2024-2025学年高中物理 第四章 机械能和能源 6 能源的开发与利用教案2 教科版必修2

2024-2025学年高中物理第四章机械能和能源6能源的开发与利用教案2教科版必修2主备人备课成员教材分析本节课为人教版高中物理必修第三册第五章“机械能和能源”的第6节“能源的开发与利用”。该节内容紧承第5章关于机械能的学习，旨在让学生理解能源的基本概念，掌握能源的开发和利用方法，并培养其可持续发展的能源观念。内容涉及能源的种类、能源利用的现状与发展趋势，以及新能源的开发和利用技术。通过本节课的学习，学生应能理解能量守恒定律在能源利用中的应用，认识各种能源的特点及其开发利用的意义，从而提高其科学素养，培养其节能减排和可持续发展的意识。

核心素养目标本节课旨在培养学生的物理学科核心素养，主要包括科学探究、科学思维、科学态度与价值观三个方面的目标。

1.科学探究：通过观察、实验和数据分析，使学生掌握能源的基本概念，了解能源的利用现状和发展趋势，提高学生对能源问题的探究能力。

2.科学思维：培养学生运用能量守恒定律分析和解决能源问题的能力，使其掌握能源开发和利用的基本原理，发展学生的科学思维。

3.科学态度与价值观：通过学习，使学生认识到能源问题的严峻性，培养其节能减排和可持续发展的意识，形成正确的科学态度和价值观。学习者分析1.学生已经掌握了哪些相关知识：在学习本节课之前，学生应已掌握人教版高中物理必修第三册第5章“机械能和能源”的相关知识，包括机械能的转化和守恒定律，以及常见能源的分类和特点。此外，学生应具备一定的实验观察和数据分析能力，能够运用所学知识解决实际问题。

2.学生的学习兴趣、能力和学习风格：针对本节课的内容，学生可能对新能源的开发和利用感兴趣，尤其是与其生活实际相关的内容。在学习能力方面，学生应具备一定的物理思维和科学探究能力，能够理解和掌握能源的基本概念和利用方法。在学习风格上，学生可能更倾向于通过实验和实践活动来掌握知识，因此教师在教学中应注重实验演示和实际案例的分析。

3.学生可能遇到的困难和挑战：在学习本节课的过程中，学生可能对能源的开发和利用技术理解起来较为困难，尤其是对于一些抽象的概念和原理。此外，学生可能对能源利用的现状和发展趋势认识不足，难以理解节能减排和可持续发展的重要性。因此，教师在教学中应注重引导学生通过实验和实际案例来加深对知识的理解，并加强对其环保意识和可持续发展的培养。学具准备多媒体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手段1.教学方法：

（1）讲授法：在讲解能源的基本概念、能源利用的现状与发展趋势时，教师通过生动的语言、形象的比喻和具体的案例，引导学生理解和掌握知识。

（2）讨论法：在讲解能源开发和利用技术时，教师组织学生进行小组讨论，鼓励学生发表自己的观点和看法，培养学生的合作精神和批判性思维。

（3）实验法：在讲解能源利用原理时，教师组织学生进行实验演示，让学生通过观察和操作，直观地理解能源转化和利用的过程，提高学生的实践能力。

2.教学手段：

（1）多媒体设备：教师利用多媒体课件，展示能源利用的图片、视频和动画，生动形象地展示能源的开发和利用过程，提高学生的学习兴趣。

（2）教学软件：教师运用教学软件，进行模拟实验和数据分析，帮助学生更好地理解能源利用的原理和方法。

（3）网络资源：教师引导学生利用网络资源，搜集相关的能源利用案例和最新研究成果，拓宽学生的知识视野。

（4）实践环节：教师组织学生进行实地考察，如参观新能源发电站、节能减排示范单位等，使学生将所学知识与实际应用相结合，提高学生的实践能力。

（5）互动平台：教师利用互动平台，与学生进行在线交流和讨论，及时解答学生的疑问，巩固所学知识。教学流程一、导入新课（用时5分钟）

同学们，今天我们将要学习的是《能源的开发与利用》这一章节。在开始之前，我想先问大家一个问题：“你们知道我们日常生活中使用的电是如何产生的吗？”这个问题与我们将要学习的内容密切相关。通过这个问题，我希望能够引起大家的兴趣和好奇心，让我们一同探索能源的奥秘。

二、新课讲授（用时10分钟）

1.理论介绍：首先，我们要了解能源的基本概念。能源是推动自然界和人类社会发展的物质基础。它包括可再生能源和不可再生能源两大类。可再生能源如太阳能、风能、水能等，在自然界中可以不断再生；而不可再生能源如煤炭、石油、天然气等，一旦消耗就无法再生。

2.案例分析：接下来，我们来看一个具体的案例。这个案例展示了核能发电厂是如何利用核能产生电能的。通过这个案例，我们可以了解到核能作为一种不可再生能源，在提供大量电能的同时，也面临着核废料处理和核事故风险等问题。

3.重点难点解析：在讲授过程中，我会特别强调可再生能源和不可再生能源的区别以及核能利用的优缺点。对于核能利用的原理和核废料处理等难点部分，我会通过举例和比较来帮助大家理解。

