4.1 能量 能量守恒定律 4.2 能源 4.3 环境保护与可持续发展 教学设计 高中物理新教科版必修第三册（2022-2023学年）

/index第四章能源与可持续发展第1节能源能量守恒定律第2节能源第3节环境保护与可持续发展教学目标

1.学生列举实例说明能量是如何转化的，解释能量守恒定律的含义；2.学生通过分析实例知道能量耗散，认识自然界中能量转化的方向性；3.学生收集资料，讨论能源的开发与利用所带来的环境污染问题，认识环境污染的危害，思考科学·技术·社会·环境协调发展的关系，具有环境保护的意识和行动。4.学生了解太阳能、风能、核能等资源的开发利用，知道利用能量是人类生存和社会发展的必要条件之一。知道人类利用的能量来自可再生能源和不可再生能源，认识合理使用能源的重要性，具有可持续发展观念，养成节能的习惯。教学重点、难点

教学重点：能量耗散和能量品质含义的理解

教学难点：综合运用知识解决清洁能源能量转化问题教学方法

讨论法、讲解法、理论联系实际教学过程教学

内容教师

活动学生

活动预期

目标引入能量是物理学中的一个重要概念，我们已经学习动能、势能、电势能、热能、内能等各种形式的能量.投影PPT，展示问题一个深刻的问题：能量究竟是什么？是一些颗粒物吗？是分子构成的某种东西吗？你的认识是？(教师点名学生回答，阐述观点.)教师总结：能量是一个抽象的物理概念，不是某种物质，有不同形式，不同能量可以互相转化，在转化过程遵循能量守恒定律.回忆、思考思考、准备发言生1：能量不是一种物质.生2：能量很抽象，有不同形式，可以互相转化.提出问题，引发思考.能量转化的方向性提出问题能量既然守恒，为什么还大力倡导节约？节约的是什么？节约的意义是什么？思考与讨论：家用电器消耗电能.这些电能最终转化为什么能？运动的物体由于摩擦最终停下，动能转化为什么形式的能量？内能还能重新被收集利用吗？总结：能量耗散和能量品质热力学第二定律表明：自发进行的过程从有序向无序发生，即向着熵增大的方向进行.机械能、电能等是有序度较高的能量，转化成无序度较大的内能. 分散在环境中的内能不能被重新利用。这种转化过程叫能量耗散.内能是一种低品质的能量，机械能、电能等是高品质的能量.能量耗散导致能量的品质降低，从高度有用的形式降级为不可用的形式.提出问题：能源是什么含义？与能量的含义有哪些不同？教师聆听学生的回答，并做出评价.展示词典对能源的解释.聆听、思考思考、回答问题聆听教师讲解，思考提出问题，引发思考开展新的教学内容理解能源的准确能源与社会发展目前人类主要使用化石能源，例如石油、煤炭等。化石能源占据人类所用能源的主要部分，对于人类有重要意义，离开化石能源，人类社会无法发展进步。然而，化石能源是有限的，而且化石能源的大量使用，也带来了很严重的环境问题.大量二氧化碳气体的排放导致温室效应，地球温度上升，海平面上升，一些陆地被淹没。洛杉矶光化学烟雾事件：1943年美国洛杉矶市的250万辆汽车每天燃烧掉1100吨汽油，汽油燃烧后产生的碳氢化合物等在太阳紫外光线照射下引起化学反应，形成浅蓝色烟雾，使该市大多市民患了眼红、头疼病。后来人们称这种污染为光化学烟雾。 1955年和1970年洛杉矶又两度发生光化学元素烟雾事件，前者有400多人因五官中毒、呼吸衰竭而死，后者使全市四分之三的人患病.伦敦烟雾事件：1952年12月5日至9日，伦敦上空受反气旋影响，大量工厂生产和居民燃煤取暖排出的废气难以扩散，积聚在城市上空.伦敦被浓厚烟雾笼罩，交通瘫痪.市民出现胸闷窒息等不适感，发病率和死亡率急剧增加。据统计，当月因这场大烟雾而死的人多达4000人.聆听、思考阅读文本材料渗透环保意识教育通过历史真实案例引起学生思考，意识到环境问题的危害、达到情感态度与价值观教学目标能源的分类与应用(讲解)：化石能源对环境具有巨大的破坏了，人类品尝到了自己造成的恶果。如果能找到清洁能源，开发新能源，对环境无危害或者较小的危害，对人类发展，对环境都有巨大的裨益.能源分类：常规能源一次能源新能源能源二次能源新能源包括太阳能、生物质能，风能、海洋能、地热能以及核聚变燃料.太阳能太阳能是来自太阳内部不断进行的热核反应释放的能量，是核聚变能：

4p→4He+2e++2ve+26.7MeV太阳每秒释放能量约4×1026J，质量亏损达400多万吨。太阳辐射到地球的能量每年可以达到1024J，约是全世界煤炭、石油和天然气总含量的130倍。太阳能是绿色清洁能源，对环境的影响很小.太阳能电池太阳能电池原理基于光伏效应——由于光照产生电动势的现象，半导体材料的电子把阳光直接转化为电能，1954年4月25日，贝尔实验室示范第一个实用的硅太阳能电池，效率约6%。现在已经可以建造效率超过40%的太阳能电池。太阳能电池的发展仍在持续进行，朝向降低成本、提升效率的目标进行。例1某地区风速为14m/s，空气密度为ρ=1.3kg/m3.若通过横截面积为400m2的风能全部用于使风力发电机转动，且风能的20%转化为电能，通过这个截面的风的发电功率是多少？板书讲解：解：t内的风能E=1/2·ρSvt·v2=1/2·ρSv3t电能E电=20%E=1/10·ρSv3t功率P=E电/t=1/10·ρSv3=1.4×105W

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