初中物理能源与可持续发展导学案及答案

这是一份初中物理能源与可持续发展导学案及答案，共6页。学案主要包含了本单元教学重点，本单元教学难点等内容，欢迎下载使用。
1.3.2知道原子是由原子核和电子构成的，了解原子的核式结构模型。了解人类探索微观世界的大致历程，关注人类探索微观世界的新进展。
3.5.3列举能量转化和转移具有方向性的常见实例。
3.6.1列举常见的不可再生能源和可再生能源。
3.6.2知道核能的特点和核能利用可能带来的问题。
3.6.3从能源开发与利用的角度体会可持续发展的重要性。
5.1.3能运用所学知识指导和规范个人行为，践行低碳生活，具有节能环保意识。
第二部分 单元目标
1. 了解人类利用能源的历程，列举常见的不可再生能源和可再生能源。了解人类能源利用面临的挑战，进一步强化能量观念。
2. 收集各种形式能源的资料，并结合能源特点进行分类整理、归纳总结，发展科学思维能力。
3. 观察与感悟各种能量与生产生活的联系，发展观察能力。会通过多种方式收集信息，发展获取证据的能力。
4. 了解我国和世界的能源状况，增强保护环境、节约能源的意识，具有在力所能及的范围内为人类可持续发展作贡献的意识。
5. 了解核能的特点及其来源与利用，知道太阳能的由来，了解利用太阳能的方式及其新进展，能利用能源的知识解释生活中的有关现象。
6. 了解核能利用及核废料处理的实例，能表达自己的观点，具有初步的科学论证能力。
7. 结合实例认识地球上的大部分能源源于太阳能，能提出问题，能用能量转化和转移的观点形成猜想与假设。
8. 通过了解我国在核能利用方面的新成就，增强民族自豪感和使命感，体会新能源开发对人类生存和社会发展的推动作用。
第三部分 单元重难点
一、本单元教学重点
1. 能源及其分类。
2. 核能的特点与应用。
3. 太阳能的来源与利用。
二、本单元教学难点
1. 涉及热现象的能量转移和转化具有方向性。
2. 裂变和聚变；太阳能的利用。
第四部分 单元内容分析
能量是物理学中非常重要的概念，能源则与社会生活紧密相关，横跨诸多领域，是当今世界的热点问题。在课程标准中，能量是课程内容的主题之一。能量作为主线之一，也贯穿在整套教材当中。本章在前面所学的各种有关能量知识的基础上，引导学生依次了解当前化石能源的利用现状和面临的挑战，以及核能、太阳能等新能源的发展。最后以跨学科实践的形式，通过项目式学习，从自己的家庭入手，调查能源使用情况，有针对性地制订能源使用的优化方案。本章内容充分联系生产生活实际，通过开展丰富多彩的调查活动，引导学生关注社会、国家和人类的未来。
第1节以历史的发展为线索，首先介绍历史上人类利用能源的历程，从柴薪到现今广泛使用的化石能源和电能，结合涉及热现象的能量转化与转移的方向性，引出化石能源的大量使用给人类带来的环境问题以及能源枯竭问题，进一步引导学生思考如何开发新能源、如何更好地利用现有能源。第2节引导学生了解核能和太阳能等新能源，以及我国在新能源发展和探索中取得的巨大成就。在前两节所学知识的基础上，第3节跨学科实践一为节约能源设计方案，向学生渗透从身边的事做起，每个人都可以为全社会实现可持续发展作出贡献的理念。
本章教学应该聚焦于跨学科实践，引导学生初步形成任务导向的思维方式。通过丰富多彩的教学活动，进行世界观、价值观的教育，培养学生可持续发展的意识和与时俱进的观念，这既符合物理教育的时代性特征，也是物理教育工作者的责任。
第1节 能源利用的现状和面临的挑战
本节主要包括人类利用能源的历程和能源利用面临的挑战两部分内容。能源是人类生活、社会发展的重要物质基础，能源问题是当今世界的热点问题。近几十年来能源消耗量迅速增长，如果长期大规模开采，化石能源将会消耗殆尽。
教学中，建议教师充分联系生产生活实际，多列举能量转化与能源供给的实例并进行分析，让学生了解能源与人类生存和发展的关系。
1. 问题
能量是物理学中一个非常重要的概念，教材通过让学生思考在生产和生活中各种形式能量的来源，引发学生深入思考能量与能源之间的关系。教学中教师可列举生活中利用的不同形式的能量，引导学生认识这些能量的来源，也就是各种能源。
2. 人类利用能源的历程
教材先介绍了人类利用能源的历程，即从柴薪到煤、石油等化石能源，再到电能，并按其从自然界得到补充的周期的长短将能源划分为不可再生能源和可再生能源，同时按获取方式将其划分为一次能源和二次能源，为后面的学习打下基础。
教学中，建议教师引导学生在课前查阅资料，课上通过讨论的方式，让学生了解生产和生活中能源的利用情况，引导学生关注社会、关注人类发展。
3. 能源利用面临的挑战
教材通过“想想议议”引发学生思考：既然能量是守恒的，为什么还要节约能源呢?然后通过分析生活中的具体实例，让学生了解到人们是在能量转化或转移的过程中利用能量的，但由于涉及热现象的能量转化和转移具有方向性，并非所有的能量都可以被利用，我们所能利用的能源是有限的。同时，介绍了两个多世纪以来全世界能源消耗量的增长情况。教学中，建议教师引导学生分析实例，知道有的能量并不能被利用，有的能源的利用会对环境造成不良影响，进一步了解世界能源利用面临的挑战，从而认识到开发新能源和更好地利用已知能源是人类进一步发展所需要解决的重要课题。
第2节 新能源的发展
本节主要包括核能和太阳能两部分内容。本节内容是前一节提到的新能源开发的延续，在让学生了解核能特点的基础上，介绍我国核电的应用，帮助学生理解太阳能及其产生原理，让学生体会科学技术发展带来的巨大变化，引导学生思考科学技术发展给人类带来的新的安全挑战。
本节内容较多，教师要把握好各个环节的教学时间，充分发挥学生探究问题的自主性，更好地激发学生的探究欲望。对裂变、聚变、链式反应等概念，教学中不宜要求过高，建议教师通过视频、图片展示让学生大致了解即可。最后，组织学生阅读“科学·技术·社会·环境”。
1. 问题
教材设置的问题具有承上启下的作用，启发我们认识到：面对能源利用的挑战，人类要有危机意识，节能减排的同时还需聚焦新能源的开发，实现能源利用的转型。教学中，建议教师让学生列举新能源，在列举的新能源中分析指出核能和太阳能是最重要的两种新能源，进而提出核能和太阳能是如何产生和利用的问题，以激发学生思考，进入下一步的学习。
2. 核能
在本部分教学中，建议教师首先用问题引导学生复习有关原子结构的知识，然后通过展示图片和数据资料使学生明确：质子、中子依靠强大的核力紧密结合在一起，一旦质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量。这种能量就是核能。了解利用核能是解决能源危机的重要出路之一。
（1）裂变
教师可首先介绍裂变的概念，再通过列举实例使学生对原子核的裂变及其释放的巨大核能形成初步的认识。教师可利用视频、图片等素材帮助学生理解裂变中的链式反应。然后给出图片资料，帮助学生认识不加控制的裂变反应（原子弹）和加以控制的裂变反应（核电站），并渗透科学态度与责任的教育。
（2）聚变
教学中，可利用教材图22.2-6讲解聚变。还可以通过播放氢弹爆炸的相关视频，并让学生阅读教材了解太阳内部的氢原子核发生的聚变反应，使学生认识聚变及其释放的能量。教师可以提出一系列问题引导学生通过自学了解太阳能量的巨大，并认识到通过可控核聚变来利用核能，有望彻底解决人类所面临的能源问题。
3. 太阳能
地球上除核能、地热能和潮汐能等，其他能量主要来源于太阳能。太阳毎年辐射到地球上的能量约为目前每年人类消耗的总能量的一万倍，可见太阳能的利用有巨大潜能。太阳能分布广，获取方便、利用过程无直接污染，是人类的理想能源之一。生产生活中利用太阳能的实例有很多，可以在课前布置预习作业，让学生进行科学小调查“寻找生产生活中利用太阳能的实例”和科学小实验“自制太阳能集热器”，使学生了解太阳是人类能源的宝库，让学生在搜集整理实例和撰写实验报告的过程中提高科学素养，提升学习兴趣，树立节能环保意识。
关于“科学·技术·社会·环境”的教学，教师可以提出相应问题，引导学生边阅读教材边思考：核反应是有辐射污染的，为什么还要发展核能?利用核能时应该怎样加强安全防护?通过此类问题，培养学生的辩证思维。

第五部分 教学策略
一、从能源的角度，培养学生可持续发展的意识
可持续发展是当今世界的一个重要主题。从能源的角度看，可持续发展就是力图用更清洁、有效的技术实现“零排放”，尽可能减少能源的消耗。为了帮助学生认识可持续发展，教材从几个层面逐步分析了可持续发展的内容。
首先，通过第1节回顾现代社会以石油为主的化石能源的能源危机，让学生认识到能源并不是取之不尽、用之不竭的。
其次，学生已经学习过能量守恒定律，会认识到自然界的能量并不会凭空消失，而是可以从一个物体转移到其他物体，或从一种形式转化为其他形式，学生可能会认为能量守恒与能源有限是互相矛盾的。因此，教材通过热传递、摩擦生热等不可逆的热力学过程，介绍了能量转化和转移的方向性，让学生体会能量的利用是有条件的。
最后，教材介绍了能源消耗对环境的影响，进一步引导学生思考人类与自然界之间的相互关系。通过对人类社会能源消耗趋势的认识，对能量的转化和转移都具有方向性的理解，以及对能源消耗对环境影响的认识，让学生体会可持续发展的重要性，进而战行低碳生活的理念。在此基础上，教材尝试引导学生用可持续发展的观点分析未来的理想能源、井提出可再生能源是未来理想能源的一个重要发展方向、培养学生可持续发展的意识。
