12.4 能源与可持续发展 教学设计-2022-2023学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

12.4 能源与可持续发展

1. 列举各种实例，说明能量是如何转化的，解释能量守恒定律的含义。

2. 通过实例分析，是知道能量耗散，认识自然界中能量转化的方向性。

3. 了解太阳能、水能、核能、风能等能源的开发与利用。

了解太阳能、水能、核能、风能等能源的开发与利用。

通过实例分析，是知道能量耗散，认识自然界中能量转化的方向性。

一、新课引入

师：同学们，你们能想到的生活中的能量转化的实例有哪些？

生：吃饭、水力发电、风扇等。

二、新课教学

师：分别说出吃饭、风力发电、水力发电、电风扇、微波炉、太阳能、植物光合作用和水果电池中的能量如何转化的？

生：吃饭是化学能转化为内能和机械能，风力发电是风能转化为电能，水力发电是重力势能转化为电能，电风扇是电能转化为机械能，微波炉是电能转化为内能，太阳能是太阳能转化为电能，光合作用是光能转化为化学能，化学电池是化学能转化为电能。

师：能量的变化分为两种，一种是转移（形式没改变），另一种是转化，但无论是能量发生转移还是转化，总能量保持不变，这就是能量守恒定律。

问1：既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么我们还要节约能源呢？

问2：把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的溫度相同。是否可能发生这样的现象：原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升？

生：这一现象并不违反能量守恒定律，但科学家研究发现，在自然界中，能量的转化过程有些是可以自然发生的，有些则不能。例如，燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会在此自动聚集起来供人类重新利用。能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但是可利用的能量减少了，因此需要节约能源。

师：就好比冰块在手上，内能总是自发地从高温物体转移向低温物体，而不会自发的由低温物体向高温物体转移。再比如一辆行驶的小轿车，燃料燃烧产生的内能有37%通过发动机散热系统排除，37%直接由排气管排出，有26%变为发动机输出的机械能。机械能可以全部转化为内能，而内能不可全部转化为机械能而不引起其他变化，热机的效率不可能为100%。

问：能否制成永动机（不消耗任何能量，却可以源源不断地对外做功的机器）？

师：磁力永动机利用永久磁铁南（S）北（N）两磁极的同名相斥或异名相吸原理带动轮子一直转动。软臂永动机是利用软臂倒下来时的作用力带动轮子一直转动。滚珠永动机是利用格板的形状，使一边的球滚到另一边远离轮心远的地方，一旦轮子启动，由于轮子右边的球的作用，驱动轮子不停地转动。阿基米德浮力永动机是利用水对小球的浮力作用带动齿轮一直转动。水塔式永动机是由上面水槽流出的水，冲击水轮转动，水轮在带动水磨转动的同时，通过一组齿轮带动螺旋汲水器，把蓄水池里的水重新提升到上面的水