《能源與可持續(xù)發(fā)展》教案教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)：列舉各種實(shí)例，說明說明能量是如何轉(zhuǎn)化的，解釋能量守恒定律的含義；通過實(shí)例分析知道能量耗散，認(rèn)識自然界中能量轉(zhuǎn)化的方向性；收集資料，討論能源的開發(fā)與利用帶來的環(huán)境污染問題，認(rèn)識環(huán)境污染的危害，思考科學(xué)?技術(shù)?社會?環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的關(guān)系，具有環(huán)境保護(hù)的意識和行動；了解太陽太陽能、水能、核能和風(fēng)能等能源的開發(fā)利用，知道利用能量是人類生存和社會發(fā)展的必要條件之一。知道人類利用的能量來自可再生能源和不可再生能源，認(rèn)識合理使用能源的重要性，具有可持續(xù)發(fā)展觀念，養(yǎng)成節(jié)能的習(xí)慣。教學(xué)重點(diǎn)：認(rèn)識到目前面臨的能源與環(huán)境問題，理解這兩個社會問題產(chǎn)生的原因，理解開發(fā)利用清潔能源的價值。教學(xué)難點(diǎn)：學(xué)生自主學(xué)習(xí)的基礎(chǔ)上充分討論，理解科學(xué)?技術(shù)?社會?環(huán)境關(guān)系的基礎(chǔ)上，形成應(yīng)有的科學(xué)態(tài)度和社會責(zé)任感。教學(xué)過程時間教學(xué)環(huán)節(jié)主要師生活動3分鐘10分鐘4分鐘5分鐘環(huán)節(jié)一：問題的提出：能量守恒定律環(huán)節(jié)二：能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的方向性環(huán)節(jié)三：能源與社會發(fā)展環(huán)節(jié)四：能源的分類與應(yīng)用環(huán)節(jié)一:問題的提出前面幾節(jié)課，同學(xué)們了解了電路中的能量轉(zhuǎn)化：在電路中，電源將其他形式的能轉(zhuǎn)化為電能，負(fù)載又將電能轉(zhuǎn)化為人類需要的內(nèi)能、光能和機(jī)械能……情境引入：電的使用如果停電了。。?！締栴}1】現(xiàn)代生活，我們幾乎離不開電，為什么？【學(xué)生】電能通過各種電器轉(zhuǎn)化為各種形式的能量，例如：電視電燈電冰箱電風(fēng)扇電熱水壺電動汽車……【問題2】那么電能從哪里來？【學(xué)生】各種形式的能量轉(zhuǎn)化為電能，例如：鋰電風(fēng)電水電核電生物電太陽能電……【教師】包含電能在內(nèi)的各種形式的能量相互轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移。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)化為其他形式，或者從一個物體轉(zhuǎn)移到別的物體，在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的過程中，能量的總量保持不變，這就是能量守恒定律。在自然界所經(jīng)歷的種種變化之中，有一個稱為能量的物理量是不變的……它是一件奇怪的事實(shí)，【問題1】既然這樣，我們隨心所欲的按需取用能量！還節(jié)約什么呀？【問題2】小紅可沒有那么樂觀：現(xiàn)有的能量形式和我們需要的能量形式一樣嗎？可以隨意轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移？環(huán)節(jié)二:能量轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移的方向性情境引入：世界最大二維多米諾骨牌倒了，自動恢復(fù)不可能?！窘處煛恳粋€運(yùn)動的物體在水平面上滑行，最終停下來?！緦W(xué)生】這個過程中物塊的機(jī)械能全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，反過來，內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為機(jī)械能讓物塊重新動起來是不會實(shí)現(xiàn)的?！窘處煛堪褎傊蠛玫臒犭u蛋放在冷水中，過一會，雞蛋的溫度降低，水的溫度升高，最后水和雞蛋的溫度相同?！緦W(xué)生】雞蛋的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)移到水中！是否可能發(fā)生這樣的現(xiàn)象：原來溫度相同的水和雞蛋，過一會兒水的溫度自發(fā)地降低，而雞蛋的溫度上升，自發(fā)的水的一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)移到雞蛋呢？很遺憾沒見過！【教師】火爐中燃燒燃料【學(xué)生】把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能散失在周圍環(huán)境中，逆過程能自發(fā)進(jìn)行嗎？請大家來看看鍋爐中燃燒燃料的火力發(fā)電廠的部分工作流程圖吧，這是一個系列的能量轉(zhuǎn)化過程。燃料首先進(jìn)入大鍋爐，產(chǎn)生的過熱蒸汽進(jìn)入汽輪機(jī)，汽輪機(jī)轉(zhuǎn)動帶動發(fā)電機(jī)發(fā)電【做一做】請大家閱讀教科書STSE汽車和能源計(jì)算汽車消耗的總功率：汽車以80km/h的速度行駛，百米耗油約10L。大家可以從網(wǎng)絡(luò)查出某標(biāo)號汽油的密度和燃燒值?！緦W(xué)生】總功率大約74kW【教師】我們來看一下汽車?yán)媚茉吹男剩?4kW中只有9kW的功率到達(dá)了驅(qū)動輪，讓汽車動起來?！緦W(xué)生】效率等于有用功與總功之比，可見目前汽車的效率非常低，大量的能源白白耗掉了。環(huán)節(jié)三:能源與社會發(fā)展汽車工業(yè)要發(fā)展，社會要發(fā)展，事實(shí)上，能源科技的每一次突破，都是里程碑，都帶來了生產(chǎn)力的巨大飛躍和社會的進(jìn)步?！窘處煛咳祟悓δ茉吹睦么笾陆?jīng)歷了三個時期，即柴薪時期、煤炭時期、石油時期。在能源利用的同時，人類也付出了很大的代價：大量煤炭和石油產(chǎn)品在燃燒時產(chǎn)生的氣體改變了大氣的成分，甚至加劇了氣候的變化，加劇了溫室效應(yīng)，使得兩極的冰雪融化，海平面上升；再如，石油和煤炭中常常含有硫，燃燒時形成的二氧化硫等物質(zhì)使雨水的酸度升高，形成“酸雨”，腐蝕建筑物，酸化土壤；有些化合物會產(chǎn)生二次污染物質(zhì)：光化學(xué)煙霧。燃燒時產(chǎn)生的浮塵也是主要污染物?！締栴}】能源短缺和過度使用化石能源帶來的環(huán)境惡化已經(jīng)成為關(guān)系到人類社會能否持續(xù)發(fā)展的大問題。怎么辦？環(huán)節(jié)四:能源的分類與應(yīng)用不管什么能源，如果在生產(chǎn)及消費(fèi)過程中對生態(tài)環(huán)境的污染程度低，我們叫做清潔能源，可再生能源都是清潔能源，不可再生能源當(dāng)中的天然氣，清潔煤等也是清潔能源。還給大家介紹一種神秘的清潔能源：核能。近年來，我國在能源開發(fā)方面取得了很大的成就：太陽能的利用對環(huán)境的影響很小，利用太陽能最有前途的領(lǐng)域是，通過太陽電池將太陽能直接轉(zhuǎn)化成電能。目前我國是最大的光伏產(chǎn)品制造國。2015年年底，發(fā)電累計(jì)并網(wǎng)容量達(dá)到4.158×107kW水能是可再生能源，水電站是利用水能的重要形式。水電對環(huán)境的影響比火電小，發(fā)電成本低。我國水電裝機(jī)總量約占全球的1/4，居世界第一為了增加風(fēng)力發(fā)電的功率，通常把很多風(fēng)車建在一起，成為“風(fēng)車田”。我國風(fēng)力資源豐富，風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量居全球第一我國具有完全自主知識產(chǎn)權(quán)的三代百萬千瓦級核電技術(shù)電站——華龍一號。華龍1號壓力容器，核反應(yīng)堆核心部件，總高約13米，總重約418米，代表著當(dāng)今壓水堆型核電站最高技術(shù)水平的華龍一號，究竟有多強(qiáng)呢？同學(xué)們可以調(diào)查一下！【問題】現(xiàn)在請同學(xué)們注意滿屏的一個紅字，有什么發(fā)現(xiàn)呢？【學(xué)生】我們開發(fā)各種能源，都想要轉(zhuǎn)化為電能！【教師】人類需要電能：生產(chǎn)生活各行各業(yè)中?！締栴}】人類如何從大自然獲得的呢？下一章學(xué)習(xí)了電磁感應(yīng)，同學(xué)們可以初探發(fā)電機(jī)的奧秘。課后練習(xí)有人說：“既然能量不會憑空產(chǎn)生，也不會憑空消滅，能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過程中，其總量是保持不變的，那么，我們?yōu)槭裁催€要節(jié)約能源？”