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4能源与可持续发展 教学设计
课题 能源与可持续发展 单元 12 学科 物理 年级 高二
教材 分析 本节课所采用的教材是人教版高中物理必修3第12章第4节的内容, 本节内容是由“能量转移和能量转化的方向性”、“能源的分类与应用”、“能源与可持续发展”三部分内容组成的。根据能量守恒定律可知，使用能量的过程中，能量的总量保持不变，那么还会出现能源危机吗？因为能量在转化和转移的过程中具有方向性，把能量转化或转移后，能量不能自动再转化到原来形式或转移到原来的物体，这部分内容学生不太容易理解，是本节教学的难点。通过了解世界和我国使用能源状况，全世界对能源的需求量在不断增大，并且以不可再生能源为主，所以人类不得不面对能源危机，要实现能源与可持续发展，需要开发和探索各种新能源。
教学目标与核心素养 一、教学目标1．理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。 2．了解能源消耗给环境带来的影响。 3．知道能量的转化和转移有一定的方向性。二、核心素养物理观念：理解能量守恒定律，让学生建立能量观念。科学思维：锻炼学生的分析能力和节约能源的意识。 科学探究：通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。科学态度与责任：认识伴随大量能源消耗所产生的环境问题，对于能源的开发和利用 有可持续发展的意识。
重点 知道能量转移和转化具有方向性，有节约能源的意识。
难点 了解我国能源安全和进行持续发展的紧迫性,理解能量守恒定律的确切含义。
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 知识回顾：在初中我们学过能量守恒定律，你能说出什么是能量守恒定律吗？ 参考答案：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。这个规律叫作能量守恒定律。 既然能量是守恒的，不能被创造或消灭，为什么我们还要提倡节约能源呢？ 回忆能量守恒定律并思考问题 温故而知新为引出本节课题做铺垫
讲授新课 一、能量转移或转化的方向性1.能量转化内能可以转化成电能，电能可以转化成光能、内能或机械能……在一定条件下，能量之间可以互相转化。（1）太阳能的转化2.能量转移或转化的方向性思考与讨论：把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。出示图片：水中放的鸡蛋 是否可能发生这样的现象：原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升？参考答案：相同温度的鸡蛋和水自发地变成原来的温度的热鸡蛋和冷水，这一现象虽然不违反能量守恒定律，但是这样的过程是不存在的。 在自然界中，能量的转化过程有些是可以自然发生的，有些则不能。科学家研究发现，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。出示图片：燃料燃烧 燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。出示图片：发光的灯泡 电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用。1.能量耗散 在大多数情况下，各种形式的能量最终会转化为内能，但这些内能却很难被人类回收利用，这种现象叫做能量耗散。 2.节约能源的原因 能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。所以节约能源的根本原因。这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。3.能量转移或转化的方向性 （1）内能总是自动地从高温物体向低温物体转移。 （2）机械能可以完全转化为内能，而内能不可能自动地、并不引起任何变化地完全变为机械能。 （3）自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性不可逆的过程。二、能源的分类与应用1.能源的分类 （1）不可再生能源 石油和煤炭是古代植物和动物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，与古生物化石有些相似，所以叫作化石能源。出示图片：石油和煤炭 化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。 2.可再生能源 水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于太阳能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。2.能源的应用 （1）太阳能发电 太阳能的利用对环境的影响很小。利用太阳能最有前途的领域是，通过太阳电池将太阳能直接转化成电能。目前我国是最大的光伏产品制造国。。 （2）水力发电 水能是可再生能源，水电站是利用水能的重要形式。到2015 年中国水电装机总量居世界第一。（3）风能发电 为了增加风力发电的功率，通常把很多风车建在一起，成为“风车田”。我国风力发电开发走在了世界前列，装机容量居全球第一。（4）核能发电 一些质量较大的原子核在裂变成较轻的原子核时，会释放出惊人的能量。核电站就是利用可控核裂变来发电的。出示图片：核聚变示意图 有些质量较小的原子核聚合在一起发生聚变时，也会释放出能量。