第二十二章能源与可持续发展(教案).doc

_第二十二章能源与可持续发展1通过实例，了解能量及其存在的不同形式能描述各种能量和我们生活的关系2通过实例，认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以相互转化3能通过具体实例，说出能源与人类生存和社会发展的关系4能结合实例，说出不可再生能源和可再生能源的特点5知道核能的优点和可能带来的问题6了解世界和我国的能源状况，对能源的开发利用要有可持续发展的意识“能量”是物理学中一个非常重要的概念在日常生活中经常接触到“能量”一词，学生对这个词本身比较熟悉，但对作为物理概念(物理量)还是比较陌生的，教材从八年级上学期开始渗透光能、热能，到电学板块时直接提出了电能的概念，将词义变成物理量，从而有了单位及计算的方法，同时粗略地渗透动能的概念，九年级又形成了动能、势能、机械能、内能等概念“能量”作为主线之一，也贯穿在整套教材当中本章在前面学过的各种能的知识基础之上，对能源知识做了常识性的介绍，对“能量”概念进行了简单的回顾和总结本章教材作为义务教育阶段物理教学的最后一章，起着至关重要的压轴作用它使得义务教育阶段物理教学的目的在此达到高潮，物理教育教学的意义得以充分的体现从知识方面看，对能量、能源及转化有全面的认识，从价值观方面看，培养了学生的节能意识和环保意识，对于能源的开发利用有可持续发展的意识本章的最终目标是让学生形成对能源开发利用有可持续发展的意识，其他的目标都是为了这一终极目标服务的，这一终极目标又为学生形成对包括社会问题在内的各方面问题的可持续发展意识奠定了基础学生从学习物理开始就接触光能、热能，到学习电能时就涉及了电能与其他形式能的相互转化问题，后来又逐渐学习了动能、势能、机械能、内能及它们之间的相互转化，学习了能的转化与守恒定律，能源是提供能量的物质，与能量是密不可分的，学生对各种能量的了解与学习，为本章的学习奠定了基础节能环保是当今社会发展的主题，也是学生日常生活中经常接触的话题，这也会激发学生的学习兴趣核电站、核武器等内容也是学生的兴趣点，太阳能热水器已经走进千家万户，太阳能电池、太阳能路灯也是学生心存疑惑争于探究的问题但本章知识的综合性和抽象性也会给学生的学习带来一定的困难本章的重点内容是原子能、核能以及能量的转化、转移，虽然学生对太阳能很熟，但是没有原子核和核能为基础理解起来是困难的因此本章应该重视核能、太阳能这两节内容的教学教学中要尽量关注学生对于能量转移和转化事实的积累和认识，尽量让学生参与以期获得一些规律性知识和结合社会发展的深层次思考首先通过实例介绍能源的不同分类：可再生、不可再生；一次能源、二次能源；常规能源、新能源核能应用的两种方式，核聚变、核裂变，主要以视频课件为主以核能为基础，教师讲解太阳内部的反应来理解太阳能的取之不尽用之不竭，并引导学生介绍太阳能应用的优缺点，能源革命可以让学生通过阅读教材掌握内容，而能的转移和转化的方向性可以通过实例让学生分析归纳自主探究得出，能源与可持续发展是课前留给学生的作业，可以通过互联网等手段查询资料未来理想能源可以让学生根据知识结合自己对能源的认识谈谈自己的想法第1节能源知识与技能1通过实例了解有哪些不同形式的能量，知道人类利用能源的历程2常识性了解什么是能源；什么是一次能源、二次能源及其各自的特点过程与方法通过收集信息、阅读资料、相互交流，判断能源与人类生存和社会发展的说法是否正确情感、态度与价值观从能源问题到能源科学引发学生的学习兴趣和学习欲望知道哪些能源是一次能源、哪些能源是二次能源.多媒体课件教师活动学生活动设计意图新课导入提问：什么是能量？你能举例说说生产和生活中需要大量的能量吗？这些能量又是由什么提供的呢？学生大胆举例回答问题启发学生多留意身边的物理现象.创设悬念，激发学生求知欲. 新课教学教师播放多媒体课件.讲解能源.请同学举出自己所知道的能源.教师讲解.化石能源：煤、石油、天然气、一次能源和二次能源的分类及其特点.指导学生看书、提问：人类利用能源经历了怎样的历程学生观看课件，知道能够提供能量的物质资源是能源.学生举例.