引發(fā)的危害（1）溫室效應(yīng)大量燃燒石油、煤炭、天然氣等產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w，增大了大氣中二氧化碳的含量，由于二氧化碳對長波的輻射有強(qiáng)烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一樣，只準(zhǔn)太陽光的熱輻射進(jìn)來，不讓室內(nèi)長波熱輻射出去，使地球氣溫上升，這種效應(yīng)叫溫室效應(yīng)。溫室效應(yīng)使兩極的冰雪融化，海平面上升，淹沒沿海城市，使海水倒流入河流，從而使耕地鹽堿化。（2）酸雨酸雨是指pH小于5.6的雨、雪或其他形式的大氣降水。形成酸雨的主要原因是燃

10、燒煤炭和石油，以及工業(yè)生產(chǎn)等釋放到大氣中的二氧化硫和氮氧化物，通過化學(xué)反應(yīng)分別轉(zhuǎn)化為硫酸和硝酸，混入雨水和雪水中，使其酸度增加。同時，酸雨的形成還與大氣中其他許多堿性物質(zhì)如飛灰中的氧化鈣、土壤中的碳酸鈣等與酸發(fā)生中和反應(yīng)有關(guān)。酸雨對人類是有害的，首先危害人體健康：由于酸雨可溶解空氣及土壤中的重金屬粒子，使其變成對人體有害的金屬，人飲用了這種水就能誘發(fā)各種疾??；其次，使土壤酸度增加從而危害植物的正常生長，使土壤沙化；河流湖泊酸化后就影響水生物及魚類的生長等，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境；再者酸雨是強(qiáng)腐蝕劑，能腐蝕建筑材料。（3）化學(xué)煙霧內(nèi)燃機(jī)工作時的高溫使空氣中和燃料中的多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氮氧化合物

11、和碳?xì)浠衔?。這些化合物在大氣中受到紫外線的照射，產(chǎn)生二次污染物質(zhì)一化學(xué)煙霧。這些物質(zhì)有毒，能引起人的多種疾病。（四）能源的分類與應(yīng)用教師提問：同學(xué)們面對這樣血淚控訴的環(huán)境問題，面將即將消耗殆盡的化石能源，面對人類的發(fā)展離不開能源，我們該怎么辦？學(xué)生回答：略師生共同總結(jié)：可持續(xù)發(fā)展之路的舉措舉措一：開發(fā)新能源1.分類：（1）從人類開發(fā)能源的歷史劃分常規(guī)能源：如煤、石油、天然氣、水能等新能源：如核能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、海洋能等?）從使用分類一次能源：如煤、石油、天然氣、水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋能等二次能源：如電能、氫能、焦炭等（3）從能否再生分類可再生能源：如水能、風(fēng)能、潮汐能等不可再生

12、能源：如石油、煤等（4）從對環(huán)境的影響分類清潔能源：如太陽能、風(fēng)能等非清潔能源：如煤、石油、天然氣等2.新能源特點的討論（從使用前儲存量、使用時安全經(jīng)濟(jì)、使用后對環(huán)境無污染等考慮）圖片展示各種新能源的作用。（1）太陽能：有直接加熱物體的太陽能熱水器、太陽灶，有利用半導(dǎo)體材料把太陽能轉(zhuǎn)化為電能的太陽能電池等，主要問題是只能白天工作，還要受天氣影響，會妨礙大規(guī)模使用太陽能，要研究儲存太陽能的方法。（2）水能：水能有巨大的開發(fā)潛力，可開發(fā)梯級電站。（3）核能：是一個巨大的能源，通過原子反應(yīng)堆進(jìn)行核發(fā)電，主要應(yīng)注意核泄漏、控制核污染。（4）風(fēng)能：為了增加風(fēng)力發(fā)電的功率，通常把很多風(fēng)車建在一起，稱為“風(fēng)

13、車田”。我國的新疆。內(nèi)蒙古等地已經(jīng)開始大規(guī)模利用風(fēng)力發(fā)電。舉措二：節(jié)約能源提問學(xué)生：在生活中你如何做到節(jié)能？強(qiáng)調(diào)節(jié)能從此時此刻此地自我做起。同時提醒學(xué)生在使用能源時，更要做到提高能源的使用率。舉措三：減少污染物的排放【例3】下列對能量耗散的理解正確的有（ ）A能量耗散說明能量在不斷減少B能量耗散遵守能量守恒定律C能量耗散說明能量不能憑空產(chǎn)生，但可以憑空消失D能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀過程具有方向性【例4】關(guān)于“溫室效應(yīng)”，下列說法正確的是（ ）A太陽能源源不斷地輻射到地球上，由此產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”B石油和煤炭燃燒時產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，由此產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”C“溫

14、室效應(yīng)”使得地面氣溫上升、兩極冰雪融化D“溫室效應(yīng)”使得土壤酸化（五）能源與社會發(fā)展教師介紹能源的使用與社會發(fā)展的緊密關(guān)系：人類利用能源大致經(jīng)歷了三個時期，即柴薪時期，煤炭時期，石油時期。1.柴薪時期出現(xiàn)年代：五六十萬年前火的使用是人類在能源利用上的第一個里程碑，它使人類脫離了茹毛飲血的時代。2.煤炭時期出現(xiàn)年代：2000年前蒸汽機(jī)的廣泛使用，帶動了工業(yè)革命和資本主義社會的成長。3.石油時期出現(xiàn)年代：19世紀(jì)80年代內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展推動了19世紀(jì)末，20世紀(jì)初開始的機(jī)械化和電氣化進(jìn)程?！具_(dá)標(biāo)檢測】一、單項選擇題1下列各組能源中，均為不可再生能源的是( )A煤、石油、天然氣 B太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能C

15、電能、汽油、風(fēng)能 D核能、水能、生物能2在我們的家鄉(xiāng)江漢平原，目前使用最廣泛的能源是( )A核能B電能C風(fēng)能D太陽能3下列關(guān)于核能的說法錯誤的是( )A核電站是利用核能來發(fā)電的B核反應(yīng)堆中發(fā)生的是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)C核電站發(fā)生泄漏時會對人和生物造成傷害D核廢料不會對環(huán)境造成污染4下列有關(guān)能源和信息的說法正確的是A空氣中的電磁波頻率越高波長越長B核電站是利用核裂變的能量來發(fā)電的C手機(jī)是利用超聲波來傳遞信息的D能量是守恒的，所以不會發(fā)生能源危機(jī)5能源的開發(fā)和利用在“兩型”社會的建設(shè)中起著很重要的作用。下列能源中，在使用時最安全、最清潔的是( )A煤氣 B太陽能 C電能 D核能6為改善駐守在南沙某島礁邊防戰(zhàn)士

16、的工作、生活條件，今年在島上安裝了太陽能電池板。白天，太陽能電池板給蓄電池充電；晚上，蓄電池為探照燈供電。這樣白天與晚上的能量轉(zhuǎn)化形式是( )A白天：太陽能內(nèi)能電能B晚上：化學(xué)能電能太陽能C白天：太陽能電能化學(xué)能D晚上：化學(xué)能電能化學(xué)能7為控制大氣污染，下列措施目前不可行的是A盡量用天然氣代替煤作為城市居民生活用的燃料B開發(fā)和使用新能源C改進(jìn)消煙和除塵裝置，提高其性能D禁止使用石油資源8我們應(yīng)該加強(qiáng)節(jié)能意識，下列做法不妥的是( )A在日常用電中要隨手關(guān)燈B電視機(jī)、空調(diào)器在不用時拔下電源插頭C用太陽能熱水器代替家中電熱水器D關(guān)閉空調(diào)，打開工作的冰箱門來降低室溫9常州市城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠將于2

17、008年9月28日并網(wǎng)發(fā)電。該工程總投資5億元，每天可焚燒垃圾7.5105kg，發(fā)電1.6105kWh，利用垃圾焚燒所產(chǎn)生的爐渣可制磚6萬塊。對于該工程的意義，下列說法錯誤的是（ ）A解決城市生活垃圾的處理難題，變廢為寶B高溫消滅垃圾中的細(xì)菌、病毒，有利環(huán)保C減少需要填埋的垃圾質(zhì)量和體積，節(jié)約土地D居民投放垃圾不用分類，輕松便捷10下列關(guān)于能量的轉(zhuǎn)化和守恒的說法中錯誤的是( )A高山上滾下的石塊越來越快，說明重力勢能轉(zhuǎn)化為動能B酒精燃燒時，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能C發(fā)電機(jī)發(fā)電時，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能D人們對太陽能的開發(fā)和利用，說明能量可以憑空產(chǎn)生二、填空題12007年10月24日“嫦娥一號”已成功發(fā)射，現(xiàn)正在計劃運行探測，月球是一個核聚變原料寶庫，僅其塵埃中的聚變材料-氦核，就足夠使人類使用上萬年，目前核能在許多經(jīng)濟(jì)發(fā)達(dá)國家已經(jīng)成為常規(guī)能源，它是_（選填“可”或“不可”）再生能源，與火力發(fā)電相比，核能發(fā)電的優(yōu)點之一是核電站只需消耗很少的核燃料，最后產(chǎn)生大量的_能。2在青島設(shè)立的2008年奧運會帆船比賽場地，采用的是風(fēng)力發(fā)電機(jī)給路燈供電。風(fēng)力發(fā)電是將_能轉(zhuǎn)化為_能。3近年來，一些地區(qū)推廣使用乙醇汽油(乙醇俗稱酒精)。乙醇汽油是由10的乙醇與90的 汽油混合而成。（1）乙醇汽油燃燒過程是_能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能的過程；（2）