第二节 能源的利用方式（表格式教学设计）物理粤教版2019必修第三册

第二节　能源的利用方式 年级 高二年级 学科 物理 教师 课题 第二节　能源的利用方式 教学 目标 物理观念 能识别并分类常见能源形式（化石能源、可再生能源、核能)，理解其能量来源及转化路径；掌握能量利用过程中效率的概念，能结合实例计算简单系统的能量转化效率。 科学思维 能运用比较、归纳的方法分析不同能源利用方式的技术特点与适用条件；能基于数据和事实进行推理，评估各类能源的优缺点及其对社会发展的综合影响。 科学探究 能设计简单的调查方案，收集本地能源使用现状的相关信息；能通过小组合作完成能源利用案例的分析报告，提出优化建议。 科学态度 与责任 形成节约能源、保护环境的责任意识，认同绿色低碳生活方式的重要性；关注国家能源战略，理解科技发展在推动能源转型中的关键作用。 教学 重难点 1.常见能源的分类及其利用方式(重点)。 2.能量转化效率的含义及实际意义(重点)。 3.理解不同能源利用方式背后的能量转化链条，综合评价能源选择中的经济、环境与社会因素(重难点)。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 教师：能源是整个世界发展和经济增长最基本的驱动力。生活中，有许许多多能提供可利用能量的物质资源，同学们能说说有哪些资源吗？ 学生：煤炭、石油、天然气等等。 学生思考并回答问题。 新课讲授 一、水能 教师：水能是我们生活中比较常见的能源之一。所谓水能是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。请结合教材内容，说说从广义和狭义的角度看，水能包括哪些呢？ 学生：广义的水能资源：包括河流水能、潮汐水能、波浪能、海流能等能量资源。狭义的水能资源：指河流的水能资源。 教师：目前最易开发和利用的比较成熟的水能是河流水能，主要用于水力发电。请查阅资料，结合教材，以水力发电站原理或三峡水电为例，思考下列问题。 （1）请分析水力发电过程的能量转化情况是怎样的？ （2）水力发电有什么特点？ （3）三峡水电站带来了哪些效益？ 学生：（1）水力发电是通过在天然的河流上修建拦水建筑物，积蓄势能，然后通过引水管道将高位的水引导到低位置的水轮机，使水的势能转变为水轮机的机械能，带动与水轮机同轴的发电机发电，从而实现从水能到电能的转换。（2）可再生、无污染。（3）防洪、发电、航运、水资源调控。 【典例1】　如图甲、乙是某类潮汐发电示意图。涨潮时开闸，水由通道进入海湾水库蓄水，待水面升至最高点时关闭闸门(见图甲)。当落潮时，开闸放水发电(见图乙)。设海湾水库面积为5.0×108m2，平均潮差为3.0m，一天涨落潮两次，发电的平均能量转化率为10%，则一天内发电的平均功率约为(ρ水取1.0×103kg/m3，g取10N/kg)(　　) A．2.6×104kW　　 B．5.2×104kW C．2.6×105kW D．5.2×105kW 【答案】B 【详解】利用潮汐发电，就是水的重力势能转化为电能，水能转化电能的效率是10%，一次涨潮，退潮后水坝内水的势能增加 W水=G△h=mg△h=ρ水Vg△h=ρ水Shg△h=ρ水Sgh△h △h为水的重心下降的高度，即△h=1.5m 则水的势能可转变为电能 W电=W水×10%=ρ水Sgh△h×10% =1.0×103kg/m3×5.0×108m2×10N/kg×3m×（1.5m）×0.1J =2.25×1012J 每天2次涨潮，则该电站一天能发电4.5×1012J，所以每天的平均功率为 P==5.2×104kW 故ACD错误，B正确。 故选B。 学生阅读教材，回答问题。 学生完成例题解答。 新课讲授 二、风能 教师：风能是因空气流动而提供给人类的一种可利用的能量。同学们能说说我们主要有哪些风能的利用吗？ 学生：甘肃酒泉风力发电基地（图一）、广东阳江沙扒海上风电场（图二） 。 