12.4能源与可持续发展 教学设计-2024-2025学年高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

能量的耗散是从能量转化的角度反映出自然界中的宏观过程具有方向性 高一物理学习设计 编者： 审核: 高一物理组 日期： 12.4能源与可持续发展 【课标要求】 1、了解利用水能、风能、太阳能和核能的方式。初步了解核裂变与核聚变。 2、知道不同形式的能量可互相转化，在转化过程中能量总量保持不变，能量转化是有方向性的。 3、了解可再生能源和不可再生能源的分类，认识能源的过度开发和利用对环境的影响。 4、认识环境污染的危害，了解科学·技术·社会·环境协调发展的重要性，具有环境保护的意识和行为。 【学习目标】 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、 通过实例分析知道能量耗散，认识自然界中能量转化的方向性。 3、 收集资料，讨论能源的开发与利用所带来的环境污染问题，认识环境污染的危害，思考科学·技术·社会·环境协调发展的关系，具有环境保护的意识和行动。 4、 了解太阳能、水能、核能和风能等能源的开发利用，知道利用能量是人类生存和社会发展的必要条件之一。知道人类利用的能量来自可再生能源和不可再生能源，认识合理使用能源的重要性，具有可持续发展观念，养成节能的习惯。 【情景设计】 我们知道，内能可以转化成电能，电能可以转化成光能、内能或机械能……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? 【问题体验1】 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，最后水和鸡蛋的温度相同。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？ 这一现象并___违反能量守恒定律，但是这样的过程为什么不存在呢？科学家研究发现，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。例如，假设达到相同温度的鸡蛋和水能自发地变成原来的温度的热鸡蛋和冷水，那么原来的过程就是可逆的。但事实上这个现象是 的。虽然能量是守恒的，但是，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1：燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。 例2：电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用。这种现象叫作 。 【归纳总结1】能量的转移和转化的方向性 1、能量守恒定律：能量既不会凭空 ，也不会凭空 ，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在_____或_____的过程中，能量的总量 。 2、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，但在可利用的品质上 了，从 的能源变成 的能源。这是能源危机的深层次的含义，也是自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源的根本原因。 3、能量的耗散是从能量____的角度反映出自然界中的宏观过程具有 。能源的利用受这种方向性的制约，所以，能源的利用是有条件的，也是有代价的。 【达标检测1】 3.图12.4-6是某工程师的轻轨车站设计方案，与站台前后连接的轨道都有一个小坡度，列车进站时要上坡，出站时要下坡。假设站台高度比途中轨道高出2m，列车在途中轨道进站前的速度为29.2km/h。 （1）此时切断电源，不考虑阻力，列车能否“冲”上站台？如果能，到达站台上的速度是多大？g取10m/s2。 （2）你认为工程师这样设计的意图是什么？ 【问题体验2】 1、 太阳能发电 （1）太阳能的利用对环境的影响很 。利用太阳能最有前途的领域是，通过太阳能电池将太阳能直接转化成电能。目前我国是最大的光伏①产品制造国。2015年年底，我国太阳能光伏发电累计并网容量达到4.158×10⁷ kW。 （2）图12.4-7是架在屋顶的太阳能热水器。已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量E0为7×103J/（m2·s）。一台热水器的聚热面积为2m2，若每天相当于太阳直射热水器4h，太阳能的20%可转化为水的内能，那么这个热水器一天内最多能利用的太阳能为多少？ 2、 水力发电 （1）水能是可再生能源，水电站是利用水能的重要形式。水电对环境的影响比火电小，发电成本 。到 2015年中国水电装机总量突破3×10°kW，约占全球水电装机总量的 1/4，居世界第一。 （2）三峡水力发电站是我国最大的水力发电站。三峡水库蓄水后，平均水位落差约为100m，水的流量约为1.35×104m3/s。船只通航需要约3500m3/s的流量，其余流量可全部用来发电。水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有20%转化为电能。 ①按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大是多少？ ②根据你对家庭生活用电的调查来估算，如果三峡电站全部用于城市生活用电，它可以满足多少个百万人口城市的生活用电？ 3、 风能发电 （1）为了增加风力发电的功率，通常把很多风车建在一起，成为“风车田”。我国风力资源丰富，尤其是西北、华北、华东、西南地区。随着新能源政策的引导及风力发电、并网等技术的发展，我国风力发电开发走在了世界前列，装机容量居全球第一。 （2）某地区的风速为14m/s, 空气的密度为1.3 kg/m³。若使风力发电机转动的风通过的截面积为400m², 且风能的20%可转化为电能，则发电功率是多少? 4、核能发电：一些质量较大的原子核在裂变成较轻的原子核时，释放出的能量要远远____于化学燃料释放出的能量。核电站就是利用 来发电的。有些质量较小的原子核聚合在一起发生聚变时，也会释放出能量。它比裂变反应的产能效率____，产生的核废料也比裂变的_____，我国具有完全自主知识产权的三代百万千瓦级核电技术电站——华龙一号其安全指标和技术性能已达到国际第三代核电技术水平。我国的核能发电技术已居于世界领先地位。 【归纳总结2】 分类 能源分类名称 特点 举例 技术 常规能源 已大规模正常使用 煤、石油、天然气 新能源 正在开发或有新的利用方式 太阳能、核能、地热能、海洋能、风能 可否再生 可再生能源 可循环使用、不断补充 水能、风能、生物质能、地热能 不可再生能源 短期内无法转换获得 煤、石油、天然气、核燃料 对环境污染情况 清洁能源 对环境基本上没有污染 太阳能、海洋能、风能、水能 污染能源 会严重污染环境 化石燃料(煤、石油、天然气) 【问题体验3】阅读课本P97-98页 【归纳总结3】 1人类对能源的利用大致经历了三个时期,即 时期、煤炭时期、 时期，向多能源结构时期过渡. 【达标检测3】 93号汽油的密度为0.725 kg/L，汽油的燃烧值是 0.46x107J/kg，汽车以80 km/h的速度行驶时，百千米耗油约10L，求汽车消耗的总功率。这其中只有9kW到达驱动轮，求整辆汽车的总效率。 【巩固提升】 A1.一块数码相机的锂电池电动势为3.7V，容量为1000mA·h。电池充满后，关闭液晶屏时可拍摄照片400张左右，打开液晶屏时可拍摄照片150张左右。在关闭和打开液晶屏时每拍摄一张照片消耗的电能各是多少？ A2.使用功率为2kW的电加热装置把2kg的水从20℃加热到100℃，用了10min。已知水的比热容为4.2×103J/（kg·℃），那么这个装置的效率是多少？ 【自我评价】你对自己本节课的知识掌握、课堂表现作何评价？ ( 12-4- 2 ) ( 12-4- 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $$