C能的轉(zhuǎn)化的方向性能源開(kāi)發(fā)

1、第七章 C 能的轉(zhuǎn)化的方向性 能源開(kāi)發(fā)一、教學(xué)任務(wù)分析本節(jié)內(nèi)容主要包括自然過(guò)程的方向性、能源及能源種類(lèi)、能源危機(jī)及環(huán)境問(wèn)題等，是對(duì)之前能的種類(lèi)、能量的轉(zhuǎn)化和守恒等學(xué)習(xí)內(nèi)容的深化、總結(jié)和應(yīng)用。本節(jié)內(nèi)容的學(xué)習(xí)對(duì)學(xué)生認(rèn)同科學(xué)規(guī)律、建立社會(huì)責(zé)任感有重要的意義。學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容需要有能的概念、能的分類(lèi)、能的轉(zhuǎn)化、能量守恒定律、熱傳遞、分子熱運(yùn)動(dòng)以及相應(yīng)的化學(xué)方面的知識(shí)基礎(chǔ)。本節(jié)教學(xué)可以分為“能的轉(zhuǎn)化方向性”，“能源及能源的利用”兩大主要環(huán)節(jié)，宜采用問(wèn)題引導(dǎo)、學(xué)生討論思考的方式展開(kāi)教學(xué)，如“既然能量守恒，為什么還會(huì)產(chǎn)生能源危機(jī)”、“如何更好的利用能源”等。教學(xué)可以通過(guò)創(chuàng)設(shè)情境開(kāi)始，提出問(wèn)題，接著進(jìn)行“自然過(guò)程

2、的方向性”、“能的耗散與退化”的學(xué)習(xí)，從而解決部分問(wèn)題，然后轉(zhuǎn)入“能源及能源的利用”環(huán)節(jié)的學(xué)習(xí)，通過(guò)對(duì)能源的種類(lèi)、能源的使用狀況、常規(guī)能源使用造成的環(huán)境問(wèn)題的了解，最終解決提出的問(wèn)題。在教學(xué)的過(guò)程中應(yīng)注重設(shè)置一些活動(dòng)，展示一些資料或?qū)W生收集一些資料來(lái)加強(qiáng)學(xué)生的直觀感受，使學(xué)生認(rèn)識(shí)能源的利用過(guò)程實(shí)質(zhì)上是能的轉(zhuǎn)化和傳遞過(guò)程而非創(chuàng)造能量，意識(shí)到節(jié)能、開(kāi)發(fā)新能源和環(huán)境保護(hù)的迫切性。二、教學(xué)目標(biāo)1知識(shí)與技能（1）知道能源及其種類(lèi)。知道一些新型能源。（2）知道自然過(guò)程的方向性。知道能量的耗散和退化。2過(guò)程與方法（1）通過(guò)解決“自然過(guò)程方向”的探討，感受歸納的一般方法。（2）通過(guò)全班同學(xué)搜集、分析資料，交流

3、討論等活動(dòng)，經(jīng)歷探究的一般過(guò)程。3情感、態(tài)度與價(jià)值觀（1）通過(guò)了解能源的現(xiàn)狀，懂得節(jié)能的意義，增強(qiáng)自覺(jué)節(jié)能的意識(shí)。（2）通過(guò)自然過(guò)程方向性的學(xué)習(xí)，從能量轉(zhuǎn)化的角度感悟尊重事實(shí)、遵循科學(xué)規(guī)律的重要性。三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)重點(diǎn)：增強(qiáng)開(kāi)發(fā)新能源、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。難點(diǎn)：了解認(rèn)同自然過(guò)程的方向性四、教學(xué)器材和課件“太陽(yáng)塔”演示錄像；“氣體擴(kuò)散的方向性”課件；“環(huán)境問(wèn)題”相關(guān)圖片。五、教學(xué)設(shè)計(jì)思路本教學(xué)設(shè)計(jì)以澳大利亞政府決定建造“千米太陽(yáng)塔”的報(bào)道引入，引導(dǎo)學(xué)生關(guān)于“澳政府為什么決定建造該塔”展開(kāi)討論，在學(xué)生討論的基礎(chǔ)上，歸納出世界面臨能源危機(jī)、使用新能源可以減少對(duì)環(huán)境污染的兩點(diǎn)中心思想。接著進(jìn)入

