章能源与能量守恒定律20.1

第二十章能源与能量守恒定律一、《课标》要求1、知道能量守恒定律。能举出日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分物理现象的意识。解读：标准的第一点要求是“知道能量守恒定律”，属于“了解”水平；能量守恒定律是自然界最普遍、最基本的规律之一，它是人类认识自然的有利武器。将能量守恒定律列入标准无疑是十分必要的。标准的第二点要求是“能举出日常生活中能量守恒的实例”，属于“了解”水平；第二点要求是对第一点要求的评价和说明。由于日常生活的某一具体事件中能量守恒的实例是不存在的，应注意只要从较为宏观的角度，大致说明即可。例如，“从地球吸收太阳光开始，让学生讨论发生在地球上的许许多多能量转化现象”；从手中落地的乒乓球，为什么弹跳的高度越来越低？等。标准的第三点要求是“有用能量转化与守恒的观点分析物理现象的意识”，属于“理解”水平。目的是进一步发展“有用能量转化与守恒的观点分析物理现象的意识”，从而达到提高乐于探索日常生活中的物理问题的目的。本主题的内容与生活、科技和社会的联系十分紧密，要充分体现ＳＴＳ的观点，加强与其它学科的联系。活动建议“讨论和分析两个具体的永动机设计方案，说明永动机是不可能的。”旨在加深对能量守恒定律的了解，可以提供一些永动机的资料让学生去分析讨论，提倡让学生自己到网上收集有关资料。2、通过能量转化和转移，认识效率。解读：标准的要求属于“认识”水平。要求能通过生产生活中的一些常见实例，分析能量在转化和转移的过程中，有能量损耗，从而进一步从更广义的范围认识效率的概念。以增强提高效率的意识，用能量转化和转移的观点分析物理现象的意识。增强探索日常生活中的物理道理的乐趣。此主题应通过一些实际实例的分析讨论，让学生认识能量转化，提高效率的意识。如“用家用煤气灶做饭时，能量是怎样转化和转移的？认识炉子的效率。怎样提高生活中煤气灶的效率？”还可以安排一些活动，如“调查当地几种炉灶的能量利用效率，写出调查报告”；“访问农机或维修人员，了解内燃机中燃料释放热量的去向，讨论提高效率的可能途径。”等。3、初步了解现实生活中能量的转化和转移有一定的方向性。解读：标准的要求“初步了解”，属于比“了解”还低的水平上。强化在分析能量的转化和转移时，同时还要考虑方向性。说明分析物理现象时都是有规律可寻的道理。本主题渗透了“熵”的思想，但不要求介绍热力学第二定律，更不要求介绍“熵”的概念。将能量转化和转移的方向性列入标准，旨在增强学生节约能源和资源的意识。本主题的内容应通过生产生活中的一些常见实例的分析与讨论，初步了解能量在转化和转移的过程中有一定的方向性。例如，用锤子反复砸铁件，铁件发热；电流通过电炉丝，电炉丝发红；煤炭燃烧化学能转化成内能等。4、能通过具体的事例，说出能源与人类生存和社会发展的关系。解读：按《标准》的要求属于“了解”水平；要求能通过具体事例，了解自然界有哪些能源，能说出人类开发和利用能源的历程，与人类生活和社会发展的关系。体现了科学、技术和社会的紧密联系，这条标准有利于发展学生关于科学技术对人类生存和社会进步影响的意识。这里主要应通过具体的事例和资料，来发展学生关于科学、技术和社会的意识，不必去记住关于能源的各种定义，应通过各种活动，如调查当地利用能源的发展状况，从英特网上收集有关的资料，通过讨论、分析，用科学报告的形式进行交流，要鼓励学生勇于发表自己的见解和观点。对学生的评价也应遵循这一思路进行。由此可见，这条标准具有较大的灵活性。本主题的活动建议有“分别从炊事、取暖、交通等方面对当地燃料结构近年来的变化作调查研究，从经济、环保和社会发展等方面进行综合评价。”、“调查当地使用的能源，如水能、风能、太阳能、燃料的化学能或核能等，及其对当地经济和环境的影响”。可供设计有关活动时参考。值得注意的是活动建议把能源的开发和利用，与当地经济、社会的发展，以及环境问题联系起来，旨在培养学生的可持续发展意识，增强将科学服务于人类的使命感和责任感。5、能结合实例，说出不可再生能源和可再生能源的特点。解读：标准的要求属于“理解”水平。这条标准旨在通过不可再生能源和可再生能源的理解，了解人类所面临的能源危机，使学生有一种紧迫感，责任感，激励学生能在个人力所能及的范围内对社会的可持续发展有所贡献。应该通过各种活动，让学生自己收集有关的资料，认识煤、石油、和天然气等是不可再生能源，也是当今人类利用的主要能源。煤和石油的储量有限，而且开发利用后就不能再生。从而认识到人类所面临的能源危机和开发新能源的挑战。培养学生有合理利用能源和节能的意识，还可以让学生对当地能源的合理利用和节能等问题进行调查，并提出自己的建议，通过小型报告会等形式，让学生充分发表见解，其中好的建议和方案可以提交当地政府参考。活动建议；收集资料，举办小型报告会，讨论能源的利用带来的环境影响，如大气污染、酸雨、温室效应等，探讨应该采取的对策。活动建议：收集当地一段时间空气质量的数据，分析空气质量变化的原因。6、了解核能的优点和可能带来的问题。解读：按《标准》的要求，属于“了解”水平。应让学生了解核能是人类开发和利用的一种有前途的新能源；我国开发和利用核能已取得了很大地进展；人类开发和利用核能的技术已日趋成熟；但是社会对核能的利用也存在着如核废料的处理、核泄漏等问题的担忧。应让学生了解获得核能的方式、核电站、核能开发的新进展、核能的优点和可能带来的问题等具体事实，对核能的开发和利用有科学地认识。可通过各种活动，如从图书馆、英特网上查阅有关的资料；了解当前处理核废料的常用办法；了解我国和世界上核能利用的最新进展；了解核能开发可能带来的问题等，让学生发表自己的见解和观点。对学生的评价可从学生在收集信息和各种活动中的表现，能否独立发表自己的见解，以及对核能开发和利用的认识等方面进行。7、了解世界和我国能源状况。对于能源的开发利用有可持续发展的意识。解读：标准的第一点要求是“了解世界和我国的能源状况”，属于“了解”水平。学生应通过具体的资料和事实，来了解我国和世界的能源状况，我国的发展能源的有关方针和对策。应让学生从图书馆、英特网上收集有关的信息，观看有关的录像、科教电影，通过各种活动，让学生讨论和交流，可采取文字、图表、报告等多种方式发表自己的看法。标准的第二点要求是“对于能源的开发利用有可持续发展的意识”。属于体验性目标的“领悟”水平。这条标准应渗透到以上四条标准中去。目的是以能源这一人类面临的重大问题为例，引导学生关心科学发展前沿，具有可持续发展的意识，树立科学的世界观，有振兴中华、将科学服务与人类的使命感与责任感。体现了从物理走向社会的基本课程理念。这条标准有较大的灵活性，教材的编写和呈应体现以学生活动为主的理念。对学生的评价都要更多地关注过程性评价，以及学生在情感态度与价值观方面的表现。二、本章教材分析1、全章概述本章是以能源的开发利用和能量的转移、转化的守恒规律为核心内容展开的。较深刻地揭示了能源与人类社会进步，以及能源与环境的关系，较充分地渗透了开发与节约能源的意义和价值。教材从介绍人类利用能源的历史开始，一方面说明能源跟人类社会的文明与进步息息相关，一方面告诉学生人类的文明和进步又是以消耗大量能源为代价的道理。同时还告诉学生，人类所消耗的能源大量的都是不可再生的能源，由此引出能源危机的问题，进而转到开发新的能源的必要性上。接着探究能量的转移、转化与守恒规律，并探讨能量在转移和转化过程中的方向性问题。最后引导学生认识能源与我们生存环境的关系，说明营造绿色生态环境的意义和价值。教材将上述的内容编排了四节。第1节“存在能源危机吗”。教材按照人类使用何种能源为主的分类原则，将人类利用能源的历史划分为四个时期，即柴薪、煤碳、石油和多元化时期。在这四个时期中，前三个时期人类利用的能源是不可再生的。因此，教材给出世界能源消耗结构比例和我国目前能源消耗结构比例的扇形图，以及我国石油、天然气、煤等现所探明的储藏量，目的是让学生算算想想，进而能感悟出能源消耗的结构不合理性和能源的危机问题。第2节“开发新能源”。教材从开发最有价值的太阳能谈起，再到非常有意义和价值的原子核内部的能量开发，其中渗透了开发技术上的问题，较强地渗透出STS的思想理念。同时通过信息浏览中各种新能源的介绍，说明新能源的开发还在起步阶段，离大规模应用新能源还需要较长时间，让学生明白“开源与节流”的意义。第3节“能的转化与能量守恒”。教材通过能量的转移和转化两个活动，让学生感悟能量是可以转移和转化的。通过实验和并借助从“个别到一般的推理”方法，结合科学家们共同研究的结果，让学生接受“能量转移、转化与守恒”这一自然界普遍的规律。通过永动机失败的史实和能量耗散不可回收的大量事实，说明能量的转移和转化的方向性。第4节“能源、环境与可持续发展”。用温室效应、酸雨现象、铅尘增加三个客观事实，说明人类在利用能源过程中，对环境造成的破坏已构成了危及人类生存的危险。告诫人类要保护我们的生态环境，进而体现人类要营造绿色生态空间的意义和价值。2、编写特点1、教材简明轻快地将人类利用能源的历史和现状，采用图文并茂的形式呈现出来，一方面揭示了能源存在着危机，另一方面说明人类开发新能源的必要性。2、教材十分注重科学思想、观点、道理的渗透。如在“开发新能源”中，一方面渗透出STS思想理念，另一方面又揭示出科学是一把双刃剑的道理。又如在“能量转化、转移和守恒”中，一方面通过实验和列举事实来阐明自然界能量的守恒性，另一方面又通过史实和举例来说明能量在转化和转移过程中具有方向性的规律，进而告诉我们节约能源必要性的道理。还例如，在“能源与环境”中，用人类自身无节制地利用不可再生的能源造成的各种危害来揭示我们要保护环境，营造绿色生态空间的意义和价值。3、课时安排本章共安排了四节内容，每节用1课时，复习1课时，全章计5课时。三、各节教学建议全章引言：进入本章教学时，教师首先要向学生说明学习本章内容的意义。所谓能源指能量的源头，如煤碳、石油和天然气等，它们燃烧产生能量（热能）。因此煤碳、石油和天然气是热能的源头，所以我们说它们是能源。人类的生存和社会的发展离不开能源，可以说能源是人类生存和社会发展的命脉。能源如此重要，对我们初中生来说应当了解人类利用能源的历史，知道能源与环境的关系，了解能源是否存在危机，知道什么是新能源，人类为什么要开发和利用新能源，能量在转移和转化过程中遵循的规律是什么等问题。通过本章内容的学习，你会知道上述问题的答案是什么。先大致说说能源概念的含义是什么，这样很快就能将能源跟学生的学习与生活的距离拉近，再从能源使用的两面性上来激发学生学习本章的内容欲念。存在能源危机吗1、教学目标知识与技能1．了解人类利用能源历史的大致过程，知道能源与人类生存和社会发展的关系。2．了解世界能源消耗结构和我国一些能源消耗结构以及能源储存状况。3．能结合实例，说出不可再生能源和可再生能源的特点。过程与方法4．经历“了解人类利用能源的历史”的阅读交流讨论过程，感悟能源是人类生存和社会发展命脉的道理。经历一些不可再生能源储藏量数据的测算过程，以及能源消耗结构的不合理性，认识能源的危机问题。5．知道人们是怎样对能源进行分类的，认识分类方法的意义。情感、态度与价值观6．提升学生对能源的价值认识，使他们产生能源的危机意识和开发新能源的欲念，同时感悟“开源约节流”的意义。2、教材说明教材首先通过图文结合的方式，将人类利用能源的历史划分为四个时期作出简单介绍，同时借助信息浏览栏目，利用分类方对一次能源、二次能源、不可再生能源和可再生能源作出说明。接着用数据和扇形图的方式式说明世界和我国能源消耗结构，以及我国的不可再生能源的储藏量，并让学生算一笔能源账，同时提出能源的危机问题，并为下节“开发新能源”打下伏笔。3、教学建议由于本节是本章的起始，建议用下面是“全章引言”来激发学生学习本章的情趣，调动他们学习本章内容的积极性。所谓能源，指能产生能量供人类使用的那些物质资源，如煤碳、石油和天然气等，它们燃烧都能产生能量（热能）并供人们使用。因此，煤碳、石油和天然气是能源，人类的生存和社会的发展离不开能源，可以说能源是人类生存的命脉，社会发展的动力。能源如此重要，对我们初中生来说应当了解人类利用能源的历史，知道能源与环境的关系，了解能源是否存在危机，知道什么是新能源，人类为什么要开发和利用新能源，能量在转移和转化过程中遵循的规律是什么等问题。通过本章内容的学习，你会知道上述问题的答案是什么。本节设了两个段标，即“人类利用能源的历史”和“存在能源危机吗”。本节课建议用“阅读与交流讨论人类利用能源的历史”，“介绍分类方法”和“了解能源消耗结构，以及能源储藏量的人均测算”三个活动来完成。三个活动既各有相对独立的教学目的，又是一个相互关联的整体。人类利用能源的历史建议教师在全章引言之后，开门见山地提出，我们要想知道能源跟人类生存和社会发展有怎样的关系？