17.1 电能的产生

济宁十二中初四物理教研组2009-12-28整理
电能的产生
第一节、电能的产生
【教材分析】
本节课在学生已经知道电源是提供电能的装置的基础上，让学生了解化学电池、蓄电池、太阳能电池、燃料电池的主要结构和工作原理（只要求知道能的转化，不要求知道电化原理），以及常用发电方式的能量转化过程和可持续发展的情况。本节是学生学习了基本电路和电功、家庭用电之后，对电有了基本的认识后，再从根本上去认识电，是学习本章后面几节的基础。本节课虽然属于认知型课程，但也要从水果电池上引导学生去探究。
【教学目标】
1、知识目标：⑴了解常见电池的结构性能、能的转化，以及使用注意事项。
⑵了解常见的几种发电方式的能的转化过程及开发利用的可持续性。
2、能力目标：⑴在生活中能根据需要选用合适的电池。
⑵通过水果电池实验培养探究问题的能力。
3、德育目标： 通过介绍废旧电池和火力发电对环境的污染，培养学生保护环境的好习惯。
【教学重点、难点】
教学重点：（1）常见电池的主要结构和能量转化。
（2）常用发电方式的介绍。
教学难点：各种电池和发电方式的能量转化。
【教学方法】
直观演示，学生自学，分组交流讨论。
【教学用具】
示波器 学生自己收集废旧电池 摩托车蓄电池 投影仪 太阳能电池
【教学过程】
第一环节：引入新课
教师先提问学生一个电源的问题，引导学生回忆。
提问1：电源在电路中的作用是什么？
答：电源是在电路中提供电能的装置，它把其他形式的能转化为电能。
提问2：这些其他形式的能是如何转化为电能的？
然后教师由这个问题引入课题。
第二环节：新课教学
板书题目：电能的产生
1、化学电池的主要结构和能量转化
教师引导学生观察他们手中的电池，然后观察课本112页的插图17－1，学习有关电池的问题，请学生回答多媒体投影幕上的问题。
多媒体投影：
⑴你手中的电池的电压是多少？
⑵你手中的电池的正负极分别是哪一端？
学生举手回答，教师引导学生自学113页最下边的两段和114页的信息窗，了解化学电池的主要结构和分类以及锌锰干电池的主要结构，请学生完成多媒体投影幕上的问题。
多媒体投影：
⑴化学电池由正极（导体）、负极（导体）、糊状的电解质组成
⑵化学电池主要包括锌锰干电池、镍镉电池、锂电池、银锌电池等。
⑶锌锰干电池由铜帽（正极）、锌筒（负极）、碳棒 、二氧化锰和电解质几部分组成。
学生通过自学回答上述问题，教师指导纠正错误并向学生讲解：
在电池的外层包装下的整个锌筒都是负极。因为锌锰干电池的供电原理是二氧化锰、电解质和锌筒反应而具有电能的，所以这种电池的能量转化是：化学能转化为电能。锌锰干电池、镍镉电池、锂电池、银锌电池的原理都是化学能转化为内能，所以统称为化学电池。
最后再引导学生自学115页最后三段，了解化学电池对环境的污染，增强学生的环保意识，请学生完成多媒体投影幕上的问题。
多媒体投影：
⑴多数化学电池内含有汞、镉等重金属元素，这些元素会有污染环境、破坏生态的危害。所以我们应把废弃的电池分类处理，更不能把电池拆开来玩。
教师总结本小段的重点是：化学电池能的转化。
最后向学生介绍以下知识：
⑴、铅镍汞等重金属能对儿童造成智力低下、多动症，伤害人体造血系统和神经系统。
⑵、一颗纽扣电池弃入大自然可污染60万升水，相当于一人一生的用水量
⑶、一节一号干电池烂在地里，能使一平方米土地失去利用价值
2、蓄电池的主要结构和能量转化
教师拿一块摩托车蓄电池向学生作介绍：电压为12v，可以充电、放电，可以多次使用。引导学生自学114页中间，学习蓄电池的有关知识，请学生完成多媒体投影幕上的问题。
多媒体投影：
⑴常用蓄电池的极板是铅制成的，电解质溶液是硫酸。一个铅蓄电池的电压是2V，一摩托车上的蓄电池的电压是12V，是6个蓄电池串联起来的。
⑵蓄电池充电时，是电能转化为化学能，使用时是化学能转化为电能。
⑶蓄电池的优点是能供给较大的电流，电压比较稳定。
⑷蓄电池对环境有污染吗？
学生回答问题，让学生自己改错，教师最后分析总结这一小段的重点是：蓄电池能量的转化，要向学生说明蓄电池也是一种化学电池。
3、太阳能电池的主要结构和能量转化
教师引导学生自学114页最后几段，让学生观察小型的太阳能电池，了解太阳能电池的主要结构和能的转化情况，分组讨论，请学生完成多媒体投影幕上的问题。
多媒体投影：
⑴太阳能电池用 半导体硅和金属导体制成，可以做的很小巧主要用于计算器和玩具上，大量的太阳能电池可以列成阵列，建成太阳能发电站，巨大的太阳能帆板是人造卫星 上的主要电源之一。
⑵太阳能电池将太阳能转化为电能 。
⑶太阳能电池无 （有、无）污染，不足之处是受天气限制。
学生回答问题，让学生自己改错。
教师分析总结这一小段的重点是：太阳能电池能的转化和对环境的无污染。
4、燃料电池的主要结构和能量转化
教师引导学生自学115页上面两段，了解燃料电池的主要结构和能的转化情况，分组讨论，请学生完成多媒体投影幕上的问题：
多媒体投影：
⑴燃料电池是化学能转化为电能的装置。
⑵燃料电池利用氢、乙烷等作燃料，效率高可以减少二氧化碳的排放，有利于环境保护。
学生回答问题，让学生自己改错。
教师分析总结这一小段的重点是：燃料电池能的转化，向学生强调燃料电池也是化学电池。
5、直流电、交流电。
教师先引导学生自学112页“加油站”，学习什么是直流电，交流电，以及他们的特点，然后教师用示波器演示直流电、交流电的波形变化，请学生完成多媒体投影幕上的问题。
多媒体投影：
⑴化学电池、蓄电池、太阳能电池、燃料电池向外供给的是直流电，它的特点是大小和方向不随时间的变化而变化。
⑵我们日常生活照明用的是交流电，它的特点是大小和方向随时间作周期性变化。
学生回答上述问题，教师评价，最后向学生讲解并要求学生记住：我国照明电路的电压是220V，它的周期是0.02s，频率是50Hz。并从交流电的产生引入发电机：电池提供的电能是有限的，更强大的电流通过发电机来获取。
6、发电机
教师讲解：发电机也是将其他形式的能转化为电能，我国常用的发电方式有火力发电、水力发电和核能发电。
布置学生自学115页到117页本节结束，了解三种发电方式的有关内容，并找出能的转化情况，完成投影幕上的填空。
多媒体投影：
1. 有关三种发电方式的图片。
2.（1）火力发电
学生自学，互相讨论并完成以下填空：
⑴火力发电的能量转化过程是： 燃料的化学能 → 水和水蒸气的内能
→ 发电机转子的机械能 → 电能 。
⑵火力发电大量利用一次性能源，而且会产生大量的二氧化碳、含硫的气体和粉尘等，污染环境，对生态环境产生不利的影响。
（2）水力发电。
⑴、水力发电的能量转化过程是：水的机械能→ 水轮机的机械能→发电机转子的机械能 →电能 。
⑵、水力发电对环境无（有、无）污染，受资源的地理位置和自然条件的变化的影响。
（3）核能发电
⑴、核能发电的能量转化过程是：核能 → 水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能 → 电能。
⑵、核电站运行时会节省能源，而且不会对大气和环境造成污染，是一种比较清洁的能源。
⑶秦山核电站是我国第一座核电站，到本世纪初装机总容量将达到3×106kw 。
请学生回答，教师讲解并指导学生核能发电可与火力发电比较来学习，让学生加强记忆。最后教师总结本段的重点是：三种发电方式的能的转化情况。

第三环节 课堂小结 回扣教学目标 回顾本节重点内容
教师引导学生自己概括：
一、化学电池 主要结构：正极（导体）、负极（导体）、糊状的电解质。
种类：锌锰干电池 、镍镉电池、锂电池、银锌电池、蓄电池、燃料电池
能的转化：化学能转化为电能
二、 蓄电池能的转化：充电时是电能转化为化学能，使用时是化学能转化为电能
三、 太阳能电池能的转化：太阳能转化为电能。
四、 燃料电池能的转化：化学能转化为电能。
五、 发电机能的转化：其他形式的能转化为电能。
⑴火力发电：燃料的化学能→水和水蒸气的内能→发电机转子的机械能→电能。
⑵水力发电：水的机械能→水轮机的机械能→发电机转子的机械能→电能。
⑶核能发电：核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能。
六、对环境能产生污染的电池和发电方式分别是：化学电池、蓄电池、火力发电。

第四环节 课堂小测 反馈教学效果 巩固课堂教学
1、电池提供的是 电，大小和方向 。发电机提供的是 电，大小和方向随时间 。
2、请下列相对应的能量转化用线连接起来
火力发电 电能转化为机械能
干电池使用时 太阳能转化为电能
阳光照在硅光电池上 电能转化为化学能
电流通过电动机 电能转化为内能
电流通过用电器 化学能战后为电能
蓄电池充电时 化学能战后为电能
3、关于电源的作用下列正确的是（ ）
A、电源是将化学能转化为电能的装置
B、电源是将其他形式的能转化为电能的装置
C、电源内部不断创造大量的正电荷
D、电源是将电能转化为化学能的装置
4、下列说法正确的是（ ）
A、干电池外形大的电压高
B、干电池总是能保持1.5V电压
C、干电池中央的金属帽是它的正极
D、干电池的金属外壳是它的正极
5、一台直流电动机的额定电压为380V，正常工作时的电流为2.5A，则此电动机正常工作6h，消耗电能（ ）
A、950W B、5.7Kwh C、195200J D、5.7kw
【布置作业】
1、学习105页“迷你实验室”自己在家中准备耳机、铜片、锌片、铜导线、西红柿、苹果、土豆等探究水果电池可行性。
⑴提出的问题
⑵探究的过程
⑶结论
2、布置《同步学习》。
【板书设计】
第十七章 电从哪里来
第一节 电能的产生
一、化学电池主要结构：正极（导体）、负极（导体）、糊状的电解质。
种类 ：锌锰干电池 、镍镉电池、锂电池、银锌电池、蓄电池、燃料电池。
能的转化：化学能转化为电能。
二、蓄电池：充电时是电能转化为化学能，使用时是化学能转化为电能
三、太阳能电池：太阳能转化为电能
四、燃料电池：化学能转化为电能
五、发电机：其他形式的能转化为电能
⑴、火力发电：燃料的化学能→水和水蒸气的内能→ 发电机转子的机械能→ 电能。
⑵、水力发电：水的机械能→ 水轮机的机械能→发电机转子的机械能→电能。
⑶、核能发电：核能→水和蒸汽的内能→发电机转子的机械能→电能。
【教学参考】
1. 常见的电池有哪些？
（1）干电池carbon-zincdry batteries （2）碱锰电池alkaline （3）一次性电池manganese batteries) primary batteries （4）锂电池lithium batteries （5）铅酸电池lead batteries （6）化学电池（7）二次电池（8）镍镉电池(Ni-Cd ) chemical batteries (secondary batteries （9）镍氢电池Ni-MH （10）锂离子电池Li-ion 其它还有：燃料电池fuel cell ，物理电池physical energy ，太阳电池solar cellbatteries.
2、电池对环境有什么影响？
现今几乎所有电池均不含汞，但重金属仍然是汞电池，可充电镍镉电池，铅酸电池的必要组成部分。如果处置不当，且数量较多的话，这些重金属将对环境产生有害的影响。目前，国际上已有专门机构回收氧化锰镍镉和铅酸电池。例如非盈利机构RBRC公司http://www.rbrc.com 。
3、什么是电池的爆炸？预防电池爆炸？
电池内的任何部分的固态物质瞬间排出，被推至离电池25cm以上的距离，称为爆炸。判别电池爆炸与否，采用下述条件实验。将一网罩住实验电池，电池居于正中，距网罩任何一边为25cm。网的密度为6-7根/cm，网线采用直径为0.25mm的软铝线，如果实验无固体部分通过网罩，证明该电池未发生爆炸。大家不要一听到电池会爆炸,就对锂电池产生恐惧感.其实只要你使用的产品(包括电池和充电器)是合格的产品,就不会存在这样的问题.合格的产品出厂之前都经过了严格的测试,且电池和充电器内都有冲放电保护装置,所以即使电池或充电器其中有一个失去了保护性能,另外一个还同样可以保护您的电池不会过充,也就不会发生充电爆炸的现象.即使电池和充电器的保护装置都失效,如果您注意到电池很发烫,立即停止充电并送专业人员检查,也会避免这种现象发生.迪格浦电池出厂前都要经过充放电试验、跌落试验、震动试验、高低温循环等环境试验，确保产品在不同的环境，受到不同的环境影响都能够性能稳定。更不会发生爆炸的现象。
4、 识记忆效应。
电池记忆效应是指电池的可逆失效，即电池失效后可重新回复的性能。记忆效应是指电池长时间经受特定的工作循环后，自动保持这一特定的倾向。这个最早定义在镍镉电池。镍镉的袋式电池不存在记忆效应，而烧结式电池有记忆效应。而现在的镍金属氢(俗称镍氢)电池不受这个记忆效应定义的约束。因为现代镍镉电池工艺的改进，上述的记忆效应已经大幅度的降低，而另外一种现象替换了这个定义，就是镍基电池的“晶格化”。通常情况镍镉电池受这两种效应的综合影响，而镍氢电池则只受“晶格化”记忆效应的影响，而且影响较镍镉电池的为小。 在实际应用中，消除记忆效应的方法有严格的规范和一个操作流程。操作不当会适得其反。 对于镍镉电池，正常的维护是定期深放电:平均每使用一个月(或30次循环)进行一次深放电(放电到1.0V/每节，英文称之为exercise)，平常使用时尽量用光电池或用到关机等手段可以缓解记忆效应的形成，但这个不是exercise，因为仪器(如手机)是不会用到1.0V/每节才关机的，必须要专门的设备或线路来完成这项工作，幸好许多镍氢电池的充电器都带有这个功能。 对于长期没有进行exercise的镍镉电池，会因为记忆效应的累计，无法用exercise进行容量回复，这时则需要更深的放电，老外称(recondition)，这是一种用很小的电流长时间对电池放电到0.4V每节的一个过程，需要专业的设备进行。对于镍氢电池，exercise进行的频率大概每三个月一次即可有效的缓解记忆效应。因为镍氢电池的循环寿命远远低于镍镉电池，几乎用不到recondition这个方法。 (1)建议1:每次充电以前对电池放电是没有必要，而且是有害的，因为电池的使用寿命无谓的减短了。 (2)建议2:用一个电阻接电池的正负极进行放电是不可取的，电流没法控制，容易过放到0V，甚至导致串联电池组的电池极性反转。
5、 电池容量越高越好吗？
不同型号(特别是不同体积)的电池,他的容量越高,提供使用的时间越长.抛开体积和重量的因素，当然容量越高越好。但是同样的电池型号,标称容量(比如600mAh)也相同,实际测的初始容量不同:比如一个为660mAh，另一个是605mAh,那么660mAh的就比605mAh的好吗。实际情况可能是容量高的是因为电极材料中多了增加初始容量的东西，而减少了电极稳定用的东西，其结果就是循环使用几十次以后，容量高的电池迅速容量衰竭，而容量低的电池却依然坚挺。许多国内的电芯厂家往往以这个方式来获得高容量的电池。而用户使用半年以后待机时间却是差得一塌糊涂。民用的那些AA镍氢电池(就是五号电池),一般是1400mAh，却也有标超高容量的(1600mAh)，道理也是一样。提高容量的代价就是牺牲循环寿命,厂家不在电池材料的改性上下文章,是不可能真正“提高”电池容量的。
6、给电池充电是否要先放掉剩余的电
一般情况下，我们使用的电池有：锂离子电池、镍氢电池、镍镉电池和小型密封铅蓄电池。其中只有镍镉电池需要在充电前先行放电。这是因为镍镉电池存在记忆效应，通常我们所使用镍镉电池不会把电用净，如果我们长期对还有50%残存电量的电池进行充电，就会使电池极板深处的活性物质钝化，电池就会记住这些电量。这样，当电池耗至还有50%的电量时，极板深处的充电物质便不能转化为电能释放出来，这是电压就会突然下降，当然电器也就无福消受这些电量了。我们把这种现象叫做记忆效应。因此，镍镉电池在充电前应先放电，以防止记忆效应。不过放电不应放净，一般放到略小于1伏即可。
7、 交流电与直流电大战。
19世纪末，在爱迪生（1847－1931）的推动下，直流电已经有了相当广泛的应用。不过在实用中，直流电存在很大缺点：不仅花费大量的铜线，而且不能作远距离输电，每平方英里地区，需要一个单独的发电机供电，很不经济。出生于克罗地亚的发明家特斯拉（1856－1943）考虑采用交流电来代替直流电。交流电系统使用高电压、小电波供电，然后利用变压器调节电流、电压，来适合用户需要。它的突出优点是可以用细导线实现远距离送电。但是，这种既经济以科学的方案一提出，立即遭到爱迪生的强烈反对。出于竞争的需要，爱迪生声称采用交流电比用直流电危险得多。为了证明交流电的安全性，特斯拉特地制作了一个“特斯拉线圈”。它是由一个感应圈、两个大电容器和一个初级线圈仅几圈的互感器组成。这种装置可以产生频率很高的高压电流，不过这种高压电的电流很小，对人体还会产生显著的生理效应。特斯拉在一次记者招待会上，让交流电从“特斯拉线圈”通过自己的身体，点亮了电灯，甚至还熔化了电线。在场的记者个个目瞪口呆，取得了极大的宣传效果。
整理：陈伟利
PAGE
5