2024-2025学年高中物理 第十章 热力学定律 6 能源和可持续发展（1）教案 新人教版选修3-3

2024-2025学年高中物理第十章热力学定律6能源和可持续发展（1）教案新人教版选修3-3主备人备课成员课程基本信息1.课程名称：能源和可持续发展（1）

2.教学年级和班级：高中二年级，物理选修3-3班

3.授课时间：2024-2025学年第二学期，第10周星期一第一节

4.教学时数：45分钟

课程设计：

【导入】（5分钟）

1.通过提问方式回顾上一课内容，即热力学第二定律的理解和应用。

2.引入新能源和可持续发展概念，激发学生对能源问题的关注。

【新课内容】（25分钟）

1.讲解能源的基本概念、种类和特点。

a.传统能源：化石能源、水能、风能等。

b.新能源：太阳能、地热能、生物质能等。

2.分析能源利用中的能量转化和效率问题。

3.介绍可持续发展的概念，探讨能源利用与可持续发展的关系。

【案例分析】（10分钟）

1.以我国能源政策和实际为例，分析能源结构的优化和新能源的开发利用。

2.引导学生思考如何实现能源的可持续发展。

【课堂小结】（5分钟）

1.总结本节课所学的主要内容，巩固学生对能源和可持续发展概念的理解。

2.强调学生在日常生活中关注能源问题，提高节能意识。

【作业布置】（5分钟）

1.请学生搜集新能源方面的资料，为下一节课做准备。

2.完成课后练习题：选修3-3课本第十章习题1、2。

【课后反思】

对本节课的教学效果进行反思，针对学生的掌握情况，调整教学方法，为下一节课做好准备。核心素养目标本节课旨在培养学生以下核心素养：

1.物理观念：理解能源的基本概念、种类和特点，掌握能源转化和效率的基本原理，形成能源科学观念。

2.科学思维：通过分析能源利用中的能量转化和效率问题，培养学生逻辑推理、批判性思维和创新能力。

3.科学探究：引导学生关注能源问题，参与案例分析，提高观察、提问、假设、实验和论证的能力。

4.科学态度与责任：认识能源与可持续发展的关系，激发学生关注能源问题，培养节能意识和社会责任感。

5.跨学科整合：结合政治、地理等学科知识，分析我国能源政策和实际，提高学生跨学科综合分析能力。教学难点与重点1.教学重点

（1）能源的基本概念、种类及特点

-通过具体实例，使学生理解能源的定义，区分不同类型的能源，并掌握其特点。

-强调传统能源与新能源的对比，如化石能源的环境影响与太阳能的清洁可再生性。

（2）能源利用中的能量转化和效率

-讲解能源转化过程中能量守恒的原理，强调能量效率的重要性。

-通过案例分析，让学生理解提高能源利用效率对可持续发展的影响。

（3）可持续发展的概念及其与能源利用的关系

-阐述可持续发展的定义，分析在能源利用中实现可持续发展的途径。

-强调节能减排、绿色能源发展在可持续发展中的地位。

2.教学难点

（1）能量转化效率的理解

-学生往往难以理解能量转化过程中损失的能量，需通过实际例子和图示进行讲解。

-解释热机效率、太阳能电池转化效率等概念，使学生深入理解效率的计算和意义。

（2）新能源技术的应用与前景

-新能源技术种类繁多，学生可能对其原理和应用感到困惑。

-通过图文并茂的方式，介绍新能源技术的原理、发展现状和未来趋势，如太阳能光伏、风力发电等。

（3）可持续发展的综合分析

-学生可能难以将可持续发展的概念与实际能源政策、环境问题等联系起来。

-结合国内外实际案例，引导学生从经济、社会、环境等多角度分析可持续发展的策略。

（4）跨学科知识的整合

-学生在分析能源问题时，可能缺乏政治、地理等跨学科知识。

-整合相关学科知识，如能源政策、地理资源分布等，提高学生的综合分析能力。学具准备Xxx课型新授课教法学法讲授法课时第一课时师生互动设计二次备课教学方法与策略1.教学方法选择

-讲授法：用于讲解能源的基本概念、种类、能量转化和效率等核心理论知识，确保学生掌握基础。

-讨论法：针对能源利用与可持续发展的关系，组织学生进行小组讨论，激发思考，提高认识。

-案例研究：通过分析国内外能源政策和实际案例，引导学生深入探讨可持续发展的途径。

-项目导向学习：将学生分为小组，开展新能源应用项目设计，培养创新意识和实践能力。

2.教学活动设计

-角色扮演：让学生扮演能源政策制定者、企业经营者等角色，从不同角度分析能源问题，提高解决实际问题的能力。

-实验：开展太阳能电池、风力发电等新能源实验，使学生亲身体验能源转化过程，加深理解。

-游戏：设计能源知识问答游戏，激发学生学习兴趣，巩固知识。

-小组合作：鼓励学生进行小组合作学习，共同探讨能源问题，提高沟通与协作能力。

3.教学媒体和资源使用

-PPT：制作精美的PPT课件，展示能源类型、能量转化、可持续发展等核心知识，方便学生理解和记忆。

-视频：播放能源利用、新能源技术等方面的视频，使学生直观地了解能源现状和科技发展趋势。

-在线工具：利用网络资源，如在线科普文章、能源数据统计等，拓展学生知识视野，提高信息搜集能力。

-实物模型：展示新能源设备实物模型，如太阳能板、风力发电机等，帮助学生更好地理解新能源技术原理和应用。教学流程（一）课前准备（预计用时：5分钟）

学生预习：

-发放预习材料，引导学生提前了解能源和可持续发展的学习内容，标记出有疑问或不懂的地方。

-设计预习问题，如“列举你所知道的能源类型及其特点”，“你认为可持续发展的重要性在哪里？”，激发学生思考，为课堂学习能源知识做好准备。

教师备课：

-深入研究教材，明确能源和可持续发展的教学目标和重难点。

-准备教学用具和多媒体资源，如PPT、视频、实验器材等，确保教学过程的顺利进行。

-设计课堂互动环节，如小组讨论、问答游戏等，提高学生学习能源知识的积极性。

（二）课堂导入（预计用时：3分钟）

激发兴趣：

-通过展示与能源相关的图片、视频或故事，如太阳能电池的工作原理、风力发电的场景等，吸引学生的注意力。

-提出问题或设置悬念，如“如果石油用完了，我们该怎么办？”，引发学生的好奇心和求知欲，引导学生进入能源学习状态。

回顾旧知：

-简要回顾上节课学习的热力学第二定律的内容，帮助学生建立知识之间的联系。

-提出问题，检查学生对旧知的掌握情况，为新课学习打下基础。

（三）新课呈现（预计用时：25分钟）

知识讲解：

-清晰、准确地讲解能源的基本概念、种类、能量转化和效率等知识点，结合实例帮助学生理解。

-突出能源种类和特点、能量转化效率等重点，强调能量守恒、能源可持续发展等难点，通过对比、归纳等方法帮助学生加深记忆。

互动探究：

-设计小组讨论环节，让学生围绕“如何提高能源利用效率”等问题展开讨论，培养学生的合作精神和沟通能力。

-鼓励学生提出自己的观点和疑问，引导学生深入思考能源问题，拓展思维。

技能训练：

-通过例题讲解和练习，让学生掌握能源效率的计算方法。

-设计实践活动或实验，如搭建简易太阳能电路，让学生在实践中体验能源知识的应用，提高实践能力。

-在新课呈现结束后，对能源知识点进行梳理和总结。

-强调能源种类、能量转化和可持续发展等重点和难点，帮助学生形成完整的知识体系。

（四）巩固练习（预计用时：5分钟）

随堂练习：

-安排与能源和可持续发展相关的随堂练习题，让学生在课堂上完成，检查学生对知识的掌握情况。

-鼓励学生相互讨论、互相帮助，共同解决能源问题。

错题订正：

-针对学生在随堂练习中出现的错误，进行及时订正和讲解。

-引导学生分析错误原因，避免类似错误再次发生。

（五）拓展延伸（预计用时：3分钟）

知识拓展：

-介绍新能源技术的前沿动态，如太阳能光伏技术的发展、电动汽车的普及等，拓宽学生的知识视野。

-引导学生关注学科前沿动态，培养学生的创新意识和探索精神。

情感升华：

-结合能源和可持续发展内容，引导学生思考学科与生活的联系，培养学生的社会责任感。

-鼓励学生分享学习能源知识的心得和体会，增进师生之间的情感交流。

（六）课堂小结（预计用时：2分钟）

-简要回顾本节课学习的能源和可持续发展内容，强调能源种类、能量转化和效率等重点和难点。

-肯定学生的表现，鼓励他们继续努力。

布置作业：

-根据本节课学习的内容，布置适量的课后作业，如课本习题、拓展阅读等，巩固学习效果。

-提醒学生注意作业要求和时间安排，确保作业质量。教学资源拓展（一）拓展资源

1.新能源技术发展相关书籍

-《新能源技术与发展》

-《太阳能光伏技术及应用》

-《风能利用技术》

-《电动汽车技术》

推荐学生阅读这些书籍，了解新能源技术的原理、发展历程和应用实例。

2.能源政策与可持续发展相关报告

-《中国能源发展战略行动计划》

-《全球能源互联网》

-《可持续发展报告》

鼓励学生阅读这些报告，了解国家能源政策、全球能源发展趋势以及可持续发展战略。

3.能源领域的学术论文

-关于能源效率的研究论文

-关于新能源开发与利用的研究论文

-关于能源政策与可持续发展的研究论文