首先就要了解人类利用能源的历史。这样，就顺理成章地进入该段标下的内容。我们不希望教师照本宣科地讲，因为学生完全可以读懂该段标下的内容，因此，建议让学生用阅读与交流讨论的方式来完成。因为“阅读与交流讨论“学习方法的应用和学习习惯的养成，对初中生来说实在是太重要了，前面我们用过这种方式教学，后面还会应用到，只有反复地让学生体验这一应用过程，方法才能掌握，习惯才能养成。为了提高学生阅读与交流讨论的效率和质量，建议教师先设置几个问题，让学生带着这些问题，进行阅读和开展交流讨论。下面有几个问题供教师选用参考：人们根据什么原则，将人类利用能源的历史划分为四个时期？这四个时期的名称叫什么？为什么说能源是人类生存的命脉，社会发展的动力？从人类利用能源的历史中你感悟到了哪些东西？教师可选用我们提供的问题，也可自行设计问题。但在组织学生阅读与交流讨论的基础上必须作出小结，并对选用的问题或自行设计的问题给出相应的答案。下面是上述3个问题的答案参考：人们是根据某个时期内，人类使用什么能源为主的原则来划分能源时期的。通常划分为“柴薪时期”、“煤碳时期”、“石油时期”和“多元化时期”。我们常说生命在于运动，而运动必需要有能量，生命运动的能量更多的是源于食物，食物中除了有各种营养外，还向人体提供人类生存的必须热量，这种热量就源于食物的内能。因此，我们说能源是人类生存的命脉。此外，我们从人类利用能源的历史中还可以看到，人类社会的每一个进步，都与能源的更新有着密切的关系。从柴薪时期的刀耕火种，到煤碳和石油时期的大规模机器的应用，以及今天的能源多元化使社会步入高科技，信息化、智能化的进程。我们无处不看到能源在发挥着重要的动力作用。因此，我们说能源是社会进步的一种动力。感悟到能源的确是人类生存的命脉和社会发展的动力，但同时又感觉到这些能源如煤碳、石油和天然气等，是否取之不尽，用之不竭的呢？假设它们用完了怎么办？最后一个问题（3）的答案，即使学生在交流讨论中没有出来，教师也可以点拨说明。因为这一点拨说明，便是下一个段标下的内容。存在能源危机吗在这一段标下，教材采用图文结合的方式展示了三个内容，一是能源的分类，二是世界能源消耗的结构，三是测算我国的能源人均拥有量，目的是引导学生思考能源危机问题。因此，建议教师在这里首先要说明分类方法的意义。它是根据事物的相同或相似的特点，将事物一一归类的做法。这样做，可以更好地对同类事物的性质，特点和运动规律进行探究。接着将教材中的“信息浏览”与课文结合起来，讲解人们是怎样将能源分类的。教师讲解的要点建议如下：能源若按照“物质的形态”原则来划分，有固体能源、气体能源和液体能源三种；若按照“是直接使用，还是加工转换再使用”的原则来划分，有一次能源和二次能源两类；若按照“是可再生，还是不可再生”的原则来划分，又有可再生能源和不可再生能源的说法。可见，分类的原则不同，被分类出来的能源概念（名称）是不同的。例如煤碳可以说是一次能源，也可以说是不可再生能源，同时还可以说是固体能源。又例如太阳能，是可再生能源，但它又是一次能源，由于它是太阳内部释放出来的能量，自然可以说它是固体能源，不过，人们通常又说它是新型能源。建议教师在这里稍作拓展，即概念是人的主观性产物，在学习过程中，我们要尽力做到知道它是怎样来的，又会正确的使用它，只有这样，才能说明我们真正认识了它，或理解和掌握了它。指出人们作这样的分类，目的是便于一一研究各种能源的性质、特点，开发前景，以及使用它们的利和弊等，以实现合理开发，科学利用的目标。关于了解世界能源的消耗结构，建议教师引导学生阅读课文，并看用百分比的方式进行描述的扇形图。告诉学生，这是人们直观、定量描述事物结构的一种方法。由此，我们可以分析人类目前能耗结构比是否合理。接着让学生根据教材提供的图20-5中的数据，测算我国能源人均拥有量。在完成上述两个活动之后，再让学生阅读本节最后的课文，并要求他们思考：能耗结构比的不合理性，会带来什么样的问题？你从测算我国能源人均拥有量中感悟到了什么？在教学中，我们采用“从认识能源分类方法的意义，到了解人类目前能耗结构比，再到我国能源人均拥有量的测算，以及最后让学生思考两个问题。这四个活动相继进行”的做法，目的是分层推进学生合乎逻辑思考，进而培养学生逻辑思维