2024-2025學(xué)年新教材高中物理第十二章電能能量守恒定律4能源與可持續(xù)發(fā)展教案新人教版必修3

PAGE11-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準(zhǔn)確含義。3．了感知我們四周能源的耗散，樹立節(jié)能意識?！窘虒W(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準(zhǔn)確含義?！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)移狀況：（1）人在跑步時，身體發(fā)熱（）化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（2）風(fēng)吹動帆船前進（）風(fēng)的機械能轉(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)]變更（2）能量轉(zhuǎn)化：能量的形式發(fā)生變更無論能量發(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，也不會憑空消逝，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，在此之前人們認為有永動機存在，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叫第一類永動機。在這個過程中，還設(shè)計了很多不同類型的永動機。2．事實和理論都證明永動機是不行能制成的永動不行能制成的緣由：依據(jù)能量守恒定律，任何一部機器，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，因此第一類永動機是不行能制成的。17～18世紀(jì)很多機械專家就已經(jīng)論證了永動機是不行能的法國科學(xué)院在1775年就正式確定，不再探討和試驗任何永動機。3．能量守恒定律的意義：（1）能量守恒定律同生物進化論、細胞的發(fā)覺被恩格斯譽為19世紀(jì)的三個最宏大的科學(xué)發(fā)覺。（2）能量守恒定律是在多數(shù)試驗事實的基礎(chǔ)上建立起來的，是自然科學(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行能實現(xiàn)的，例如“永動機”只能以失敗而告終。（4）機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)化和守恒定律的相識正確的是（）A.某種形式的能削減，肯定存在其他形式的能增加B.某個物體的能量削減，必定有其他物體的能量增加C.不須要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永動機是不行能制成的D.石子從空中落下，最終靜止在地面上，說明機械能消逝了【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.物體機械能不變，內(nèi)能也不變B.物體機械能減小，內(nèi)能不變C.物體機械能減小，內(nèi)能增大，機械能與內(nèi)能總量減小D.物體機械能減小，內(nèi)能增大，機械能與內(nèi)能總量不變（三）能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性老師拋出問題：既然能量是守恒的，不行能殲滅，為什么我們還要節(jié)約能源？師生活動1：活動要求：依據(jù)給定器材設(shè)計活動，使能量發(fā)生轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移；思索并記錄：活動的目標(biāo)是什么、運用了何種能源、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小型葉片（或者蜂鳴器）第4組：電吹風(fēng)電動機小型葉片第5組：臉盆水水車?yán)蠋熖釂枺含F(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)化狀況如何？學(xué)生回答：略師生總結(jié)：（1）雖然我們的器材不同、運用的能源不同，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）全部的能量最終“歸宿”都為內(nèi)能。老師提問：那你們感受到了內(nèi)能嗎？學(xué)生回答：沒有老師提問：為什么？學(xué)生回答：能量太小了老師提問：那為什么當(dāng)它是機械能、水能、化學(xué)能其他形式的時候我們能感知到了呢，莫非能量不守恒了嗎？學(xué)生回答：守恒老師提問：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；老師提問：那我們有沒有方法把散發(fā)在空氣的全部內(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：不能老師總結(jié)：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)汲取后變?yōu)樗闹墉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。老師展示一座房屋的紅外線照片可以看出，由于取溫煦運用電器，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。老師提問：能量耗散與能量守恒是否沖突，該怎樣理解？老師總結(jié)：能量耗散和能量守恒并不沖突，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)量上并沒有削減。但是可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用變?yōu)椴槐阌诶昧?。這是節(jié)約能源的根本緣由。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。老師提問：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：不能老師總結(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老師提問：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？演示試驗：溫差熱機發(fā)電得出結(jié)論：要使葉片轉(zhuǎn)動，前提條件必需與環(huán)境存在溫度差，其次內(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。