高中物理人教版 (2019)必修 第三册4 能源与可持续发展教案设计

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一、学习目标展示

1．知道能量守恒定律的具体内容。

2．了解能量耗散，知道能量转移或转化的方向性。

3．知道能源的分类与应用，知道能源的利用与社会发展的关系。

 二、情景引入

    我们知道，内能可以转化成电能，电能可以转化成光能、内能或机械能……既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么我们还要节约能源呢？

了解本节课学习目标

学生观察图片认真思考

有目的的学习

为引入课题做铺垫

讲授新课

【自学感知】

一、能量守恒定律

能量守恒定律的内容：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。

二、能量转移或转化的方向性

1．能量转化的方向性：科学家研究发现，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。

2．能量的耗散：把能量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用的现象，它反映出自然界中的宏观过程具有方向性性。

3．节约能源的根本原因：在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。

三、能源的分类与应用

1．不可再生能源：煤炭、石油和天然气是目前人类生产、生活中使用的主要能源，又叫化石能源。

2．可再生能源：水能、风能、潮汐能等来源于太阳能的这些能源。

3．我国能源的开发：太阳能发电、风力发电、风能发电、核能发电。

四、能源与社会发展

1．人类对能源的利用经历的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。

2．能源的开发和利用对环境造成的影响：

(1)石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，加剧了温室效应，使得两极的冰雪融化，海平面上升。

(2)石油和煤炭的燃烧形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化土壤。

(3)内燃机工作时产生氮的氧化物和碳氢化合物，这些化合物在大气中受紫外线的照射，产生光化学烟雾。燃烧时产生的浮沉也是主要的污染物。

3．可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡：

既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。这就需要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式。

一方面要大力提倡节能，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源。

【探究解惑 】 

探究一：能量与能源有什么区别？能量耗散的本质是什么？

(1)能量是守恒的，既不会增加也不会减少．

(2)能源是可以提供可利用能量的物质．

(3)能量耗散的本质是可利用能源减少。即能量总量不变，但能量品质下降了．

【例1】下列对能量耗散的理解正确的有(　　)

A．能量耗散说明能量在不断减少

B．能量耗散遵守能量守恒定律

C．能量耗散说明能量不能凭空产生，但可以凭空消失

D．能量耗散从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性

答案：　BD

解析：　在发生能量转化的宏观过程中，其他形式的能量最终会转化为流散到周围环境的内能，无法再回收利用，这种现象叫能量耗散．

能量耗散并不违反能量守恒定律，宇宙的能量既没有减少，也没有消失，它只从能量角度反映出自然界的宏观过程具有方向性，故A、C错误，B、D正确．故选BD.

【例2】下列哪些现象属于能量耗散(　　)

A．利用水流能发电转化为电能

B．电能通过灯泡中的电阻丝转化为光能

C．电池的化学能转化为电能

D．火炉把房子烤暖

答案：　D

解析：　能量耗散是指其他形式的能转化为内能，最终流散在周围环境中无法重新收集并加以利用的现象，能够重新收集并加以利用的能不能称能量耗散．

本题中的电能、光能都可以重新收集并加以利用．本题B选项没有告诉这光能是否变为周围环境的内能，故不能算能量耗散．只有火炉把房子烤热后使燃料的化学能转化成内能并流散在周围的环境中，无法重新收集并加以利用，才是能量耗散．

探究二：应用能量守恒定律的解题步骤：

(1)首先分析研究对象的受力情况、做功情况、能量的转化方向及初、末状态能量的具体形式。

(2)分别列出减少的能量ΔE减和增加的能量ΔE增的表达式。

(3)依据ΔE减＝ΔE增列式求解。

例3】如图所示，一个粗细均匀的U形管内装有同种液体，液体质量为m。在管口右端用盖板A密闭，两边液面高度差为h，U形管内液体的总长度为4 h，先拿去盖板，液体开始运动，由于管壁的阻力作用，最终管内液体停止运动，则该过程中产生的内能为(      )

A. mgh　　　　　      B. mgh

C. mgh　　  　     D. mgh

答案：　A

解析：去掉右侧盖板之后，液体向左侧流动，最终两侧液面相平，液体的重力势能减少内能增加，减少的重力势能转化为内能。如图所示，最终状态可等效为右侧h的液柱移到左侧管中，即增加的内能等于该液柱减少的重力势能，则Q＝mg·h＝mgh，故A正确。

【例4】某市有20万台空调机,每台空调机在夏季平均使用60天,每天耗电8 kW·h。为了节约能源,该市政府建议大家都把室内设定温度提高1 ℃,这样每台空调机每天可节省6%的电能。那么这样做能使该市在夏季节省多少电能?已知标准烧煤的热值是2.92×107 J/kg。发电厂的发电效率是30%。请计算一下,这项节能建议的实现能为我们后辈留下多少吨标准煤?

解析:设可节省的电能为E,则E=8×6%×60×20×104kW·h=5.76×106 kW·h≈2.1×1013 J,

设可为后辈留下标准煤质量为m,则由能量守恒定律有2.92×107 J/kg×m×30%=E,

解得m≈2.4×106 kg=2.4×103 t。

答案:2.1×1013 J　2.4×103 t

学生阅读课文，认真研究，然后填空，对填不出的空重新看书理解并与同桌讨论。

学生理解后记忆

学生思考讨论

并回答

学生独立完成解题过程

在教师的引导下学生分析。

学生思考讨论并在教师的引导下回答

学生练习

把读书自学的机会还给学生。

锻炼学生的逻辑思维能力

帮助学生透彻理解规律的实质。

让学生理解实际情形下所学知识是如何应用的。

锻炼学生的分析能力，

教师引导下的讨论，注重学生的讨论过程，淡化探究的结果，给学生成功的喜悦。

强化所学知识的应用。

课堂小结

梳理自己本节所学知识。

根据学生表述，查漏补缺，

板书

12.4《能源与可持续发展 》

一、能量守恒定律：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。

二、能量转移或转化的方向性

1．能量转化的方向性：宏观自然过程都是不可逆的。

2．能量的耗散：不会再次自动聚集起来供人类重新利用的现象，

3．节约能源的根本原因：品质上降低了

三、能源的分类与应用

1．不可再生能源：煤炭、石油和天然气

2．可再生能源：来源于太阳能的能源。

3．我国能源的开发：

四、能源与社会发展

1．人类对能源的利用经历的三个时期：柴薪时期、煤炭时期、石油时期。

2．能源的开发和利用对环境造成的影响

(1)温室效应，

(2)“酸雨”

(3)烟雾

3．可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡：

一方面要大力提倡节能，另一方面要发展可再生能源

教学反思