它比裂变反应的产能效率高，产生的核废料也比裂变的少，所以，由聚变产生核能是一种很好的方式。出示图片：华龙一号压力容器我国具有完全自主知识产权的三代百万千瓦级核电技术电站——华龙一号我国的核能发电技术已居于世界领先地位。三、能源与社会发展 1.人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。 火的使用是人类在能源使用上的第一个里程碑，它使人类脱离了茹毛饮血的时代。自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源。 大量煤炭和石油产品在燃烧时产生的气体改变了大气的成分，甚至加剧了气候的变化。2．环境污染 (1)温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量增高，导致“温室效应”，造成地面温度上升、两极的冰雪融化、海平面上升、淹没沿海地区等不良影响。出示图片：煤炭燃烧造成环境污染(2)酸雨污染：排放到大气中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水过程中溶入雨水，使其形成酸雨，腐蚀建筑物，酸化土壤。出示图片：酸雨污染3.可持续发展的核心 可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。 这就需要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式。一方面要大力提倡节能，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明。 STSE 汽车和能源在发达国家，能源总量的40%左右消耗在交通运输业上，而各种汽车消耗的能量又占全部交通工具能耗总量的73%。在我国，汽车保有量迅速增加，汽车能源消耗、尾气污染随之大幅度增加。 1.阅读课文了解汽车行驶时的功率分配比例图 2.现在汽车企业主要通过哪几方面进行节能、减排技术改进。课堂练习1. 据报道，2011年5月13日，世界上最大的太阳能飞机首次实现跨国飞行，它长达63.4m的机翼上覆盖着太阳能电池板．下列说法正确的是（ ） A．太阳能可以转化为电能 B．太阳能不可以转化为电能 C．太阳能的利用，说明能量可以消灭 D．太阳能的利用，说明能量可以创生答案：A 2.关于能量转化与守恒的理解，下列说法中正确的是（ ） A．能量是守恒的，不可能消失，所以不会发生能源危机 B．能量既会凭空产生，也会凭空消失 C．能量可以从一种形式转化为另一种形式 D．能量在转化的过程中，能量在数量上会减少答案：C 3．下列能源属于不可再生能源的是（ ） A．水能 B．风能 C．太阳能 D．天然气答案：D4.关于能量和能源，下列说法正确的是（ ） A．由于自然界中的能量是守恒的，所以不需要节约能源 B．在利用能源的过程中，总能量在数量上并未减少 C．能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性 D．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造答案：B拓展提高1．下列关于能量转化的说法中正确的是（ ） A．电灯主要是将电能转化为机械能 B．电风扇主要是将电能转化为化学能 C．电热水器主要是将电能转化为机械能 D．太阳能热水器主要是将太阳能转化为内能答案：D 2.下列能源中，不是“可再生能源”的是（ ） A．太阳能 B．潮汐能 C．风能 D．天然气答案：D3．关于能量耗散，下列说法中正确的是（ ） A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了 B．能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性 C．能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上越来越少 D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性答案：D4.关于能源的开发和利用，下列观点正确的是（ ） A．能源是有限的，无节制地使用常规能源，是一种盲目的短期行为 B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的 C．能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响 D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径答案： ACD 观察图片说出它们之间的能量转化 学生思考讨论并回答 阅读课本，举例说明自然界能量转化过程的方向性 学生通过学习总结节约能源的原因 阅读课文了解不可再生能源 和可再生能源 阅读课文了解能源的应用 阅读课文说出人类对能源的利用大致经历了三个时期，以及对环境的污染，了解可持续发展的核心 阅读课文 学生练习 理解在一定条件下，能量之间可以互相转化 理解热不能从低温物体自发地向高温物体传输，明白在自然界中，能量的转化过程有些是可以自然发生的，有些则不能 锻炼学生的自主学习能力 让学生明白能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。 知道化石能源属于不可再生能源水能、风能、潮汐能等能源属于可再生能源。 锻炼学生的自主学习能力 使学生认识到能源开发和的合理利用与环境保护对可持续发展的重要意义，培养科学的发展观 拓展学生的知识面 巩固本节知识