能量耗散事實上也是品質(zhì)降低的過程。老師提問：對于一個國家，主要能源來自化石能源，如石油、自然氣、煤炭等，主要的發(fā)電形式也是火力發(fā)電，過渡運用能源將會出現(xiàn)什么問題？學(xué)生回答：能源危機和環(huán)境問題。穿插介紹：能源危機引發(fā)一個國家的能源掠奪、經(jīng)濟的震蕩；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、自然氣等產(chǎn)生的二氧化碳氣體，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劇烈的汲取作用，且像暖房的玻璃一樣，只準(zhǔn)太陽光的熱輻射進來，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)使兩極的冰雪溶化，海平面上升，沉沒沿海城市，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。形成酸雨的主要緣由是燃燒煤炭和石油，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很多堿性物質(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)峻破壞生態(tài)環(huán)境；再者酸雨是強腐蝕劑，能腐蝕建筑材料。（3）化學(xué)煙霧內(nèi)燃機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)生氮氧化合物和碳氫化合物。這些化合物在大氣中受到紫外線的照耀，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)用老師提問：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①常規(guī)能源：如煤、石油、自然氣、水能等②新能源：如核能、風(fēng)能、太陽能、地?zé)崮?、海洋能等?）從運用分類①一次能源：如煤、石油、自然氣、水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋能等②二次能源：如電能、氫能、焦炭等（3）從能否再生分類①可再生能源：如水能、風(fēng)能、潮汐能等②不行再生能源：如石油、煤等（4）從對環(huán)境的影響分類①清潔能源：如太陽能、風(fēng)能等②非清潔能源：如煤、石油、自然氣等2.新能源特點的探討（從運用前儲存量、運用時平安經(jīng)濟、運用后對環(huán)境無污染等考慮）圖片展示各種新能源的作用。（1）太陽能：有干脆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，會阻礙大規(guī)模運用太陽能，要探討儲存太陽能的方法。（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)堆進行核發(fā)電，主要應(yīng)留意核泄漏、限制核污染。（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)車田”。我國的新疆。內(nèi)蒙古等地已經(jīng)起先大規(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？強調(diào)整能從今時此刻此地自我做起。同時提示學(xué)生在運用能源時，更要做到提高能源的運用率。舉措三：削減污染物的排放【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削減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，但可以憑空消逝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．“溫室效應(yīng)”使得地面氣溫上升、兩極冰雪溶化D．“溫室效應(yīng)”使得土壤酸化（五）能源與社會發(fā)展老師介紹能源的運用與社會發(fā)展的緊密關(guān)系：人類利用能源大致經(jīng)驗了三個時期，即柴薪時期，煤炭時期，石油時期。1.柴薪時期出現(xiàn)年頭：五六十萬年前火的運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)年頭：2000年前蒸汽機的廣泛運用，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)年頭：19世紀(jì)80年頭內(nèi)燃機的發(fā)展推動了19世紀(jì)末，20世紀(jì)初起先的機械化和電氣化進程?！具_標(biāo)檢測】一、單項選擇題1．下列各組能源中，均為不行再生能源的是()A．煤、石油、自然氣B．太陽能、地?zé)崮?、風(fēng)能C．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，目前運用最廣泛的能源是()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損害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，在運用時最平安、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．為限制大氣污染，下列措施目前不行行的是A．盡量用自然氣代替煤作為城市居民生活用的燃料B．開發(fā)和運用新能源C．改進消煙和除塵裝置，提高其性能D．禁止運用石油資源8．我們應(yīng)當(dāng)加強節(jié)能意識，下列做法不妥的是()A．在日常用電中要順手關(guān)燈B．電視機、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2008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7.5×105kg，發(fā)電1.6×105kW?h，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．高溫殲滅垃圾中的細菌、病毒，有利環(huán)保C．削減須要填埋的垃圾質(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)電機發(fā)電時，將機械能轉(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1．2007年10月24日“嫦娥一號”已勝利放射，現(xiàn)正在安排運行探測，月球是一個核聚變原料寶庫，