4、能源及其種類(lèi)的學(xué)習(xí)，這部分知識(shí)，學(xué)生在初中物理以及其他學(xué)科已多次接觸到，可以讓學(xué)生完成自主活動(dòng)，簡(jiǎn)單帶過(guò)。在了解能源現(xiàn)狀后，提出 “既然能量守恒，為什么還會(huì)產(chǎn)生能源危機(jī)”的問(wèn)題，過(guò)渡到“自然過(guò)程的方向性”的學(xué)習(xí)，在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步學(xué)習(xí)“能的耗散與退化”，從而解決上述提出的問(wèn)題。同時(shí)提出“如何更好的利用能源”的問(wèn)題，在分析“各種交通工具的效率”、“一輛在高速公路上勻速行駛的小汽車(chē)內(nèi)典型的能量流動(dòng)”兩份資料的基礎(chǔ)上，引導(dǎo)學(xué)生提出“節(jié)能”與“提高能量利用率”最后，以實(shí)際資料分析能源與環(huán)境問(wèn)題，得出“常規(guī)能源的大量消耗帶來(lái)了諸多環(huán)境問(wèn)題”，解決這個(gè)問(wèn)題，要靠新能源的開(kāi)發(fā)和利用。本設(shè)計(jì)要突出的重點(diǎn)是：增強(qiáng)

5、開(kāi)發(fā)新能源、節(jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的意識(shí)。方法是：以具體翔實(shí)的資料和數(shù)據(jù)，引導(dǎo)學(xué)生分析，加強(qiáng)學(xué)生切身體會(huì)，增加學(xué)生社會(huì)責(zé)任感，從而突出重點(diǎn)。本設(shè)計(jì)要突破的難點(diǎn)是：自然過(guò)程方向性。方法是：這部分涉及的是“熱力學(xué)第二定律”、“熵”的內(nèi)容，但這部分內(nèi)容在基礎(chǔ)型課程教學(xué)時(shí)不宜直接出現(xiàn)，且過(guò)渡展開(kāi)。因此實(shí)際處理中，通過(guò)教師展示單項(xiàng)過(guò)程以及學(xué)生自己舉例，然后進(jìn)行歸納得出結(jié)論。完成本設(shè)計(jì)的內(nèi)容約需2課時(shí)。六、教學(xué)流程 1、教學(xué)流程圖 情景“太陽(yáng)塔”問(wèn)題1活動(dòng)活動(dòng)1能源及其種類(lèi)活動(dòng)活動(dòng)2問(wèn)題問(wèn)題2、3、4活動(dòng)活動(dòng)3自然過(guò)程的方向性能量的耗散與退化問(wèn)題問(wèn)題5活動(dòng)活動(dòng)4問(wèn)題設(shè)問(wèn)2活動(dòng)活動(dòng)5鞏固練習(xí)節(jié)能提高能源利用率開(kāi)

6、發(fā)新能源2、對(duì)流程圖的說(shuō)明情景 千米太陽(yáng)塔播放太陽(yáng)塔演示錄像，提出問(wèn)題1：澳政府為什么決定建造太陽(yáng)塔?；顒?dòng) 閱讀、討論活動(dòng)1：閱讀課文關(guān)于“太陽(yáng)塔”的介紹，就問(wèn)題1展開(kāi)討論?；顒?dòng) 填表活動(dòng)2：按照表給出的能源分類(lèi)法，填寫(xiě)能源名稱(chēng)。問(wèn)題 設(shè)問(wèn)1 ：既然能量守恒，為什么還會(huì)有能源危機(jī)？問(wèn)題 問(wèn)題2：關(guān)于海水降溫發(fā)電的計(jì)算問(wèn)題3：將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？問(wèn)題4：電工冰箱工作過(guò)程的實(shí)際情況與熱傳遞的方向性是否矛盾？活動(dòng) 舉例活動(dòng)3：列舉幾個(gè)自然界和日常生活中具有“方向性”過(guò)程的例子？活動(dòng)IV 分析、應(yīng)用活動(dòng)4：結(jié)合圖示，說(shuō)明汽車(chē)行駛時(shí)，燃燒汽油釋放的化學(xué)能通過(guò)哪些途徑轉(zhuǎn)化成了周?chē)?/p>

