【公開課】能源與可持續(xù)發(fā)展+教學設計-高二上學期物理人教版（2019）必修第三冊

課題12.4能源與可持續(xù)發(fā)展教學目標1.列舉各種實例，說明能量是如何轉化的，解釋能量守恒定律的含義。2.通過實例分析，是知道能量耗散，認識自然界中能量轉化的方向性。3.了解太陽能、水能、核能、風能等能源的開發(fā)與利用。重點了解太陽能、水能、核能、風能等能源的開發(fā)與利用。難點通過實例分析，是知道能量耗散，認識自然界中能量轉化的方向性。教學過程一、新課引入師：同學們，你們能想到的生活中的能量轉化的實例有哪些？生：吃飯、水力發(fā)電、風扇等。二、新課教學師：分別說出吃飯、風力發(fā)電、水力發(fā)電、電風扇、微波爐、太陽能、植物光合作用和水果電池中的能量如何轉化的？生：吃飯是化學能轉化為內能和機械能，風力發(fā)電是風能轉化為電能，水力發(fā)電是重力勢能轉化為電能，電風扇是電能轉化為機械能，微波爐是電能轉化為內能，太陽能是太陽能轉化為電能，光合作用是光能轉化為化學能，化學電池是化學能轉化為電能。師：能量的變化分為兩種，一種是轉移（形式沒改變），另一種是轉化，但無論是能量發(fā)生轉移還是轉化，總能量保持不變，這就是能量守恒定律。教學過程問1：既然能量是守恒的，不會憑空消失，為什么我們還要節(jié)約能源呢？問2：把剛煮好的熱雞蛋放在冷水中，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。是否可能發(fā)生這樣的現象：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？生：這一現象并不違反能量守恒定律，但科學家研究發(fā)現，在自然界中，能量的轉化過程有些是可以自然發(fā)生的，有些則不能。例如，燃料燃燒時一旦把熱量釋放出去，就不會在此自動聚集起來供人類重新利用。能量的耗散表明，在能源的利用過程中，能量在數量上雖未減少，但是可利用的能量減少了，因此需要節(jié)約能源。師：就好比冰塊在手上，內能總是自發(fā)地從高溫物體轉移向低溫物體，而不會自發(fā)的由低溫物體向高溫物體轉移。再比如一輛行駛的小轎車，燃料燃燒產生的內能有37%通過發(fā)動機散熱系統(tǒng)排除，37%直接由排氣管排出，有26%變?yōu)榘l(fā)動機輸出的機械能。機械能可以全部轉化為內能，而內能不可全部轉化為機械能而不引起其他變化，熱機的效率不可能為100%。問：能否制成永動機（不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對外做功的機器）？師：磁力永動機利用永久磁鐵南（S）北（N）兩磁極的同名相斥或異名相吸原理帶動輪子一直轉動。軟臂永動機是利用軟臂倒下來時的作用力帶動輪子一直轉動。滾珠永動機是利用格板的形狀，使一邊的球滾到另一邊遠離輪心遠的地方，一旦輪子啟動，由于輪子右邊的球的作用，驅動輪子不停地轉動。阿基米德浮力永動機是利用水對小球的浮力作用帶動齒輪一直轉動。水塔式永動機是由上面水槽流出的水，沖擊水輪轉動，水輪在帶動水磨轉動的同時，通過一組齒輪帶動螺旋汲水器，把蓄水池里的水重新提升到上面的水槽中，循環(huán)往復，一直運動。教學過程師：人們把這類不需要消耗能量的永動機稱為第一類永動機，根據能量守恒定律，任何一部機器，只能使能量從一種形式轉化為另一種形式，而不能無中生有地制造能量，因此第一類永動機是不可能制成的。17～18世紀許多機械專家就已經論證了永動機是不可能的，法國科學院在1775年就正式決定不再研究和試驗任何永動機。例1.下列對能的轉化和守恒定律的認識正確的是(ABC)A.某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加B.某個物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加C.不需要任何外界的動力而持續(xù)對外做功的機器——永動機是不可能制成的D.石子從空中落下，最后靜止在地面上，說明機械能消失了師：我們可以將能源按利用技術、使用、能否再生和對環(huán)境的影響來分類。師：人類利用能源大致經歷了三個時期，即柴薪時期，煤炭時期，石油時期。柴薪時期出現年代：五六十萬年前，火的使用是人類在能源利用上的第一個里程碑。從火的發(fā)現到18世紀產業(yè)革命期間，樹枝雜草一直是人類使用的主要能源，它使人類脫離了茹毛飲血的時代。煤炭時期出現年代：13世紀教學過程大規(guī)模開采并使用其稱為主要能源是18世紀中葉。1769年，瓦特發(fā)明蒸汽機，煤炭作為蒸汽機的動力之源而備受關注。蒸汽機的廣泛使用，帶動了工業(yè)革命和資本主義社會的成長。石油時期出現年代：19世紀末20世紀初第二次世界大戰(zhàn)之后，在美國、中東等地區(qū)相繼發(fā)現了大油田及伴生的天然氣。與此同時，內燃機的發(fā)展推動了機械化和