【公开课】能源与可持续发展+教学设计-高二上学期物理人教版（2019）必修第三册

课题12.4能源与可持续发展教学目标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，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。重点了解太阳能、水能、核能、风能等能源的开发与利用。难点通过实例分析，是知道能量耗散，认识自然界中能量转化的方向性。教学过程一、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。教学过程问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槽中，循环往复，一直运动。教学过程师：人们把这类不需要消耗能量的永动机称为第一类永动机，根据能量守恒定律，任何一部机器，只能使能量从一种形式转化为另一种形式，而不能无中生有地制造能量，因此第一类永动机是不可能制成的。17～18世纪许多机械专家就已经论证了永动机是不可能的，法国科学院在1775年就正式决定不再研究和试验任何永动机。例1.下列对能的转化和守恒定律的认识正确的是(ABC)A.某种形式的能减少，一定存在其他形式的能增加B.某个物体的能量减少，必然有其他物体的能量增加C.不需要任何外界的动力而持续对外做功的机器——永动机是不可能制成的D.石子从空中落下，最后静止在地面上，说明机械能消失了师：我们可以将能源按利用技术、使用、能否再生和对环境的影响来分类。师：人类利用能源大致经历了三个时期，即柴薪时期，煤炭时期，石油时期。柴薪时期出现年代：五六十万年前，火的使用是人类在能源利用上的第一个里程碑。从火的发现到18世纪产业革命期间，树枝杂草一直是人类使用的主要能源，它使人类脱离了茹毛饮血的时代。煤炭时期出现年代：13世纪教学过程大规模开采并使用其称为主要能源是18世纪中叶。1769年，瓦特发明蒸汽机，煤炭作为蒸汽机的动力之源而备受关注。蒸汽机的广泛使用，带动了工业革命和资本主义社会的成长。石油时期出现年代：19世纪末20世纪初第二次世界大战之后，在美国、中东等地区相继发现了大油田及伴生的天然气。与此同时，内燃机的发展推动了机械化和