学生理解、记忆知道一次能源有：化石能源、水能、风能、太阳能、核能等二次能源：电能.学生看书回答创设环境，吸引学生注意力.体现学生学习的主动性.培养学生理解记忆能力.培养学生总结归纳能力.课堂小结师生共同总结布置作业教材1 6 9页1、2能源能源的分类能源种类繁多，而且经过人类不断地开发与研究，更多新型能源已经开始能够满足人类需求根据不同的划分方式，能源也可分为不同的类型，主要有以下七种分法1按来源分为三类：(1)来自地球外部天体的能源(主要是太阳能)除直接辐射外，并为风能、水能、生物质能和矿物能源等的产生提供基础(2)地球本身蕴藏的能量如核能、地热能等(3)地球和其他天体相互作用而产生的能量如潮汐能2按能源的基本形态分类，有一次能源和二次能源前者即天然能源，指在自然界现成存在的能源，如煤炭、石油、天然气、水能等后者指由一次能源加工转换而成的能源，如电能、煤气及各种石油制品等3根据能源消耗后是否造成环境污染可分为污染型能源和清洁型能源，污染型能源包括煤炭、石油等，清洁型能源包括水能、电能、太阳能、风能等4根据能源使用的类型又可分为常规能源和新型能源利用技术上比较成熟，使用比较普遍的能源叫做常规能源包括一次能源中的可再生的水力资源和不可再生的煤炭、石油、天然气等资源新近利用或正在着手开发的能源叫做新型能源新型能源是相对于常规能源而言的，包括太阳能、风能、地热能、海洋能、生物质能、氢能以及用于核能发电的核燃料等能源5按能源的形态特征或转换与应用的层次对它进行分类，可分为：固体燃料、液体燃料、气体燃料、水能、电能、太阳能、生物质能、风能、核能、海洋能和地热能其中，前三个类型统称化石燃料或化石能源已被人类认识的上述能源，在一定条件下可以转换为人们所需的某种形式的能量比如薪柴和煤炭，把它们加热到一定温度，它们能和空气中的氧气化合并放出大量的热能，我们可以用热来取暖、做饭或制冷，也可以用热来产生蒸汽，用蒸汽推动汽轮机，使热能变成机械能；也可以用汽轮机带动电机，使机械能变成电能；如果把电送到工厂、企业、机关、农牧林区和住户，它又可以转换成机械能、光能或热能6按能源是否可以再生分为可再生能源和不可再生能源凡是可以不断得到补充或能在较短周期内再产生的能源称为可再生能源，反之称为不可再生能源风能、水能、海洋能、潮汐能、太阳能和生物质能等是可再生能源；煤、石油和天然气等是不可再生能源第2节核能知识与技能1了解核能、裂变、链式反应和聚变的有关知识2了解核电站的常识，知道核能的优点和可能带来的问题过程与方法1通过探究学习活动，学习信息处理方法，培养信息处理能力2通过自己学习的过程，培养自学能力情感、态度与价值观1通过本节学习，培养学生了解核能奥秘的兴趣，正确认识核能的价值2通过该节的学习，认识科学技术对人类生活的影响，树立将科学服务于人类的意识重点知道可控链式反应，区分裂变与聚变难点了解链式反应及发生的条件火柴一盒、制作多媒体课件一、情境导入1 945年，第二次世界大战的后期，美国在日本的广岛、长崎各投下一颗原子弹，使两岛遭受毁灭性的打击，最后迫使日本投降思考：原子弹为什么有如此大的威力？二、新课教学1原子、原子核让学生观察原子结构示意图(如下图)，了解原子的结构【教师讲解】原子组成丰富多彩的物质世界，组成原子的则是更小的原子核和核外电子原子核带正电，核外电子带负电，原子的质量主要集中在原子核，质量较小的核外电子围绕着原子核高速转动，组成原子核的是质子和中子，质子和中子之间依靠强大的核力紧紧结合在一起2核能【思考】核能是怎么来的？【教师讲解】原子核内的质子和中子由于强大的核力紧紧结合在一起，如果将它们分裂开或者重新组合，就会释放出惊人的能量，这就是核能1 kg铀完全反应时释放的能量超过2 000 t无烟煤完全燃烧时放出的能量，1 kg氢完全聚变时释放的能量相当于40 000 t无烟煤完全燃烧时放出的能量如果人类完全掌握了核能的使用技术，就可以说掌握了通向无穷能源宝库的金钥匙3核裂变【教师演示】将火柴搭成如图所示的结构，点燃第一根火柴后，观察所发生的情况【想想议议】如果用中子轰击较大的原子核，能使原子核分裂开，发生裂变现象通过上面的实验你能找到通过点燃一根火柴使很多火柴不断点燃的办法吗？那么怎样才能使原子核的裂变也不断继续下去呢？(展示图片如下图所示)【教师讲解】如果用一个中子轰击质量较大的原子核能使原子核发生裂变，且裂变的同时还能释放出中子，这些中子又可以继续使其他的原子核裂变，这样就可以使核裂变继续下去了，如：用中子轰击铀235原子核就可以放出二至三个中子，它们又可以引起其他铀核的裂变，再放出几个中子，再引起裂变这样，只要有一个核发生了裂变，就可以引起一连串的裂变，并放出大量的能量这就是链式反应(如图所示)快速的裂变反应可以引起猛烈的爆炸，原子弹就是利用快速裂变制成的还可以控制链式反应的速度，把核能用于和平建设事业，“核反应堆”就是控制裂变反应的装置，已成功地应用到核潜艇、核电站等装置4核聚变请学生观看我国引爆第一颗原子弹和氢弹的录像【思考】同学们观察到是原子弹还是氢弹的威力更大、释放的能量更多？那么氢弹是怎样产生大量的能量呢？【教师讲解】较轻的核结合成较重的核，也能释放能量，这种现象叫做核聚变如图氘核、氚核在超高温下聚合成氦核，释放出核能氢弹就是利用轻核聚变制成的，它是比原子弹威力更大的核武器，由于核聚变需要很高的温度，所以氢弹要通过原子弹的爆炸产生的高温来引爆三、课堂小结1裂变：核物理中把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应2聚变：把轻核结合成质量较大的核，释放出核能的反应3核能：原子核在裂变和聚变过程中释放出的能量4链式反应：当一个铀核裂变时，会同时放出23个中子，这些中子又能去轰击其他的铀核，再使它们分裂，于是放出更多的中子，这种裂变的引发过程叫做链式反应5核电站工作的能量转换过程：核能内能机械能电能四、检测反馈1获得核能有两种途径：一种是_，另一种是_其中_必须在高温条件下才能进行答案裂变聚变聚变2核电站的核心是_，它以_为核燃料，反应堆中放出的_能转化为高温蒸汽的_能，通过汽轮发电机转化为_能答案核反应堆铀核内电3氢弹是利用轻核聚变的原理制成的，一般来说，氢弹的威力比原子弹的威力()A大B小C无法确定D差不多答案A4有关核反应堆的下列说法中，正确的是()A核反应堆是进行聚变而获得核能的一种装置B核反应堆是进行裂变，且不加控制而获得核能的一种装置C核反应堆是控制链式反应速度，使核能缓慢地、平稳地释放出来的装置D核反应堆是控制轻核聚变速度，使核能缓慢地、平稳地释放出来的装置答案C5原子弹和核电站的根本区别是()A原子弹利用核裂变，核电站利用核聚变B原子弹利用核聚变，核电站利用核裂变C原子弹对裂变的链式反应不加控制，核电站控制裂变的链式反应速度D原子弹对聚变的链式反应不加控制，核电站控制聚变的链式反应速度答案C6下列关于核能的说法中正确的是()A核能是可再生能源B核电的优点是安全、清洁、无废料C人类还没有完全掌握人工控制核聚变技术D原子弹具有巨大的破坏性，无其他危害答案C一、原子：由原子核和核外电子组成原子核由质子和中子组成二、核能1核裂变2核聚变核能发电的优点与缺点优点：1核能发电不像化石燃料发电那样排放巨量的污染物质到大气中，因此核能发电不会造成空气污染2核能发电不会产生加重地球温室效应的二氧化碳3核能发电所使用的铀燃料，除了发电外，暂时没有其他的用途4核燃料能量密度比起化石燃料高上几百万倍，故核能电厂所使用的燃料体积小，运输与储存都很方便，一座百万千瓦的核能电厂一年只需30吨的铀燃料，一航次的飞机就可以完成运送5核能发电的成本中，燃料费用所占的比例较低，核能发电的成本较不易受到国际经济情势影响，故发电成本较其他发电方法稳定缺点：1核能电厂会产生大量放射性废料，虽然所占体积不大，但因具有放射性，故必须慎重处理，且需面对相当大的政治困扰2核能电厂热效率较低，因而比一般化石燃料电厂排放更多废热到环境里，故核能电厂的热污染较严重3核能电厂投资成本太大，电力公司的财务风险较高4核能电厂较不适宜做尖峰、离峰之随载运转5兴建核电厂较易引发政治歧见纷争6核电厂的反应堆内有大量的放射性物质，如果在事故中释放到外界环境，会对生态及民众造成伤害第3节太阳能知识与技能1初步认识太阳的结构，知道太阳能是人类能源的宝库2大致了解太阳能的利用方式过程与方法通过课堂上设置装置，课下制作改进的过程，培养学生的动手能力；通过主动学习，提高学生搜集信息交流信息的能力情感、态度与价值观1能保持对大自然的好奇，初步领略自然现象的美妙与和谐，对大自然有亲近、热爱、和谐相处的情感2具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识重点初步认识太阳的结构，知道太阳能是人类能源的宝库难点了解太阳能的利用方式有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识生产生活中利用太阳能的图片(可制成多媒体课件)一、情境导入长期以来，人们就一直在努力研究太阳能我们地球所接受到的太阳能，只占太阳表面发出的全部能量的二十亿分之一左右，这些能量相当于全球所需总能量的3万4万倍，可谓取之不尽，用之不竭巨大的太阳能是怎样产生的呢？人类可以怎样利用太阳能呢？二、新课教学1太阳能【思考】太阳能有哪些优点？【教师点拨】 (1)太阳能十分巨大照射在地球上的太阳能十分巨大，科学家研究表明，太阳每秒钟到达地面的总能量高达80亿千瓦，大约40 min照射在地球上的太阳能，便足以供全球人类一年能量的消耗(2)太阳能供应时间长久，天文学家研究表明，太阳目前正处于精力旺盛的主序星阶段，它含有大量氢原子，这些氢原子发生的聚变，至少还可以使太阳稳定地燃烧50亿年之久对人类来说，太阳能几乎可以说是一种取之不尽、用之不竭的永久性能源(3)太阳能获取方便太阳能分布广泛，处处可以利用，既无需挖掘开采，也无需运输(4)太阳能安全、环保太阳能利用起来安全、清洁，开发利用太阳能不会给环境带来污染2太阳能的利用展示利用太阳能的图片，请学生总结利用太阳能的几种方式让学生比较不同的利用太阳能的方式，总结太阳能的几种利用方式【教师归纳】(1)光热转换，光热转换即靠各种集热器把太阳能收集起来为人类服务早期的太阳能应用是将水加热，现今全世界有数百万个太阳能热水装置(2)光电转换光电转换即将太阳能转换成电能，电能是当今社会最重要的能量，所以将太阳能的光能转化为电能是人们的研究重点目前，太阳能用于发电的途径有二：一是热发电，就是先用集热器把太阳能变成热能，再通过汽轮机将热能转变为电能；二是光发电，就是利用太阳电池的光电效应，将太阳能直接转变为电能在这两个途径中，光发电又是研究的热点和难点【知识拓展】光化转换也是利用太阳能的一种方式光化转换即先将太阳能转换成化学能，再转换为电能等其他能量，我们知道，植物靠叶绿素把光能转化成化学能，实现自身的生长与繁衍，若能揭示光化转换的奥秘，便可实现人造叶绿素发电目前，太阳能光化转换只在积极探索、研究中三、课堂小结1太阳巨大的“核能火炉”太阳的结构：从外到内分为对流层、辐射层、太阳核心，最外层包围着太阳大气2太阳能是人类能源的宝库3太阳能的利用目前直接利用太阳能的方式有两种：一种是用集热器把水等物质加热，另一种是用太阳能电池把太阳能转化为电能四、检测反馈1太阳能的转化：太阳把地面的空气晒热，太阳能转化为_；晒热的空气上升，空气流动形成风，又转化为_；太阳把地面晒热，并使一部分水蒸发，蒸发的水汽升到空中形成云，以雨雪的形式落下来，流入江河，太阳能转化为_；植物吸收太阳能，发生光合作用，太阳能转化为植物的_；植物作为食物被动物吃掉，又转化成动物的_；古代的动植物在地质变迁中变为化石燃料，转化为这些燃料的_答案内能风能水能化学能化学能化学能2下列有关太阳能辐射的叙述，正确的是()A太阳每年向地球输送的能量，约相当于4万吨煤的能量B太阳辐射的巨大能量来源于核裂变反应C太阳辐射对地理环境的形成和变化具有极其重要的作用D煤和石油的能量是来源于地球内部的能量答案C3下列能源不是来自太阳能的有()A水能B风能C核能 