图一 图二 教师：如图所示示风力发电原理示意图，请小组讨论，简述风力发电的工作原理。 学生：风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，把风的动能转变为风车叶片的机械能，发电机在风车叶片转轴带动下旋转发电，最终经变换器转换成合适的电压送入电网。 【典例2】　风力发电机是将风能（气流的动能）转化为电能的装置，其主要部件包括风轮机、齿轮箱，发电机等。如图所示。 （1）风轮机叶片旋转所扫过的面积为风力发电机可接受风能的面积．设空气密度为ρ，气流速度为v，风轮机叶片长度为r。求单位时间内流向风轮机的最大风能Pm； （2）在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，简述可采取的措施。    【答案】（1）；（2）增大风轮机叶片半径r等 【详解】（1）风垂直流向风轮机时，提供的风能功率最大。单位时间内垂直流向叶片旋转面积的气体质量为 ， 单位时间内流向风轮机的最大风能 （2）在风速和叶片数确定的情况下，要提高风轮机单位时间接受的风能，增大风轮机叶片半径r。 学生阅读教材，回答问题。 学生完成例题解答。 新课讲授 三、太阳能 教师：你知道现在利用太阳能主要有哪些方式吗？ 学生：直接利用太阳能的方式主要有三种：1.光热转化；2.光电转化；3.光化学转化。 教师：如图所示是太阳能热水器原理示意图，请简述太阳能热水器的工作原理。 学生：太阳能热水器是一种将太阳能转换成热能的加热装置，如图所示，冷水通过管道进入太阳能热水器内，流过集热板，集热板能收集太阳能，将太阳能转化为热能，然后把冷水加热、由于冷水的密度比热水的密度大，热水会自动往上升，然后形成一个循环动力,水就在集热板处逐渐升温，达到一定温度后就能进入储热水箱供热水。 学生阅读教材，思考并回答问题。 新课讲授 四、核能 教师：核能（或称原子能)是一种储存在原子核内部的能量,原子核发生核反应时，会释放巨大的能量。 如图是我们核电站的分布，请阅读教材，说说核能主要的获取方式有哪些？ 学生：核裂变和核聚变两种方式。 教师：能简要描述一下这两种方式吗？ 学生：核裂变：由较重的原子核（主要是指铀核或钚核）分裂成两个或多个质量较轻的原子核的反应。 核聚变：有两个质量较轻的原子核（如氘或氚）在一定条件下聚合成一个较重的原子核的反应。 教师：目前核能主要用于发电.核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式. 它与火力发电极其相似，只是以核反应堆及蒸汽产生器来代替火力发电的锅炉，以核裂变能代替矿物燃料的化学能。如图是核能发电基本结构示意图。 学生阅读教材，思考并回答问题。 课 堂 练 习 1.市面上出售一种装有太阳能电扇的帽子(如图所示)。在阳光的照射下，小电扇快速转动，能给炎热的夏季带来一丝凉爽。该装置的能量转化情况是(　　) A.太阳能→电能→机械能 B.太阳能→机械能→电能 C.电能→太阳能→机械能 D.机械能→太阳能→电能 答案　A 解析　帽子上的太阳能电池板将太阳能转化为电能，供小电扇工作，小电扇工作时消耗电能，将电能转化为扇叶的机械能，故A正确。 2. PM2.5主要来自化石燃料、生活物质、垃圾的焚烧，为了控制污染，要求我们节约及高效利用能源。关于能源和能量，下列说法正确的是(　　) A.自然界的石油、煤炭等资源可供人类永久使用 B.能量被使用后就消失了，所以要节约能源 C.人类应多开发与利用太阳能、风能等新能源 D.能量的耗散说明自然界的能量正在不断减少 答案　C 解析　煤、石油虽然是当下人类利用的主要能源，但不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，故A错误；能量被使用后转化为其他形式的能，能量并没有消失，故B错误；太阳能和风能，包括水能等都是可再生能源且为清洁能源，应该尽量开发，故C正确；能量虽然守恒，但有些能量使用以后不可能再被利用，所以要节约能源，但能量是不会减少，也不会被消灭掉的，只是形式发生转变，故D错误。 