7、環(huán)境的內(nèi)能？問(wèn)題 設(shè)問(wèn)2 ：如何更好地利用能源？活動(dòng)V 分析、討論活動(dòng)5：分析資料1、資料2，討論如何更好的利用能源。3、教學(xué)的主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計(jì)可分為五個(gè)具體的教學(xué)環(huán)節(jié)：第一環(huán)節(jié)，情景引入。第二環(huán)節(jié)，能源及能源種類(lèi)。第三環(huán)節(jié)，自然過(guò)程的方向性，能源的耗散與退化。第四環(huán)節(jié)，能源的利用與開(kāi)發(fā)。第五環(huán)節(jié)：鞏固練習(xí)。七、教案示例 情景導(dǎo)入情景 播放澳大利亞預(yù)建“太陽(yáng)塔”的演示錄像。問(wèn)題1 人們?yōu)槭裁匆度刖薮蟮娜肆臀锪ㄔ臁疤?yáng)塔”呢？活動(dòng)1 （1）閱讀教材上關(guān)于“太陽(yáng)塔”的介紹；（2）學(xué)生就問(wèn)題1開(kāi)展討論。經(jīng)過(guò)學(xué)生的討論、回答后，著重突出兩點(diǎn)意見(jiàn)：世界面臨能源危機(jī)；使用新能源可以減少對(duì)環(huán)境的污染。

8、 教學(xué)內(nèi)容（一）能源及能源的種類(lèi)1、能源【板書(shū)】（或投影）能夠提供可利用能量的物質(zhì)資源叫做能源。2、能源分類(lèi)活動(dòng)2 按照下表給出的能源分類(lèi)法，填寫(xiě)能源名稱(chēng)。類(lèi)別一次能源二次能源新能源常規(guī)能源3、世界能源的資源狀況及消耗種類(lèi)比例能源已探明儲(chǔ)量可開(kāi)采年限石油1.36×1011t3040年天然氣1.38×1014m35060年煤2×1011t約300年分析上圖表，我們可知我們面臨著嚴(yán)峻的能源危機(jī)問(wèn)題！設(shè)問(wèn)1 之前我們學(xué)習(xí)了能量守恒定律，既然能量守恒，為什么還會(huì)有能源危機(jī)？（二）自然過(guò)程的方向性問(wèn)題2 在初中我們學(xué)過(guò)當(dāng)物體升高或降低溫度時(shí)，就要吸收或放出熱量，并且熱量計(jì)算

9、的公式為：Qcmt，那么，現(xiàn)在我們計(jì)算一下這樣一個(gè)問(wèn)題：地球上有大量的海水，它的總質(zhì)量約為1.4×1018t，如果這些海水的溫度降低0.1，將要放出多少焦耳的熱量？若三峽水電站一年發(fā)電量為500億千瓦時(shí)，則相當(dāng)于幾個(gè)三峽水電站一年的發(fā)電量？（海水的c4.2×103J/kg）同學(xué)計(jì)算：Q 4.2×103×1.4×1018×103×0.1 J 5.8×1023J； n 3.2×106（個(gè)）這相當(dāng)于320多萬(wàn)個(gè)三峽水電站一年的發(fā)電量，且不違背能量守恒定律，為什么人們不去研究這種“新能源”呢？因?yàn)?，在自然界中這樣

10、做是不可能的。1、熱傳遞的方向性問(wèn)題3 將一塊燒紅的鐵塊投入冷水中，會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象呢？同學(xué)回答：鐵塊的溫度降低，水的溫度升高，最終兩者溫度相同。兩個(gè)溫度不同的物體相互接觸時(shí)，熱量會(huì)自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，結(jié)果使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高。誰(shuí)見(jiàn)過(guò)這樣的現(xiàn)象：將燒紅的鐵塊投入水中，結(jié)果鐵塊溫度更高，水的溫度更加低。 也就是說(shuō)，誰(shuí)也沒(méi)有見(jiàn)過(guò)：熱量會(huì)自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，使低溫物體的溫度越來(lái)越低，高溫物體的溫度越來(lái)越高。這里所說(shuō)的“自發(fā)地”指的是沒(méi)有任何外界的影響或幫助。【板書(shū)】（或投影）熱傳導(dǎo)的過(guò)程是有方向性的，這個(gè)過(guò)程可以向一個(gè)方向自發(fā)地進(jìn)行，但是向相反方向卻不能自發(fā)地進(jìn)

11、行。要實(shí)現(xiàn)相反方向的過(guò)程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其他影響或引起其它變化。問(wèn)題4 電工冰箱工作過(guò)程（熱量從冰箱內(nèi)的低溫區(qū)傳遞到外界溫度較高的空氣中）的實(shí)際情況與上述說(shuō)法是否矛盾？同學(xué)回答：不，因?yàn)殡姳湎牧穗娔?。這是因?yàn)殡姳湎牧穗娔埽瑢?duì)制冷系統(tǒng)做了功，一旦切斷電源，電冰箱就不能把其內(nèi)部的熱量傳給外界的空氣了。這個(gè)過(guò)程不是自發(fā)進(jìn)行的，它引起了其他變化，即消耗了電源的電能。因此它與上述說(shuō)法不矛盾。2、機(jī)械能和內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化的方向性一個(gè)在水平地面上運(yùn)動(dòng)的物體，由于克服摩擦力做功，最后總要停下來(lái)，在這個(gè)過(guò)程中，物體的動(dòng)能轉(zhuǎn)化成為內(nèi)能，使物體和地面的溫度升高。有人提出這樣一種設(shè)想，發(fā)明一種裝置，

12、用它把物體與地面摩擦所生的熱量都吸收過(guò)來(lái)并對(duì)物體做功，將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動(dòng)能，使因摩擦停止運(yùn)動(dòng)的物體在地面上重新運(yùn)動(dòng)起來(lái)，而不引起其它變化。這是一個(gè)非常誘人的設(shè)想，這種設(shè)想并不違反能量守恒定律，如果真能造出這樣的裝置，那么，我們的“能源問(wèn)題”也就解決了。其實(shí)人們?yōu)橹圃爝@類(lèi)裝置作出了各種努力，最終是失敗了。這類(lèi)裝置不可能制成，因?yàn)椋骸景鍟?shū)】（或投影）機(jī)械能和內(nèi)能的轉(zhuǎn)化過(guò)程具有方向性，機(jī)械能可以全部轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，內(nèi)能卻不能全部轉(zhuǎn)化成機(jī)械能，同時(shí)不引起其它變化。3、其他過(guò)程的方向性活動(dòng)3 列舉幾個(gè)自然界和日常生活中具有“方向性”過(guò)程的例子？同學(xué)回答：【課件演示】 氣體擴(kuò)散的方向性【板書(shū)】（或投影）自然過(guò)

13、程的方向性：大量的事實(shí)表明，自然界中的一切實(shí)際變化過(guò)程都具有方向性，朝某個(gè)方向的變化是可以自發(fā)發(fā)生的，相反方向的變化確是受到限制的。這時(shí)如果要使變化了的事物重新回復(fù)到原來(lái)的狀態(tài)，一定會(huì)對(duì)外界產(chǎn)生無(wú)法消除的影響，這就是自然界的不可逆性。（三）能量的耗散與退化根據(jù)前面的討論，我們知道將內(nèi)能從物質(zhì)中取出，使它轉(zhuǎn)化為機(jī)械能時(shí)，總有一部分要散發(fā)到溫度較低的環(huán)境中。只有部分內(nèi)能成為有用的機(jī)械能，另一部分成了“廢品”。從這個(gè)意義上說(shuō)，內(nèi)能是一種低品質(zhì)的能?！景鍟?shū)】（或投影）流散的內(nèi)能無(wú)法重新收集起來(lái)加以利用的現(xiàn)象，稱(chēng)為能量耗散。比如：電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)變成電能，電能又在燈泡中轉(zhuǎn)成光能，光被墻壁吸收之后，變成周

14、圍環(huán)境的內(nèi)能；火爐把屋子烤暖，這時(shí)高溫物體的內(nèi)能變成低溫物體的內(nèi)能。沒(méi)有“外界的幫助”這些散失的能量永無(wú)法重復(fù)利用。活動(dòng)4 結(jié)合下圖說(shuō)明，汽車(chē)行駛時(shí)，燃燒汽油釋放的化學(xué)能通過(guò)哪些途徑轉(zhuǎn)化成了周?chē)h(huán)境的內(nèi)能？同學(xué)回答：化學(xué)能變成了氣缸內(nèi)氣體的內(nèi)能，一部分內(nèi)能轉(zhuǎn)化為汽車(chē)的動(dòng)能，另一部分散失到周?chē)沫h(huán)境中成為環(huán)境的內(nèi)能汽車(chē)的動(dòng)能通過(guò)摩擦轉(zhuǎn)化為環(huán)境的內(nèi)能氣缸內(nèi)氣體的內(nèi)能還有一部分通過(guò)汽車(chē)發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)化為蓄電池內(nèi)的化學(xué)能，使用蓄電池時(shí)這部分化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能又通過(guò)車(chē)燈轉(zhuǎn)化為光能，光照到地面空氣，轉(zhuǎn)化為環(huán)境的內(nèi)能設(shè)問(wèn)2 至此，我們就知道了雖然能量是守恒的，但我們?nèi)悦媾R著能源危機(jī)的原因！在這種情況下，我們應(yīng)思考，

15、如何更好地利用能源？（四）能源的利用資料1 各種交通工具的效率交通工具人·公里/升私家小轎車(chē)（平均乘坐1.15人）7商業(yè)航空飛機(jī)14合伙用車(chē)（平均乘坐4人）25公共汽車(chē)32城市間火車(chē)60步行178*自行車(chē)642*將食物的卡路里數(shù)折合汽油容積資料2 一輛在高速公路上勻速行駛的小汽車(chē)內(nèi)典型的能量流動(dòng)活動(dòng)5 根據(jù)資料1、資料2，討論如何利用能源面對(duì)當(dāng)前的能源危機(jī)問(wèn)題，我們應(yīng)當(dāng)節(jié)能，同時(shí)利用科技進(jìn)步提高能源利用率。（五）能源與環(huán)境常規(guī)能源的大量消耗帶來(lái)了諸多環(huán)境問(wèn)題：溫室效應(yīng)、酸雨、光化學(xué)煙霧問(wèn)題5 煤、石油、天然氣等能源能以熱的形式提供人類(lèi)所需能量試以它們各自的主要成分C、CnH2n+2、

16、CH4為代表，寫(xiě)出它們充分燃燒時(shí)的化學(xué)反應(yīng)方程式，并指出它們?nèi)紵龝r(shí)，哪一種產(chǎn)生的溫室效應(yīng)氣體（CO2）少？同學(xué)回答： 質(zhì)量相同的燃料，CH4產(chǎn)生的溫室氣體最少。 解決常規(guī)能源帶來(lái)的環(huán)境問(wèn)題，要靠新能源的開(kāi)發(fā)和利用。 鞏固練習(xí)1、對(duì)下列過(guò)程判斷正確的是（ ） A電流的能不可能全部變?yōu)閮?nèi)能 B在火力發(fā)電機(jī)中，燃?xì)獾膬?nèi)能能全部變?yōu)殡娔?C熱機(jī)中，燃?xì)鈨?nèi)能不可能全部變?yōu)闄C(jī)械能D在熱傳導(dǎo)中，熱量有可能自發(fā)地從低溫物體傳遞給高溫度物體答案：C2、據(jù)中國(guó)環(huán)境報(bào)報(bào)道：從一份科技攻關(guān)課題研究結(jié)果顯示，我國(guó)酸雨區(qū)已占國(guó)土面積的40以上，研究結(jié)果還表明，我國(guó)農(nóng)業(yè)每年因遭受酸雨而造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)15億多元。為了有效控制酸雨，目前國(guó)務(wù)院已批準(zhǔn)酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)劃分方案等法規(guī)。（1）在英國(guó)進(jìn)行的一項(xiàng)研究結(jié)果表明：高煙囪可有效地降低地面SO2 濃度在20世紀(jì)的6070年代的10年間，由發(fā)電廠排放的SO2增加了35，但由于建造高煙囪的結(jié)果，地面濃度降低了30之多。請(qǐng)你從全球環(huán)境保護(hù)的角度，分析這種作法是否可??？說(shuō)其理由。_（2）用傳統(tǒng)的煤、石油做燃料，其主要缺點(diǎn)是什么？（3） 水能可以用來(lái)發(fā)電，為人類(lèi)提供清潔能源若某水電站的平均流量為 Q(m3/s)，落差為h(m)，發(fā)電效率為 ，則發(fā)電機(jī)組的輸出電功率約為多少？ 答案：（1）不可取，因?yàn)镾O2 的排放總量并沒(méi)有減少，進(jìn)一步形成的