高中物理人教版 (新课标)选修36 能源和可持续发展教案设计

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6  能源和可持续发展三维目标知识与技能1.理解能量耗散和品质降低的概念。[2.理解能源的利用实际上是能量的转化和转移过程。3.了解常规能源的使用带来的环境污染。[4.了解开发新能源的方法和意义。过程与方法  从日常生活现象了解能源，了解常规能源的储量与人类需求的关系情感、态度与价值观知道能源和可持续发展的关系，培养学生探究知识的欲望和学习兴趣 教学重点难点　　重点：理解能源的概念和能源的使用与环境污染的关系．　　难点：能源的开发和利用与环境的关系．教学方法：探究教学教具：多媒体课件教学过程设计：引入新课F能源和环境是两个全球所关注的问题，能源是现代社会生活的重要物质基础，而常规能源的有限储藏量与人类的需求存在矛盾，同时大量消耗常规能源带来了环境问题，正确地协调和解决这一矛盾和问题是生活在地球上每一个人的职责.新课教学 （一） 能量耗散和品质降低由热力学第二定律知，能量的转移和转化具有方向性。1.能量耗散：系统的内能流散到周围环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用，这种现象叫做能量耗散。2.品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。  能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的内能。从被利用的价值来看，内能较之机械能、电能等，是一种低品质的能量。由此可知，能量耗散虽然不会使能的总量减少，却会导致能量品质的降低。煤、石油、天然气等能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放并最终转化为低品质的内能。所以我们要节约能源.(二)能源与人类社会发展能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品.是国民经济运动的物质基础.它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。能源科技的每一次突破，都带来了生产力的巨大飞跃和社会的进步。远古时代火的使用,使人们脱离了茹毛饮血的时代18世纪末蒸汽机的发明和完善,带动了第一次产业革命和资本主义社会的成长.内燃机的发展,推动了19世纪末、20世纪初开始的机械化和电气化进程.20世纪中叶,蒸汽轮机和燃气轮机的发展为大规模发电和航空事业奠定了基础.(三) 能源与环境　　常规能源的大量消耗带来了环境问题    （1）温室效应：温室效应是由于大气里温室气体（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的．石油和煤炭燃烧时产生二氧化碳．    （2）酸雨：大气中酸性污染物质，如二氧化硫、二氧化碳、氢氧化物等，在降水过程中溶入雨水，使其成为酸雨．煤炭中含有较多的硫，燃烧时产生二氧化硫等物质．    （3）光化学烟雾：氮氧化合物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的二次污染物质——光化学烟雾，主要成分是臭氧．　　另外常规能源燃烧时产生的浮尘也是一种污染．　　常规能源的大量消耗所带来的环境污染既损害人体健康，又影响动植物的生长，破坏经济资源，损坏建筑物及文物古迹，严重时可改变大气的性质．使生态受到伤害．  （四）开发新能源（1）.新能源：指目前尚未被人类大规模利用而有待进一步研究、开发和利用的能源，如核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等。（2）.无穷无尽的太阳能：太阳以其巨大的、无穷无尽的辐射能形式提供地球最清洁的能源能。①数量巨大：太阳辐射功率为3.9×1026瓦。能到达地球表面的太阳能每年约为1.3×1010吨标准煤，是目前全世界所消耗的各种能量总和的1×104倍。②时间长久：根据天文学的研究结果，可知太阳系已存在大约5×109年左右，估计尚可继续维持大约1010年之久。③清洁安全：太阳能素有“干净能源”和“安全能源”之称，它不仅毫无污染，也毫无危险。6.永葆青春的风能：风能是由于太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，而引起的空气流动所产生的能量。整个地球接受到的太阳能辐射能约有0.2%被转换成风能，全球的风能总量估计有1.6×1022J。这是一个巨大的潜在的能源宝库，如果1%被利用，即可满足人类对能量的全部需求。7.丰富干净的海洋能：包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能等，它们不仅可以再生，还具有不污染环境的优点。据科学家估计，世界海洋能源总量为40多万亿千瓦，这些能量超过目前世界能源消费的一万倍，如果开发出其中一小部分，即可满足人类对能源的全部需求。8.深藏不露的地热能：地球本身是一个巨大的天然储热库。地热能指地球内部可释出来的热量。据估计，从地球内部每年传到地球表面的热量，相当于370亿吨标准煤燃烧时所放出的热量。9.未来能源的希望——核能：在当前开发和利用的新能源中，核能尤其重要。核能包括裂变能和聚变能，其中受控热核聚变的原料氘和氚可取自海洋，足够人类使用几十亿年，是取之不尽的能源。典例探究例1 某地的平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？解析：首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为  m=лr2υtρ，这些气流的动能为mυ2；转变的电能为，故风车带动发电机发电的功率为代入数据以后得P=3.4kW[友情提示：从能量守恒定律入手，注意能量转移的方向性是解答本题的关键。例2据《中国环境报》报道：从一份科技攻关课题研究结果显示，我国酸雨区已占国土面积的40％以上，研究结果还表明，我国农业每年因遭受酸雨而造成的经济损失高达15亿多元．为了有效控制酸雨，目前国务院已批准《酸雨控制区和二氧化硫污染控制区划分方案》等法规．（1）在英国进行的一项研究结果表明：高烟囱可有效地降低地面浓度．在20世纪的60～70年代的10年间，由发电厂排放的增加了35％，但由于建造高烟囱的结果，地面浓度降低了30％之多．请你从全球环境保护的角度，分析这种作法是否可取？说其理由．　___________________________________________________________________ （2）用传统的煤、石油做燃料，其主要缺点是什么？与传统的煤、石油做燃料相比，哪种物质可以作为新能源？主要优点是什么缺点又是什么？    【解析】本题涉及能源、环保等社会热点问题，我们要从化学视角去关注这些与生态环境、人们的健康密切相关的问题．环境污染的恶果是直接影响人类的延续和发展，酸雨是影响全球的问题． 减少酸雨的产生是要杜绝污染源，而不是建造高烟囱转移污染．而杜绝酸雨的污染途径一般有三个：一是对煤、石油等传统能源进行处理，使其在燃烧过程中不产生；二是对污染物进行回收利用，三是开辟新能源．而目前最理想的能源为氢能源，因为它原料来源丰富，燃烧的产物又是水，既不污染环境，又可以循环利用．（1）不可取，因为的排放总量并没有减少，进一步形成的酸雨仍会造成对全球的危害．（2）煤、石油是不易再生的化工燃料，其资源是有限的，其次燃烧后产生的、等严重污染大气，进而形成酸雨，燃烧后产生的又会造成温室效应．第一，可以用水作为原料来制取；其次，燃烧时放热多，放出的热量约为同质量汽油的3倍；第三，氢燃料的最大优点是燃烧产物为水，不易污染环境，还可循环使用．  ［小结］常规能源储存量有限，在利用过程中会带来环境污染，新能源的开发和利用成为当务之急．