高中物理人教版 (2019)必修 第三册能源与可持续发展表格教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第三册能源与可持续发展表格教学设计，共6页。
课程基本信息
学科
物理
年级
高二
学期
秋季
课题
能源与可持续发展
教科书
书 名：普通高中教科书物理必修第三册教材
出版社：人民教育出版社 出版日期：2019年06月
教学目标
1. 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含义。
2. 通过实例分析知道能量耗散的原来，培养学生联系实际思考问题的能力。
3. 通过探究讨论能量的开发与利用所带来的环境污染问题，理解环境污染危害的本质。
4. 通过认识可再生能源和不可再生能源的相关知识，使学生认识合理利用能源的重要性，养成节能的意识和习惯。
教学内容
教学重点：
1. 认识到目前面临的能源与环境的问题，理解这两个社会问题产生的原因。
2. 理解开发利用清洁能源的价值，理解科学·技术·社会·环境关系。
教学难点：
1. 理解能量的耗散及能量转化的方向性
2. 能量守恒定律的理解与应用。
教学准备：多媒体课件。
学生准备：课前预习教材、复习初中已学过的能量守恒知识。
教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
教师：列举其他形式能量转化为电能的例子。
水力发电：重力势能转化为电能；光伏发电：光能转化为电能；核电站：核能转化为电能。
教师：列举电能转化为其他形式能量的例子。
日光灯：电能转化为光能；微波炉：电能转化为热能；电风扇：电能转化为机械能。
教师：下列现象中能量的转化或转移情况：（1）人在跑步时，身体发热；（2）风吹动帆船前进；（3）放在火炉旁的冷水变热；（4）电流通过灯泡，灯泡发光；（5）植物进行光合作用；
学生：（1）化学能转化为内能；（2）风的机械能转移到帆船上；（3）内能由火炉转移给水；（4）电能转化为光能；（5）光能转化为化学能；
教师：什么是能量守恒定律？
学生：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。
学生思考并回答问题
通过各种例子调动学生积极性，让学生知道不同形式能量之间可以相互转化遵循能量守恒定律
新课教学
1.能量转移或转化的方向性
教师：不同形式的能之间可以相互转化，既然能量是守恒的，不会凭空消失，为什么我们还要节约能源呢？
观察一段多米诺骨牌视频。
学生：只要第一张骨牌倒下，后面的骨牌就会发生连锁反应依次倒下，在这个过程中，重力势能转化为动能，最终转化为周围环境的内能，转化过程中能量守恒。
教师：那么能不能将周围环境中的内能自动聚集起来，转化为重力势能，让骨牌恢复成原来的状态呢？
学生：这种想法显然是不现实的。
教师点评：与热现象有关的能量转化过程是具有方向性的，或者说能量转化和转移具有不可逆性。
教师：举例能量转移或转化方向性？
学生：刚煮好的热鸡蛋放在冷水中，热量只能从温度高的物体转移到温度低的物体上面；燃料燃烧时，能量只能是化学能转化为环境内能；小孩从滑道向下滑行，最终停下来，机械能只能转化为环境内能。
教师：热电厂中一系列能量转化过程，最终转化为什么能量？
学生：首先锅炉中燃烧燃料，把化学能转化为内能，产生的水蒸气进入汽轮机，将一部分内能转化为机械能，汽轮机带动发电机发电，机械能转化为电能。电能又通过用电器，转化为人们所需要的内能、光能等，这些能量被其他物质吸收之后变成周围环境的内能。
教师：什么是“能量的耗散”？体会能量在转化的过程中其品质降低的含义？
学生观察讨论回答问题.
学生思考回答
了解能量耗散，知道能量转移和转化是有方向的。
学生：从能量的可利用的品质来看，内能较机械能、电能是一种低品质的能量，能量耗散虽然不会使能量的总量减少，却会导致能量品质的降低，煤、石油、天然气等能源储存着高品质的能量，在利用它们的时候，高品质的能量释放出来并最终转化为低品质的内能。能量虽然不会减少，但能源会越来越少，所以要节约能源。
教师：根本原因就是，大自然中能量的转移或转化有方向性，宏观过程的方向性有哪些不同的表现形式？
学生：1、热量可以自发地有高温物体传递给低温物体，冰块吸收热量融化，但逆过程不会自发进行；
2、两种气体分子混合后会自发地混合均匀，但不会自动地把两者分离；
3、一副排好序的扑克牌经过多次洗牌后顺序越来越乱，而把一副乱序的扑克牌经过多次洗牌后不会变得按一定顺序排列。
[归纳总结]
(1)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.
(2)能量的耗散:集中度较高且有序度较高的能量如机械能、电能、化学能等,当它们变为周围环境的内能后,就成为更加分散且无序度更大的能量,内能作为能量发展的最终形式,没有办法把这些流散的内能重新收集起来加以利用.