請你用能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性來論述節(jié)約能源的必要性。生活中的許多用品都可以看作能量轉(zhuǎn)化器，它們把能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式。請觀察你家中的各種生活用品，分別指出它們工作時進(jìn)行了哪些能量轉(zhuǎn)化。如圖是某工程師的輕軌車站設(shè)計(jì)方案，與站臺前后連接的軌道都有一個小坡度，列車進(jìn)站時要上坡，出站時要下坡。假設(shè)站臺高度比途中軌道高出2m，列車在途中軌道進(jìn)站前的速度為29.2km/h。（1）此時切斷電源，不考慮阻力，列車能否“沖”上站臺？如果能，到達(dá)站臺上的速度是多大？g取10m/s2。（2）你認(rèn)為工程師這樣設(shè)計(jì)的意圖是什么？某地區(qū)的風(fēng)速為14m/s，空氣的密度為1.3kg/m3。若使風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)動的風(fēng)通過的截面積為400m2，且風(fēng)能的20%可轉(zhuǎn)化為電能，則發(fā)電功率是多少？如圖是架在屋頂?shù)奶柲軣崴鳌Ｒ阎獑挝粫r間內(nèi)太陽垂直射到地面附近單位面積的能量E0為7×103J/(m2·s)。一臺熱水器的聚熱面積為2m2，若每天相當(dāng)于太陽直射熱水器4h，太陽能的20%可轉(zhuǎn)化為水的內(nèi)能，那么這個熱水器一天內(nèi)最多能利用的太陽能為多少？三峽水力發(fā)電站是我國最大的水力發(fā)電站。三峽水庫蓄水后，平均水位落差約為100m，水的流量約為1.35×104m3/s。船只通航需要約3500m3/s的流量，其余流量可全部用來發(fā)電。水流沖擊水輪機(jī)發(fā)電時，水流減少的機(jī)械能有20%轉(zhuǎn)化為電能。（1）按照以上數(shù)據(jù)估算，三峽發(fā)電站的發(fā)電功率最大是多少？（2）根據(jù)你對家庭生活用電的調(diào)查來估算，如果三峽電站全部用于城市生活用電，它可以滿足多少個百萬人口城市的生活用電？課后練習(xí)解析和答案【答案】雖然從理論上講宇宙間能量的總和是保持不變的，但是大自然中能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移卻是有方向性的。這意味著對于人類而言，以目前的技術(shù)條件來看，可利用的能量總數(shù)量是有限的，而不是無限的。能源種類中有可再生的能源，而絕大多數(shù)種類都是不可再生能源。這意味著人類活動、生活、生產(chǎn)所消耗掉的能量，有很大一部分是不可回收并且不可持續(xù)反復(fù)使用的。能量耗散表明，在能源的利用過程中，能源在數(shù)量上雖并未減少，但在可利用的品質(zhì)上降低了，從便于利用的變成不便于利用的了。這是能源危機(jī)的深層次的含義，也是“自然界的能量雖然守恒，但還是要節(jié)約能源”的根本原因。因此，我們需要節(jié)約能源，同時也為保護(hù)環(huán)境，促進(jìn)人類的科學(xué)發(fā)展、和平發(fā)展與可持續(xù)發(fā)展貢獻(xiàn)出我們自己的一份力量?！敬鸢浮考矣秒婏堝伆寻央娔苻D(zhuǎn)化為內(nèi)能，煤氣爐燃燒時把化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，等等?！敬鸢浮浚?）能，5.1m/s（2）工程師這樣設(shè)計(jì)，在保證車輛和乘客安全的前提下，盡可能科學(xué)地利用能量轉(zhuǎn)化，讓車輛的一部分動能轉(zhuǎn)化為車輛的重力勢能，使得車輛行駛速度降到一個安全合理的范圍，減少因?yàn)閯x車造成的能量浪費(fèi)，從而達(dá)到科學(xué)合理利用能量、節(jié)約能源的目的?！窘馕觥吭O(shè)車輛（含乘客）總質(zhì)量為m，剛要上車時，初動能可以記為。站臺高度h=2m，那么車輛沖上站臺時重力勢能的增加量。，所以車輛依靠慣性即可“沖”到站臺上。根據(jù)機(jī)械能守恒定律，，代入數(shù)據(jù)，解得。【答案】142.7kW【解析】建立一個關(guān)于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的物理模型，則通過風(fēng)力發(fā)電機(jī)的風(fēng)的發(fā)電功率為?！敬鸢浮俊窘馕觥扛鶕?jù)