课程基本信息
课例编号
学科
物理
年级
高二
学期
2020-2021上学期
课题
能量与可持续发展
教科书
书名：普通中学教科书《物理》必修第三册
出版社：人民教育出版社
出版日期：
2019年
6月
学生信息
姓名
学校
班级
学号
学习目标
目标一：列举各种实例，说明能量是如何转化的，解释能量守恒定律的意义。
目标二：通过实例分析知道能量耗散，认识自然界中能量转化的方向性。
目标三：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。
目标四：了解太阳能、水能、核能和风能等能源的开发利用，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。
课前学习任务
学习任务一：复习旧知：电路中的能量转化
1.电路中，电能转化为其他形式的能是通过
来实现的？
2.非纯电阻电路中，电功和电热有什么区别和联系？
3.结合生活中的电器设备，说说电能与其他形式能量之间的转化与守恒。
学习任务二：阅读课本，体会能量守恒定律与能量转化或转移的方向性，思考能源利用与可持续发展。
课上学习任务
【学习任务一】情境引入：
1.
我们的生活几乎离不开电能，为什么？
2.
电能从哪里来？
【学习任务二】能量守恒定律：
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。
【学习任务三】能量转移或转化的方向性：
1.想一想：
（1）既然这样，我们随心所欲的按需取用能量！还节约什么呀？
现有的能量形式和我们需要的能量形式一样吗？可以随意转化或转移？
（2）世界最大的二维多米诺骨牌倒下了，能量之间怎么转化的？可以转化回去吗？
2.能量转移或转化的方向性：
（1）一个运动的物体在水平面上滑行，最终停下来
（2）把刚煮好的热鸡蛋放在冷水中
（3）火炉中燃烧燃料
3.能量的耗散
4.做一做：请大家阅读教科书STSE
汽车和能源
【学习任务四】能源与社会发展
【学习任务五】能源的分类与应用
1.节约能源、创新能源
2.科学?技术?社会?环境
【学习任务五】本节小结
按自己的知识结构，总结这节课的学习内容
推荐的学习资源
1．BBC纪录片《电的故事》
https://www.bilibili.com/video/BV14b411t7Xv/
2.
CCTV-9纪录片《创新中国2》——能源
3.
央视网《青春中国》——第四集
新能源
4.
中国新视野——中国新能源汽车课程基本信息
课例编号
学科
物理
年级
高二
学期
2020-2021上学期
课题
能源与可持续发展
教科书
书名：普通中学教科书《物理》必修第三册
出版社：人民教育出版社
出版日期：
2019
年
6月
学生信息
姓名
学校
班级
学号
课后练习
有人说：“既然能量不会凭空产生，也不会凭空消灭，能量在转化和转移的过程中，其总量是保持不变的，那么，我们为什么还要节约能源？”请你用能量转化和转移的方向性来论述节约能源的必要性。
生活中的许多用品都可以看作能量转化器，它们把能量从一种形式转化为另一种形式。请观察你家中的各种生活用品，分别指出它们工作时进行了哪些能量转化。
如图是某工程师的轻轨车站设计方案，与站台前后连接的轨道都有一个小坡度，列车进站时要上坡，出站时要下坡。假设站台高度比途中轨道高出2
m，列车在途中轨道进站前的速度为29.2
km/h。
（1）此时切断电源，不考虑阻力，列车能否“冲”上站台？
如果能，到达站台上的速度是多大？
g取10
m/s2。
（2）你认为工程师这样设计的意图是什么？
某地区的风速为14
m/s，空气的密度为1.3
kg/m3。若使风力发电机转动的风通过的截面积为400
m2
，且风能的20%可转化为电能，则发电功率是多少？
如图是架在屋顶的太阳能热水器。已知单位时间内太阳垂直射到地面附近单位面积的能量E0为7×103
J/(
m2·s)。一台热水器的聚热面积为2
m2，若每天相当于太阳直射热水器4
h，太阳能的20%可转化为水的内能，那么这个热水器一天内最多能利用的太阳能为多少？
三峡水力发电站是我国最大的水力发电站。三峡水库蓄水后，平均水位落差约为100
m，水的流量约为1.35×104
m3/s。船只通航需要约3500
m3/s的流量，其余流量可全部用来发电。水流冲击水轮机发电时，水流减少的机械能有20%转化为电能。
（1）按照以上数据估算，三峡发电站的发电功率最大是多少？
（2）根据你对家庭生活用电的调查来估算，如果三峡电站全部用于城市生活用电，它可以满足多少个百万人口城市的生活用电？
课后练习解析和答案
【答案】虽然从理论上讲宇宙间能量的总和是保持不变的，但是大自然中能量的转化和转移却是有方向性的。这意味着对于人类而言，以目前的技术条件来看，可利用的能量总数量是有限的，而不是无限的。能源种类中有可再生的能源，而绝大多数种类都是不可再生能源。这意味着人类活动、生活、生产所消耗掉的能量，有很大一部分是不可回收并且不可持续反复使用的。能量耗散表明，在能源的利用过程中，能源在数量上虽并未减少，但在可利用的品质上降低了，从便于利用的变成不便于利用的了。这是能源危机的深层次的含义，也是“自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源”的根本原因。因此，我们需要节约能源，同时也为保护环境，促进人类的科学发展、和平发展与可持续发展贡献出我们自己的一份力量。
【答案】家用电饭锅把把电能转化为内能，煤气炉燃烧时把化学能转化为内能，等等。
【答案】（1）能，5.1
m/s
（2）工程师这样设计，在保证车辆和乘客安全的前提下，尽可能科学地利用能量转化，让车辆的一部分动能转化为车辆的重力势能，使得车辆行驶速度降到一个安全合理的范围，减少因为刹车造成的能量浪费，从而达到科学合理利用能量、节约能源的目的。
【解析】设车辆（含乘客）总质量为m，刚要上车时，初动能可以记为
。站台高度h=2
m，那么车辆冲上站台时重力势能的增加量
。
，所以车辆依靠惯性即可“冲”到站台上。
根据机械能守恒定律，
，代入数据，解得
。
【答案】142.7
kW
【解析】建立一个关于风力发电机的物理模型，则通过风力发电机的风的发电功率为。
【答案】
【解析】根据题意可知，这个热水器一天最多能利用的太阳能为
。
【答案】（1）；（2）12
【解析】（1）由题意可知，三峡水库蓄水后，由于发电的水流量
。每秒转化成的电能即发电功率是
。发电功率最大为
。
（2）设三口之家每户家庭的生活用电功率为1
kW，考虑到不是每家同时用1
kW的电，假设平均每家同时用电0.5
kW，则三峡发电站能供给
户用电，人口数为
，即可供12个百万人口的城市的生活用电。