引导学生关注学术前沿，提高对能源问题的研究能力。

4.与能源相关的科普文章

-太阳能、风能、地热能等新能源的科普文章

-能源节约与环保的科普文章

-能源领域的新技术、新产品介绍

通过阅读科普文章，拓展学生对能源领域的认知。

（二）拓展建议

1.参观新能源企业或科研机构

-组织学生参观太阳能发电站、风力发电场等新能源企业，了解新能源的实际应用。

-联系科研机构，让学生了解新能源领域的研究进展。

2.开展能源知识竞赛或讲座

-举办校内外能源知识竞赛，提高学生的知识水平和竞争意识。

-邀请能源领域的专家、学者进行讲座，分享他们的研究成果和经验。

3.社会实践与调查

-组织学生进行家庭能源消费调查，了解生活中的能源使用情况，提高节能意识。

-鼓励学生参与环保公益活动，关注能源问题对环境的影响。

4.创新研究与实践

-鼓励学生开展新能源领域的创新研究，如设计小型太阳能装置、风力发电装置等。

-组织学生参加科技创新大赛，展示他们的研究成果。

5.课后学习小组

-建立课后学习小组，让学生相互分享学习心得，共同探讨能源问题。

-定期组织小组讨论，针对新能源技术、能源政策等话题展开深入讨论。典型例题讲解例题1：热机效率的计算

题目：一台热机的热效率为40%，它从热源吸收了1000焦耳的热量，求这台热机所做的功。

解答：根据热机效率的定义，热机所做的功W与吸收的热量Q的比值为热效率η。即：

η=W/Q

已知热效率η=40%=0.4，热量Q=1000焦耳，代入公式得：

W=η*Q=0.4*1000J=400J

所以，这台热机所做的功为400焦耳。

例题2：太阳能电池的效率计算

题目：一块太阳能电池板的面积为2平方米，其转换效率为20%，如果太阳辐射到地球表面的平均功率为1000W/m²，求这块太阳能电池板所能提供的最大功率。

解答：太阳能电池板所能提供的最大功率P与电池板面积A和太阳辐射功率P₀的乘积以及转换效率η有关。即：

P=η*A*P₀

已知电池板面积A=2m²，转换效率η=20%=0.2，太阳辐射功率P₀=1000W/m²，代入公式得：

P=0.2*2m²*1000W/m²=400W

所以，这块太阳能电池板所能提供的最大功率为400瓦。

例题3：能量守恒定律的应用

题目：一质量为2kg的物体从10m的高度自由落下，忽略空气阻力，求物体落地时的速度。

解答：物体在自由落体过程中，重力势能转化为动能，根据能量守恒定律，物体的势能变化等于动能变化。即：

mgh=0.5mv²

其中m为物体质量，g为重力加速度，h为高度，v为速度。代入已知数据得：

2kg*9.8m/s²*10m=0.5*2kg*v²

v²=(2kg*9.8m/s²*10m)/(0.5*2kg)=98m²/s²

v=√(98m²/s²)≈9.9m/s

所以，物体落地时的速度约为9.9m/s。

例题4：能源转换效率的实践应用

题目：一个家庭使用了一台电热水器，其功率为2000W，工作时间为1小时，将水加热到70℃。假设电能转换为热能的效率为90%，求加热这些水所需消耗的电能。

解答：首先计算加热水所需的热量Q，水的比热容为4.18J/(g·℃)，假设水的质量为m，则：

Q=m*c*ΔT

其中c为比热容，ΔT为温度变化。将水加热到70℃，假设初始温度为20℃，则ΔT=70℃-20℃=50℃。假设水的质量为10kg，代入公式得：

Q=10kg*4.18J/(g·℃)*50℃=20900J

根据效率计算电能E：

E=Q/η

已知效率η=90%=0.9，代入公式得：

E=20900J/0.9≈23333.33J≈23.33kWh

因为电热水器工作时间为1小时，所以消耗的电能为23.33kWh。

例题5：可持续发展的策略分析

题目：某城市计划在未来十年内减少20%的化石能源消耗，同时增加20%的新能源使用。如果该城市当前的化石能源消耗为每年1000万吨标准煤，求十年后的新能源使用量和化石能源消耗量。

解答：首先计算十年内减少的化石能源消耗量：

减少的化石能源消耗量=1000万吨*20%=200万吨

十年后的化石能源消耗量=1000万吨-200万吨=800万吨

新能源使用量的增加量为：

新能源增加量=1000万吨*20%=200万吨

十年后的新能源使用量=1000万吨+200万吨=1200万吨

所以，十年后的新能源使用量为1200万吨，化石能源消耗量为800万吨。内容逻辑关系1.①能源的基本概念和分类

-重点知识点：能源的定义、种类（传统能源、新能源）

-重点词句：能源是人类社会发展的物质基础，能源可以分为传统能源和新能源两类。

2.②能源利用中的能量转化和效率

-重点知识点：能量守恒定律、能源转化效率

-重点词句：能量守恒定律指出能量不能被创造或消灭，只能从一种形式转化为另一种形式；能源转化效率是指能源转化为有用能量的比例。

3.③可持续发展的概念及其与能源利用的关系

-重点知识点：可持续发展的定义、能源利用与可持续发展的关系

-重点词句：可持续发展是指在满足当前需求的同时，不损害后代满足自身需求的能力；合理利