內(nèi)能-能量守恒定律

1、無 內(nèi)能 能量守恒定律（兩課時） 一、教學(xué)目標(biāo)一、教學(xué)目標(biāo) （1）知識與技能：知道內(nèi)能的概念，改變內(nèi)能的途徑，了解什么是能源，什么是常規(guī)能源，知道常規(guī)能源的儲量和人類需求的矛盾；了解常規(guī)能源的使用和環(huán)境污染方面的關(guān)系；了解哪些是清潔能源，哪些是可再生能源 （2）過程與方法：通過實(shí)例，了解能的轉(zhuǎn)化及能量守恒定律，了解能與生活息息相關(guān)，生活中到處是能。 （3）情感、態(tài)度與價值觀：對于環(huán)保、環(huán)境、能源的利用的探究，懂得新能源開發(fā)和節(jié)能對人類生存和發(fā)展的深遠(yuǎn)意義。 二、重點(diǎn)和難點(diǎn)二、重點(diǎn)和難點(diǎn) （1）重點(diǎn)：能源、常規(guī)能源、可再生能源的教學(xué)；能源和環(huán)境之間的關(guān)系；新能源的利用、開發(fā)和節(jié)能。 （2）難點(diǎn)：

2、能源和環(huán)境之間的關(guān)系；能量守恒定律 三、教學(xué)資源三、教學(xué)資源 ppt，能量轉(zhuǎn)化形式圖片，新能源的圖片 四、教學(xué)過程四、教學(xué)過程 1786 年，瓦特發(fā)明第一代實(shí)用蒸汽機(jī)，標(biāo)志人類對能量的利用進(jìn)入一個新臺階，迎來了工業(yè)時代。我們知道，做機(jī)械運(yùn)動物體具有機(jī)械能，在熱現(xiàn)象發(fā)生的過程中，也會有相應(yīng)的能量變化。 （一）內(nèi)能 舉個例子：給水加熱后，水溫會不斷升高，這是因?yàn)樗肿釉诓粩噙\(yùn)動，加熱后水分子熱運(yùn)動加劇， 導(dǎo)致水分自動能增加， 分子之間的距離也隨之發(fā)生變化，宏觀上導(dǎo)致物體狀態(tài)和體積發(fā)生變化，既當(dāng)溫度達(dá)到一定高度時，水會變成水蒸汽，分子勢能也就隨之發(fā)生變化。人們把物體中所有分子做熱運(yùn)動的動能和分子勢能

3、的總和叫做物體的內(nèi)能。生活中許多實(shí)際過程都伴隨著內(nèi)能的變化。 因紐特人的冰屋，就是用隔熱的方法減少內(nèi)能的損失。 討論：生活中內(nèi)能發(fā)生變化的實(shí)際事例。 改變內(nèi)能的方法一般有兩種：做功和熱傳遞。 （二）能量守恒定律 無 討論：自然界中有哪些形式的能？ 自然界物質(zhì)的運(yùn)動有許多不同形式，每種形式都有對應(yīng)的能，而這些能又可以相互轉(zhuǎn)化，比如攪拌水會使水溫升高，就是把機(jī)械能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能。能量在相互轉(zhuǎn)化的過程中必須遵循一定的規(guī)律，即能量既不能創(chuàng)生又不能消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，或從一個物體轉(zhuǎn)移到另一個物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過程中，其總量不變，這就是能量守恒定律。能量守恒定律把不同的自然科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域聯(lián)系

4、起來，成為人們認(rèn)識自然、利用自然的有力武器。 舉例：舉例：光合作用光合作用高溫、高溫、高壓、高壓、無氧無氧燃燒燃燒熱機(jī)熱機(jī)機(jī)械能機(jī)械能太陽能太陽能化學(xué)能化學(xué)能生物能生物能內(nèi)能內(nèi)能電能電能發(fā)電機(jī)發(fā)電機(jī)能量可以通過一定途徑從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種能量可以通過一定途徑從一種形式轉(zhuǎn)化成另一種形式，形式，或從一個物體到另一個物體，而能量的總或從一個物體到另一個物體，而能量的總量是不變的。量是不變的。 （三）能的轉(zhuǎn)化的方向性 能量雖然可以相互轉(zhuǎn)化。但大量事實(shí)表明，很多與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程都是不可逆的。涉及內(nèi)能的能量轉(zhuǎn)化過程具有方向性 一段木料燃燒后化為灰燼，能夠釋放給我們所需要的能量。然而，灰燼卻不能立即

5、被合成而成為一段木料。但是，我們至少可以將灰燼作為肥料施在一顆小樹苗上，促成它長成一段未來的木料，以供人類（可能是種樹、施肥者的子孫，也可能是別人的子孫）再次燃燒。 在這一人與資源的交互行為中，我們會發(fā)現(xiàn)，首先，能量轉(zhuǎn)化的方向性并沒有被破壞，其次，這將形成了一個循環(huán)，因?yàn)橹灰獣r間足夠，讓樹苗成長成為木料的數(shù)目大于我們?nèi)紵玖系臄?shù)目，它就不會破壞需求與資源的動態(tài)平衡關(guān)系。無 其三，在這個循環(huán)中，必須要有第三者參與如果沒有太陽的光合作用，循環(huán)就終止了所以人與資源（樹木）之間并不是“今天你給我，明天我還給你”的關(guān)系（我們與其說在燃燒樹木，還不如說是在利用儲存的太陽能） 。其四，這種循環(huán)還有一種隱憂，

6、那就是：灰燼“成為”樹木的速度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于樹木變成灰燼的速度，表面的平衡是以內(nèi)部數(shù)量上的不平衡為代價的。 以上的四點(diǎn)中，第三點(diǎn)事實(shí)上已經(jīng)決定了循環(huán)“返回”過程的速度（不能由人類操控） ，第二點(diǎn)和第四點(diǎn)則意味著人類的行為、世界觀對“平衡”能否被破壞有著直接的關(guān)系。 在工業(yè)化時代到來之前， 人們過著田園牧歌式的生活， 沒有電器、 沒有汽車、沒有空調(diào)，人類使用大自然的資源只是為了滿足最基本的生活需求，因此，這種“平衡”沒有被破壞。 隨著工業(yè)化時代的到來，這種狀況立即顯現(xiàn)出危機(jī)，循環(huán)就要被終止了。于是，人們想到了地底下的資源：煤和石油。他們提供的能量很有用，燃燒的速度和效能和木材相差無幾。但是，形成煤和

7、石油的速度比長成樹木的速度，就不能同日而語了！可以這樣說，人們自從使用煤的第一天起，就沒有想到一個可能形成循環(huán)的問題，更不用說什么平衡了。所以，煤和石油事實(shí)上是一種坐吃山空的資源：我們今天用得越多，我們的子孫將來可以使用的就越少。 在不久的將來，人們用完了所有的煤和石油，會怎么辦？這是一個令社會學(xué)家睡不安枕的問題。 （四）能源開發(fā) 利用能源的過程一方面為人類帶來了文明與繁榮， 另一方面也為人類的生存環(huán)境帶來巨大的災(zāi)難。溫室效應(yīng)、酸雨、臭氧層受到破壞，土壤酸性化，生態(tài)平衡受到破壞等帶來了海平面升高、暴雨和干旱增多，還有核料的直接污染等都嚴(yán)重威脅著人類以及各種生物的生存。因此，節(jié)能是當(dāng)前十分重要的

8、，開發(fā)節(jié)能技術(shù)、開拓新能源利用技術(shù)、開發(fā)清潔能源，使我們利用能源的技術(shù)發(fā)展方向。 能源按不同的類別可以有不同的分法 類別類別 一次能源一次能源 二次能源二次能源 常規(guī)能源常規(guī)能源 煤炭、石油、天然氣、水力煤炭、石油、天然氣、水力 電能電能 新能源新能源 太陽能、太陽能、地?zé)?、風(fēng)能、潮汐能、海地?zé)?、風(fēng)能、潮汐能、海洋能、可燃冰洋能、可燃冰 核能核能 無 幾種新能源的介紹： 1. 太陽能技術(shù)。太陽能熱利用技術(shù)比較成熟，有太陽能熱水器、太陽能鍋爐燒蒸汽發(fā)電、太陽能制冷、太陽能聚焦高溫加工、太陽灶等，在工業(yè)和民用中應(yīng)用較多；太陽能光電轉(zhuǎn)換技術(shù)，通過太陽能光電池把光能轉(zhuǎn)換成電能（直流電） ，主要是光電池

9、制造技術(shù)，太陽能電池有單晶硅、多晶硅、非晶硅、硫化鎘和砷化鋅電池許多種。這種發(fā)電技術(shù)利用最方便，但大功率發(fā)電成本太高。光化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)，利用太陽能光化學(xué)電池把水電解分離產(chǎn)生氫氣，氫氣是很干凈的燃料。 2. 風(fēng)能技術(shù)。風(fēng)能是一種機(jī)械能，風(fēng)力發(fā)電是常用技術(shù)，目前世界上最大風(fēng)力發(fā)電機(jī)為千瓦，風(fēng)機(jī)直徑米，安裝在美國夏威夷。我國風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)總共萬千瓦，最大風(fēng)力發(fā)電機(jī)為千瓦。 3. 生物質(zhì)能技術(shù)。這是利用動植物有機(jī)廢棄物（如木材、柴草、糞便等）的技術(shù)。熱化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)，把木材等廢料通過氣化爐加熱轉(zhuǎn)換成煤氣，或者通過干餾將生物質(zhì)變成煤氣、焦油和木炭；生物化學(xué)轉(zhuǎn)換技術(shù)，主要把糞便等生物質(zhì)通過沼氣池厭氣發(fā)酵生成沼氣

10、，沼氣的主要成分是甲烷。沼氣技術(shù)在我國農(nóng)村得到較好應(yīng)用，工業(yè)沼氣技術(shù)也開始應(yīng)用。生物質(zhì)壓塊成型技術(shù)，把烘干粉碎的生物質(zhì)擠壓成型，變成高密度的固體燃料。 4. 氫能技術(shù)。氫氣熱值高，燃燒產(chǎn)物是水，完全無污染。而且制氫原料主要也是水，取之不盡，用之不竭。所以氫能是前景廣闊的清潔燃料。氫氣制造技術(shù)，有水電解法、水熱化學(xué)制氫法、水光電池分解法等；氫氣儲運(yùn)技術(shù)，氫氣貯存有三種方式，一是壓縮，二是低溫液化，三是貯氫金屬吸收。氫氣利用技術(shù)，有三種利用方式，一是作為燃料直接燃燒，二是通過氫燃料電池直接發(fā)電，三是用作各種能源轉(zhuǎn)換的中介質(zhì)使用。 5. 地?zé)崮芗夹g(shù)。地?zé)崮苡姓羝蜔崴畠煞N。地?zé)嵴羝休^高壓力和溫度，

11、可直接通過蒸汽輪機(jī)發(fā)電；地?zé)釤崴詈檬翘菁壚?，先將高溫地?zé)崴糜诟邷赜猛?，再將用過的中溫地?zé)崴糜谥袦赜猛?，然后再將用過的低熱水再利用，最后用于養(yǎng)魚、游泳池等（表） 。 6. 潮汐能技術(shù)。潮汐發(fā)電技術(shù)是低水頭水力發(fā)電技術(shù)，容量小，造價高。我國無 海岸線長達(dá)公里，有豐富潮汐能。據(jù)估算，全國可開發(fā)利用潮汐發(fā)電裝機(jī)容量為萬千瓦，年發(fā)電億千瓦時 討論：如何來開發(fā)和利用能源呢？討論：如何來開發(fā)和利用能源呢？ 開發(fā)新能源開發(fā)新能源我們要開發(fā)和利用對環(huán)境沒有污染和危害的清潔能我們要開發(fā)和利用對環(huán)境沒有污染和危害的清潔能源。比如：源。比如：太陽能太陽能、地?zé)崮艿責(zé)崮?、風(fēng)能風(fēng)能、潮汐能潮汐能、生物生物能能等。等。這些能源數(shù)量巨大且可以再生。這些能源數(shù)量巨大且可以再生。節(jié)能節(jié)能我們要提高能源利用率。提高能源利用率