(3)品质降低:能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低.能量在利用过程中,总是由高品质的能量最终转化为低品质的内能。
教师：请大家阅读教科书STSE汽车和能源，同学们可以网络查出某标号汽油的密度和燃烧值，计算汽车消耗的总功率。
学生：
教师：根据书本提供的数据，计算汽车利用能源的效率。
学生：汽车的效率等于有用功与总功之比：
学生：可以看到目前汽车的效率还非常低，大约只有13%，大量的能源被白白耗掉了。
教师：为什么说汽车给我们生活带来便利的同时，会给环境带来污染呢？
学生：一部分汽油由于蒸发散失在大气中成了化学污染源；排放的废气中主要成分是CO2和水，CO2的排放会加剧温室效应，导致全球变暖；废气中还有CO、NO、NO2以及未燃烧的碳氢化合物，这些都是有毒物质。所以能源的利用有代价。
2.能源的分类与应用
教师:什么是不可再生能源？什么是可再生能源？
学生:无法在短时间内再生的能源叫做不可再生能源，例如:煤、石油、天然气等这些化石能源；在自然界可以再生的能源叫做可再生能源，例如：水能、风能、生物质能、地热能等。
教师：(介绍)随着社会的进步和生产力的飞速发展，能量的消耗也急剧增加，常规能源中的煤、石油、天然气储量有限，风能、水能等的利用受到很多自然条件的限制，也不可能满足人类社会对能源的需求，所以能源的开发和利用是当今世界的重大课题之一。请列举一下我国在能源开发方面取得的巨大成就有哪些？
学生：(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。2015年年底，我国太阳能光伏发电累计并网容量达到4.158×107 kW。
(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。水电对环境的影响比火电小，发电成本低。到2015年中国水电装机总量突破3×108kW，约占全球水电装机总量的1/4，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”。我国风力资源丰富，尤其是西北、华北、华东、西南地区。随着新能源政策的引导及风力发电、并网等技术的发展，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：同样质量的化学燃料与核燃料相比，如果都进行了完全反应，核燃料释放出的能量要远远大于化学燃料释放出的能量。可控制的裂变反应所释放出的能量，可以很好地被人们所利用。核电站就是利用可控核裂变来发电的。
[归纳总结]
(1)能源：能源是指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。
(2)不可再生能源：无法在短时间内再生的能源，例如：煤、石油、天然气等这些化石能源；可再生能源：在自然界可以再生的能源，例如：水能、风能、生物质能、地热能等。
(3)新能源的开发：①太阳能发电；②水力发电；③风能发电；④核能发电。
3.能源的分类与应用
教师：人类对能源的利用经历了哪三个时期？
学生：柴薪时期、煤炭时期、石油时期.
教师：化石能源的资源有限，而且大量化石能源的使用对环境会造成很大的破坏，那么造成的环境污染主要有哪些？
学生：(1)温室效应：石油和煤炭的燃烧增加了大气中二氧化碳的含量，由此加剧了温室效应，使得两极的冰雪融化，海平面上升、海水倒灌、耕地盐碱化。.
(2)酸雨：石油和煤炭中常常含有硫，燃烧时形成的二氧化硫等物质使雨水的酸度升高，形成“酸雨”，腐蚀建筑物，酸化土壤、破坏森林。
(3)光化学烟雾：内燃机工作时产生氮的氧化物和碳氢化合物。这些化合物在大气中受到紫外线的照射，产生二次污染物质——光化学烟雾。这些物质有毒，会引起人的多种疾病。燃烧时产生的浮尘也是主要的污染物。
教师：能源和环境问题关系到人类社会能否持续发展的大问题，那么我们要怎么面对这些问题呢？
学生：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。
[归纳总结]
(1)常规能源的使用对环境污染严重。
(2)环境污染的种类具体有温室效应、酸雨、光化学污染。
(3)新能源：指目前尚未被人类大规模利用而有待进一步研究、开发和利用的能源，建立可持续发展的理念。
学生讨论回答问题.
学生独立完成计算问题。
学生阅读课文并回答问题
学生阅读课文并回答问题
能结合具体实例分析能量耗散及能量转化的方向性。
培养学生利用网络、媒体等资源收集材料和数据，分析解决现实问题。
直观感受能量利用率低以及能源消耗带来环境问题。
锻炼学生的自主学习的能力和理解问题解决问题的能力。
知道我国在水能、风能、太阳能和核能的利用方面取得的成就。
认识环境污染的危害，了解科学、技术、社会、环境协调发展的重要性，树立可持续发展的理念。
课堂小结
1、能量守恒：在转化或转移的过程中，能量的总量保持不变。
2、能量的耗散：能源利用有条件，大自然中能量的转化和转移有方向性
3、环境污染：能源利用有代价，可再生能源与不可再生能源。
4、可持续发展：节约能源，创新能源，清洁能源。
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。