D煤、石油和天然气答案C4为改善驻守在南沙某岛礁边防战士的工作条件和生活条件，今年在岛上安装了太阳能电池板白天，太阳能电池板给蓄电池充电；晚上，蓄电池为探照灯供电这样白天与晚上的能量转化形式是()A白天：太阳能一内能一电能B白天：太阳能一电能一化学能C晚上：化学能一电能一太阳能D晚上：化学能一电能一化学能答案B一、太阳能的来源：核聚变二、太阳能的利用1用集热器把水等物质加热2用太阳能电池把太阳能转化成电能太阳能光伏光伏板组件是一种暴露在阳光下便会产生直流电的发电装置，几乎全部由以半导体材料(例如硅)制成的薄身固体光伏电池组成由于没有活动的部分，故可以长时间操作而不会导致任何损耗简单的光伏电池可为手表及计算机提供能源，较复杂的光伏系统可为房屋提供照明，并为电网供电光伏板组件可以制成不同形状，而组件又可连接，以产生更多电力，近年，天台及建筑物表面均会使用光伏板组件，甚至被用作窗户、天窗或遮蔽装置的一部分，这些光伏设施通常被称为附设于建筑物的光伏系统太阳能暖房冬天，利用太阳能暖房，在许多寒冷地区已使用多年因寒带地区冬季温度甚低，室内必须有暖气设备，若欲节省大量化石能源的消耗，可应用太阳辐射热大多数太阳能暖房使用热水系统，亦有使用热空气系统太阳能暖房系统是由太阳能收集器、热储存装置、辅助能源系统，以及室内暖房风扇系统所组成，其过程是太阳辐射的热量经收集器内的工作流体将热能储存，再供热至房间至于辅助热源则有装置在储热装置内、直接装设在房间内或装设于储存装置及房间之间等不同设计当然亦可不用储热装置而直接将热能用到暖房的直接式暖房设计，或者将太阳能直接用于热电或光电方式发电，再加热房间第4节能源与可持续发展知识与技能1初步了解能量转移和能量转化的方向性2认识能源消耗对环境的影响3知道未来的理想能源4知道节约能源的重要性过程与方法1通过社会调查，了解当地能源使用对环境的影响2通过上网查资料，了解能源的再生技术；解当今世界开发新能源的信息3通过学生举例，使学生将物理知识和日常生活紧紧联系起来，培养学生对科学的求知欲，以及将科学技术应用于日常生活的意识4通过创设学生学习情境，培养学生口头表达能力和信息交流能力情感、态度与价值观1通过了解消耗能源对环境的影响，初步认识科技给人类带来的负面效应，培养学生节能意识、环保意识2初步认识科学技术对于人类生活、自然环境及社会发展的影响，树立可持续发展意识3通过交流讨论，使学生认识交流与合作的重要性，培养学生主动与他人合作的精神4联系科技发展的前沿技术，培养学生关注科技发展的意识，以及将科学服务于人类的意识，培养学生振兴中华的使命感和责任感建立节约能源意识、开发新能源下载资料，制作多媒体课件教师活动学生活动设计意图引入新课幻灯片的内容是：能源带来了经济的繁荣；交通的便利；生活品质的提高；然而地球的资源有限；为了世世代代永续经营；让我们共同推动能源教育观看、思考、联想，结合图象回答老师提问播放六张幻灯片，有针对性地提问，复旧引新.新课教学投影幻灯片，强调：能量的转移、转化是有方向性的，比如冰箱里的热量不会自动转移到外部，而必须消耗其他的能量(电能)才能把热量转移出去，从而使冰箱内部变冷叉如地球上的能量最后都要转化成环境的内能，而这些内能可以很快回收使用既然能量是守恒的，为什么我们还常说要节约能源呢？引导学生看书.幻灯片：能源消耗对环境的污染学生把自己生活的地区环境污染的现象列举一、二例，并进行讨论讨论、合作完成.学生归纳回答.先收集资料、讨论，个别同学举手发言，其余倾听、思考.学生介绍自己家中的节能小秘方，与全体同学共同分享，如：我家是怎样省电的；我家是怎样省水的等了解能量的转移和转化的方向性，培养学生的节能意识.培养学生归纳概括能力.让学生了解能源消耗对环境的影响，树立环保意识.教师活动学生活动设计意图指导学生阅读分析教材，完成练习.剖析学生所列事例，联系实际，使学生认识到不当使用能源会对环境造成严重的破坏.未来的理想能源：幻灯片：1.让地下岩石来发电资料简介：地热能地热电站.2.潮汐能.3.风能风力发电.4.核电站.5.燃料电池工作原理.6.水能的利用.7.太阳能.8.低公害节能汽车资料简介.9.新能源“可燃冰”知识简介及我国研究状况.10.资料简介：雨雪垃圾能发电.11.资料简介：未来新能源能源作物(芒属作物).播放北京科学教育电影厂拍摄的科教片“能源与可持续发展”.教学生看图表，分析数据，了解中国的能源状况和世界能源开发情况.幻灯片：中国可再生能源资源分布：表一：中国风力资源丰富区；表二：