三、实践活动（用时10分钟）

1.分组讨论：学生们将分成若干小组，每组讨论一个与能源利用相关的实际问题。例如，讨论如何提高家庭用电的节能效果。

2.实验操作：为了加深理解，我们将进行一个简单的实验操作。这个操作将演示太阳能电池板如何将太阳光转换为电能。

3.成果展示：每个小组将向全班展示他们的讨论成果和实验操作的结果。

四、学生小组讨论（用时10分钟）

1.讨论主题：学生将围绕“如何更有效地利用可再生能源”这一主题展开讨论。他们将被鼓励提出自己的观点和想法，并与其他小组成员进行交流。

2.引导与启发：在讨论过程中，我将作为一个引导者，帮助学生发现问题、分析问题并解决问题。我会提出一些开放性的问题来启发他们的思考，如“太阳能和风能哪个更适合我们国家的发展？”

3.成果分享：每个小组将选择一名代表来分享他们的讨论成果。这些成果将被记录在黑板上或投影仪上，以便全班都能看到。

五、总结回顾（用时5分钟）

今天的学习，我们了解了能源的基本概念、种类以及利用方法。同时，我们也通过实践活动和小组讨论加深了对可再生能源和核能利用的理解。我希望大家能够掌握这些知识点，并在日常生活中灵活运用。最后，如果有任何疑问或不明白的地方，请随时向我提问。拓展与延伸1.拓展阅读材料：

-《可再生能源技术手册》：介绍各种可再生能源的开发和利用技术，包括太阳能、风能、水能、生物质能等。

-《能源政策与可持续发展》：探讨能源政策对能源开发与利用的影响，以及可持续发展战略在能源领域的应用。

-《核能技术与安全》：深入探讨核能发电的原理、技术发展以及核能利用的安全问题。

2.课后自主学习和探究：

-学生可以在家中进行一次能源消耗的调查，了解自己家庭的能源使用情况，并提出节能减排的建议。

-学生可以尝试制作一个简单的可再生能源装置，如太阳能电池板或风力发电机，并观察其效果。

-学生可以查阅相关资料，了解我国能源政策的最新动态和发展方向，思考如何更好地促进可再生能源的发展和利用。

-学生可以进行一次实地考察，参观当地的发电站或能源利用设施，了解能源开发和利用的实际情况。

-学生可以尝试阅读一些关于能源领域的科普书籍或专业文章，加深对能源科学和技术发展的理解。典型例题讲解1.例题一：太阳能电池板的有效面积为2平方米，太阳能电池的转换效率为20%。如果阳光辐射的能量密度为1000J/(m²·s)，求10分钟内太阳能电池板接收到的太阳能总量。

解答：

太阳能电池板每秒接收到的太阳能为：2平方米×1000J/(m²·s)=2000J/s

10分钟内太阳能电池板接收到的太阳能总量为：2000J/s×10×60秒=1.2×10^5J

2.例题二：某地区的年太阳辐射量为1200kWh/m²，太阳能电池板的有效面积为10平方米，太阳能电池的转换效率为15%。假设太阳能电池板每年工作365天，求一年内太阳能电池板产生的电能。

解答：

一年内太阳能电池板接收到的太阳能总量为：1200kWh/m²×10平方米=12000kWh

太阳能电池板一年内产生的电能为：12000kWh×15%=1800kWh

3.例题三：一个水轮机的转速为1000r/min，水轮机与发电机之间的传动效率为90%。如果水轮机每分钟所做的功为100kJ，求发电机每分钟产生的电能。

解答：

水轮机每分钟所做的功为：100kJ

发电机每分钟产生的电能为：100kJ×90%=90kJ

4.例题四：一个风力发电机的叶片长度为4米，风速为10m/s，空气密度为1.2kg/m³。假设叶片旋转一周所做的功全部转化为电能，求风力发电机在风速为10m/s的情况下，每分钟产生的电能。

解答：

风轮的直径为4米，半径为2米。

风轮每秒所做的功为：1/2×ρ×v³×A=1/2×1.2kg/m³×(10m/s)³×π×(2m)²≈1.8×10^4J/s

风力发电机每分钟产生的电能为：1.8×10^4J/s×60s=1.08×10^6J

5.例题五：一个核反应堆的功率为1000MW，核反应堆的热效率为35%。如果核反应堆连续运行10小时，求产生的电能。

解答：

核反应堆每小时产生的电能为：1000MW×35%=350MW·h

核反应堆连续运行10小时产生的电能为：350MW·h×10=3500MW·h作业布置与反馈作业布置：

1.请学生完成《能源的开发与利用》章节后的练习题，要求学生独立完成，并检查答案。

2.请学生设计一个可再生能源利用方案，例如太阳能热水器的安装、风力发电机的安装等，要求学生说明设计原理、设备选择和预期效果。

3.请学生查阅相关资料，了解我国能源政策的最新动态和发展方向，总结我国可再生能源的发展现状和未来趋势，并撰写一篇报告。

作业反馈：

1.对于练习题，我将批改学生的答案，指出错误并提供正确的解答。同时，我会针对学生的错误类型进行分类，提出改进建议，如加强基础知识的复习、提高解题技巧等。

2.对于可再生能源利用方案，我将对学生设计的方案进行评价，指出方案中的优点和不足之处。对于优点，我会给予肯定和鼓励；对于不足之处，我会提出改进建议，如优化设备选择、提高设计合理性等。

3.对于能源政策报告，我将对学生撰写的报告进行评价，指出报告的优点和不足之处。对于优点，我会给予肯定和鼓励；对于不足之处，我会提出改进建议，如加强资料的搜集和整理、提高报告的逻辑性和条理性等。板书设计①能源的种类和特点：可再生能源（太阳能、风能、水能、生物质能）和不可再生能源（煤炭、石油、天然气）

②能源利用的原理和方法：太阳能电池板、水轮机、风力发电机、核反应堆

③能源利用的现状和发展趋势：能源消耗的增长、可再生能源的推广