课堂小结 1.在大多数情况下，各种形式的能量最终会转化为内能，但这些内能却很难被人类回收利用，这种现象叫做能量耗散。 2.能量转移或转化的方向性 自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性不可逆的过程。 3.能源的分类：不可再生能源和可再生能源。 4.人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。 梳理自己本节所学知识进行交流 根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书 一、能量转移或转化的方向性 1.能量耗散 在大多数情况下，各种形式的能量最终会转化为内能，但这些内能却很难被人类回收利用，这种现象叫做能量耗散。 2.能量转移或转化的方向性 （1）内能总是自动地从高温物体向低温物体转移。 （2）机械能可以完全转化为内能，而内能不可能自动地、并不引起任何变化地完全变为机械能。 （3）自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性不可逆的过程。 二、能源的分类与应用 1.能源的分类：不可再生能源和可再生能源。 2.能源的应用：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电。 三、能源与社会发展 人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期
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能源与可持续发展
人教版高中物理 必修3
新知导入
知识回顾：在初中我们学过能量守恒定律，你能说出什么是能量守恒定律吗？
参考答案：能量既不会凭空产生，也不会凭空消失，它只能从一种形式转化为其他形式，或者从一个物体转移到别的物体，在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。这个规律叫作能量守恒定律。
既然能量是守恒的，不能被创造或消灭，为什么我们还要提倡节约能源呢？
新知讲解
一、能量转移或转化的方向性
1.能量转化
新知讲解
（1）太阳能的转化
受热的水部分蒸发到空中形成云，以雨雪的形式落下来，流入江河形成水能。
晒热的空气上升具有动能，
空气的流动形成风能。
新知讲解
直接照射太阳电池形成电能。
光合作用形成化学能。
古代生物以煤炭、石油和天然气的形式储存起来。
太阳的辐射能
新知讲解
思考与讨论：把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，过一会，鸡蛋的温度降低，水的温度升高，最后水和鸡蛋的温度相同。
是否可能发生这样的现象：原来温度相同的水和鸡蛋，过一会儿水的温度自发地降低，而鸡蛋的温度上升？
2.能量转移或转化的方向性
新知讲解
参考答案：相同温度的鸡蛋和水自发地变成原来的温度的热鸡蛋和冷水，这一现象虽然不违反能量守恒定律，但是这样的过程是不存在的。
在自然界中，能量的转化过程有些是可以自然发生的，有些则不能。
新知讲解
科学家研究发现，一切与热现象有关的宏观自然过程都是不可逆的。
燃料燃烧时一旦把热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用。
新知讲解
电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化为内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们很难把这些内能收集起来重新利用。
新知讲解
1.能量耗散
在大多数情况下，各种形式的能量最终会转化为内能，但这些内能却很难被人类回收利用，这种现象叫做能量耗散。
2.节约能源的原因
能量的耗散表明，在能源的利用过程中，能量在数量上虽未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的能源变成不便于利用的能源。所以节约能源的根本原因。这说明能量的耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性。
新知讲解
3.能量转移或转化的方向性
（1）内能总是自动地从高温物体向低温物体转移。
（2）机械能可以完全转化为内能，而内能不可能自动地、并不引起任何变化地完全变为机械能。
（3）自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性不可逆的过程。
新知讲解
二、能源的分类与应用
1.能源的分类
（1）不可再生能源
石油
煤炭
石油和煤炭是古代植物和动物的遗体在地层中经过一系列生物化学变化而生成的，与古生物化石有些相似，所以叫作化石能源。
化石能源无法在短时间内再生，所以这类能源被叫作不可再生能源。
新知讲解
（2）可再生能源
水能、风能、潮汐能等能源，归根结底来源于太阳能。这些能源在自然界可以再生，叫作可再生能源。
2.能源的应用
（1）太阳能发电
太阳能的利用对环境的影响很小。利用太阳能最有前途的领域是，通过太阳电池将太阳能直接转化成电能。目前我国是最大的光伏产品制造国。
新知讲解
（2）水力发电
水能是可再生能源，水电站是利用水能的重要形式。到2015 年中国水电装机总量居世界第一。
（3）风能发电
为了增加风力发电的功率，通常把很多风车建在一起，成为“风车田”。我国风力发电开发走在了世界前列，装机容量居全球第一。
新知讲解
（4）核能发电
一些质量较大的原子核在裂变成较轻的原子核时，会释放出惊人的能量。核电站就是利用可控核裂变来发电的。
核聚变示意图
有些质量较小的原子核聚合在一起发生聚变时，也会释放出能量。它比裂变反应的产能效率高，产生的核废料也比裂变的少，所以，由聚变产生核能是一种很好的方式。
新知讲解
我国具有完全自主知识产权的三代百万千瓦级核电技术电站——华龙一号
我国的核能发电技术已居于世界领先地位。
华龙一号压力容器
新知讲解
三、能源与社会发展
1.人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。
火的使用是人类在能源使用上的第一个里程碑，它使人类脱离了茹毛饮血的时代。自工业革命以来，煤和石油成为人类的主要能源。
大量煤炭和石油产品在燃烧时产生的气体改变了大气的成分，甚至加剧了气候的变化。
新知讲解
煤炭燃烧造成环境污染
2．环境污染
(1)温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量增高，导致“温室效应”，造成地面温度上升、两极的冰雪融化、海平面上升、淹没沿海地区等不良影响。
(2)酸雨污染：排放到大气中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水过程中溶入雨水，使其形成酸雨，腐蚀建筑物，酸化土壤。
新知讲解
新知讲解
3.可持续发展的核心
可持续发展的核心是追求发展与资源、环境的平衡：既满足当代人的需求，又不损害子孙后代的需求。
这就需要树立新的能源安全观，并转变能源的供需模式。一方面要大力提倡节能，另一方面要发展可再生能源以及天然气、清洁煤和核能等在生产及消费过程中对生态环境的污染程度低的清洁能源，推动形成人与自然和谐发展的生态文明。
新知讲解
在发达国家，能源总量的40%左右消耗在交通运输业上，而各种汽车消耗的能量又占全部交通工具能耗总量的73%。在我国，汽车保有量迅速增加，汽车能源消耗、尾气污染随之大幅度增加。
1.阅读课文了解汽车行驶时的功率分配比例图。
2.现在汽车企业主要通过哪几方面进行节能、减排技术改进。
STSE
汽车和能源
课堂练习
1. 据报道，2011年5月13日，世界上最大的太阳能飞机首次实现跨国飞行，它长达63.4m的机翼上覆盖着太阳能电池板．下列说法正确的是（ ）
A．太阳能可以转化为电能
B．太阳能不可以转化为电能
C．太阳能的利用，说明能量可以消灭
D．太阳能的利用，说明能量可以创生
A
课堂练习
2.关于能量转化与守恒的理解，下列说法中正确的是（ ）
A．能量是守恒的，不可能消失，所以不会发生能源危机
B．能量既会凭空产生，也会凭空消失
C．能量可以从一种形式转化为另一种形式
D．能量在转化的过程中，能量在数量上会减少
C
课堂练习
3．下列能源属于不可再生能源的是（ ）
A．水能
B．风能
C．太阳能
D．天然气
D
课堂练习
4.关于能量和能源，下列说法正确的是（ ）
A．由于自然界中的能量是守恒的，所以不需要节约能源
B．在利用能源的过程中，总能量在数量上并未减少
C．能量耗散说明能量在转化过程中没有方向性
D．人类在不断地开发和利用新能源，所以能量可以被创造
B
拓展提高
1．下列关于能量转化的说法中正确的是（ ）
A．电灯主要是将电能转化为机械能
B．电风扇主要是将电能转化为化学能
C．电热水器主要是将电能转化为机械能
D．太阳能热水器主要是将太阳能转化为内能
D
拓展提高
2.下列能源中，不是“可再生能源”的是（ ）
A．太阳能
B．潮汐能
C．风能
D．天然气
D
拓展提高
3．关于能量耗散，下列说法中正确的是（ ）
A．能量耗散是指在一定条件下，能量在转化过程中总量减少了
B．能量耗散表明能量守恒定律具有一定的局限性
C．能量耗散表明在能源的利用过程中，能量在数量上越来越少
D．能量耗散从能量转化的角度反映出自然界中宏观过程的方向性
D
拓展提高
4.关于能源的开发和利用，下列观点正确的是（ ）
A．能源是有限的，无节制地使用常规能源，是一种盲目的短期行为
B．根据能量守恒定律，能源是取之不尽、用之不竭的
C．能源的开发和利用，必须同时考虑其对生态环境的影响
D．不断开发新能源，是缓解能源危机、加强环境保护的重要途径
ACD
课堂总结
1.在大多数情况下，各种形式的能量最终会转化为内能，但这些内能却很难被人类回收利用，这种现象叫做能量耗散。
2.能量转移或转化的方向性
自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性不可逆的过程。
3.能源的分类：不可再生能源和可再生能源。
4.人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。
板书设计
一、能量转移或转化的方向性
1.能量耗散
在大多数情况下，各种形式的能量最终会转化为内能，但这些内能却很难被人类回收利用，这种现象叫做能量耗散。
2.能量转移或转化的方向性
（1）内能总是自动地从高温物体向低温物体转移。
（2）机械能可以完全转化为内能，而内能不可能自动地、并不引起任何变化地完全变为机械能。
板书设计
（3）自然界实际进行的与热现象有关的一切宏观过程都是有方向性不可逆的过程。
二、能源的分类与应用
1.能源的分类：不可再生能源和可再生能源。
2.能源的应用：太阳能发电、水力发电、风能发电、核能发电。
三、能源与社会发展
人类对能源的利用大致经历了三个时期，即柴薪时期、煤炭时期、石油时期。
作业布置
课后练习和同步练习
谢谢
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