2. 通过学习人类利用能源的历程，自发学生关注科学、技术、社会、环境之问的关系
科学、技术、社会、环境的关系在本章教材中进行了比较充分的展示，教学中应该给予足够的重视。这部分内容把物理学及其相关技术的进步和发展，放在人类社会发展过程中，挖掘它们的社会价值，使学生看到物理知识及其相关的技术被人类接受后，对人们的观念变化和社会经济文化发展的推动作用。
本章第1节从社会发展的角度认识能源的利用，在介绍人类利用能源的过程中，引导学生思考能源技术对人类文明发展的深远影响。教材简要介绍了人类的几次能源技术革命及其对社会发展的作用：钻木取火开启了以柴薪为主要能源的时代，持续了大约1万年，现在柴薪能源仍然是一些发展中国家的生活能源；蒸汽机的发明促进了人类使用的主要能源从柴薪向化石能源转变；电能的利用使人类社会进入电气化时代；随着能源消耗的持续增加和化石能源储量的限制，以核能为代表的新能源的发展拉开序幕。这些都表明能源技术的发展、科学技术的进步深深地影响了社会生产力的变化，进而影响了社会发展的总体进程。
另一方面，教材也注重培养学生辩证、全面地看待问题的能力。例如，在介绍核能的过程中，在让学生了解核能及其产生原理的基础上，介绍当前我国核电的重要应用，让学生感受科学技术发展带来的巨大变化；之后，通过“科学·技术·社会·环境”集中介绍了核泄漏和核废料处理的问题，让学生思考科学技术发展给人类带来的新的安全挑战。这样，通过对核能的介绍，让学生形成对科学技术的全面认识。
三、突出核能和太阳能等重点物理知识，了解其他与能源相关的知识
本章所涉及的物理学内容，主要是太阳能、核能以及能量转化和转移。对于学生来说，太阳能是司空见惯的，但是他们在学习本章前没有核能的知识作基础，要理解什么是太阳能、太阳能是怎么产生的，是有困难的。因此，本章重视对核能的介绍，以达到课程标准的要求。关于能源的分类和各种能源的归属，则主要是让学生体会。对于各种庞杂的能源，通过分类的方法找到其异同之处，有助于加深对能源的认识。与单纯记住能源的各种类别和各种能源的归属相比，对分类这种方法的学习更有助于学生今后在学习和生活中的发展。
四、基于社会性科学议题开展跨学科实践，培养学生解决综合问题的能力
在日常生活和今后发展中，学生需要面对大量与科学有关的社会性问题，即社会性科学议题。将社会性科学议题作为开展跨学科实践的一类重要载体，既满足课程标准的要求，也更贴近学生的实际需要，能够切实落实跨学科实践的育人目标。本章设置了“为节约能源设计方案”的跨学科实践，活动具有开放性的特点，需要从不同角度考虑问题。例如，要设计节能小屋，学生既要结合科学知识探究建造小屋的材料应当满足哪些物理特性，如何使用太阳能发电以满足使用需求，也要考虑如何通过搜集资料、问卷调查等手段对小屋的美观性、经济性、大众需求等进行探究，得到有证据支持的结论，最终使设计的小屋既能满足科学上的要求，也符合大众在艺术性、经济性、实用性等方面的需要。
教材给出了两个参考设计方案，其中一个是讨论能否用新能源汽车替代家庭燃油汽车来减少能源消耗。学生要经历批判性思维过程，对结论所依据的不同纯电动汽车制造和行驶时的能耗数据等证据的可靠性进行仔细评估，对如何选取具有代表性的纯电动汽车、计算能量转化效率、分析电力来源等的方法和论证过程的合理性进行反复斟酌，得出经得住检验的结论。学生也要换位思考，善于分析各种观点中存在的缺陷，乃至反思自身观点中存在的问题，从而找到潜在的最优方案，推动问题的解决。一种观点认为，虽然纯电动汽车能量利用效率高、无污染，但我国以火力发电为主，会产生大量污染，而混合动力汽车具有油耗低、加油迅速便捷的优势，更有利于可持续发展。学生要客观分析这一观点，找出其中的合理成分，即我国火力发电比例高，化石燃料燃烧会造成污染；同时也要看到其中的不足之处，即忽视了能源安全问题。我国是世界最大石油进口国，而煤、风能、水能和太阳能资源相对丰富。将能源自主和安全作为响可持续发展的重要因素，应当进一步优化火力发电过程，提高发电效率、减少污染排放，同时大力发展水电、风电和太阳能发电，提高清洁电力的比例，从而实现对原有方案的优化。此外，新能源汽车使用地域的气候、充电设施的建设情况等也都是需要考虑的现实因素。
第六部分 课时安排
节次
课时
第1节 能源利用的现状和面临的挑战
1课时
第2节新能源的发展
1课时
第3节跨学科实践：为节约能源设计方案
1课时
单元复习
1课时