3.如图是城市照明中常使用的“风光互补”景观照明灯。它“头顶”小风扇，“肩扛”光电池板，“腰挎”照明灯，“脚踩”蓄电池。下列解释合理的是(　　) A.光电池板是将电能转化为光能 B.照明灯是将内能转化为电能 C.小风扇利用风力发电，将机械能转化为电能 D.蓄电池夜晚放电，将电能转化为化学能 答案　C 解析　这种新能源的路灯，“肩扛”太阳能电池板可以把太阳能转化为电能，选项A错误；照明灯消耗电能而发光，是将电能转化为光能，选项B错误；“头顶”的小风扇可以把风能转化为电能，选项C正确；蓄电池在夜晚放电时，将化学能转化为电能，选项D错误。 4.低碳生活是一种绿色又环保的新型生活方式，日常生活中注意节电、节油、节气、节水，从点滴做起，保护环境，保护地球。下列关于能源与能量的理解正确的是(　　) A.能量是守恒的，没有必要提倡节约能源 B.能量的耗散表明自然界的能量在利用过程中正在不断地消失 C.自然界中石油、煤炭等能源取之不尽，用之不竭，只需不断开发 D.人类应积极开发与利用风能、太阳能、潮汐能等可再生的新能源 答案　D 解析　在能源的利用过程中，虽然能量在数量上并未减少，但可利用的品质越来越差，故仍需节约能源，故A错误；能量的耗散表明自然界的能量在转化的过程中可利用的品质越来越差，但总量不会减小，故B错误；自然界中石油、煤炭指的是亿万年前的大量生物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，在短时间内不能再生，是不可再生能源，故C错误；风能、太阳能、潮汐能是可再生能源，人类应多开发与利用，故D正确。 5.如图所示是装在农家屋顶上的12块多晶硅太阳能电池板，每块尺寸：长1 634 mm、宽990 mm。晴天时，电池板每平方米每分钟接收到的太阳辐射能约6×104 J，电池板的光电转化效率约15%，平均每天等效日照时间4 h，则1年可发电约(　　) A.1.4×108 J B.1.7×109 J C.1.5×1010 J D.1.0×1011 J 答案　C 解析　1年内太阳能电池板吸收的太阳能转化为电能的大小为W总＝SW0t总η＝1.634×0.990×12×6×104×4×60×365×15% J≈1.5×1010 J，故C正确。 课 堂 小 结 能源是用于提供能量的资源,能量虽然是守恒的,但石油等化石资源需要上亿年的转化才能形成,是不可再生能源。人类离不开能源,在利用能源时,在节能的前提下,还要大力开发清洁能源。通过对能源与社会发展相关知识的学习,让学生养成自觉节能的习惯和开发新能源的理想。 板 书 设 计 第二节　能源的利用方式 1．水能 (1)水能是一种能源，是指水体的动能、势能和压力能等能量资源。 (2)水力发电过程其实是一个能量转换的过程。 (3)水能资源最显著的特点是可再生、无污染。 2．风能 (1)风能是因为空气流动而提供给人类的一种可利用的能量。 (2)风力发电是利用风力带动风车叶片旋转，把风的动能转变为风车叶片的机械能，发电机在风车叶片转轴带动下旋转发电，最终经变换器换成合适的电压送入电网。 3．太阳能 (1)对太阳能的利用主要有太阳能的光热转换、光电转换和光化学转换三种。 (2)太阳能是一种取之不尽，用之不竭且对环境无污染的能量。 4．核能 (1)核能是一种储存在原子核内部的能量。 (2)核能发电是利用核反应堆中核裂变所释放出的热能进行发电的方式。 作业 布置 1.完成教材课后作业：“习题”。 2.配套分层作业。 教学反思 随着信息交流的快速发展,对于人类面临的能源问题学生并不陌生,但是对于能量耗散的原理并不理解,所以教学中通过列举事实的方法帮助学生构建了能量耗散的概念,让学生理解自发过程的方向性,从而理解能量耗散的概念。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $