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2019-2020年高中物理 10.6《能源和可持續(xù)發(fā)展》三維目標(biāo)教案 新人教版選修3-3 三維目標(biāo) 知識(shí)與技能 1.理解能量耗散和品質(zhì)降低的概念。 2.理解能源的利用實(shí)際上是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移過程。 3.了解常規(guī)能源的使用帶來的環(huán)境污染。 4.了解開發(fā)新能源的方法和意義。 過程與方法 從日常生活現(xiàn)象了解能源，了解常規(guī)能源的儲(chǔ)量與人類需求的關(guān)系 情感、態(tài)度與價(jià)值觀 知道能源和可持續(xù)發(fā)展的關(guān)系，培養(yǎng)學(xué)生探究知識(shí)的欲望和學(xué)習(xí)興趣 教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn) 　　重點(diǎn)：理解能源的概念和能源的使用與環(huán)境污染的關(guān)系． 　　難點(diǎn)：能源的開發(fā)和利用與環(huán)境的關(guān)系． 教學(xué)方法：探究教學(xué) 教具：多媒體課件 教學(xué)過程設(shè)計(jì)： 引入新課 能源和環(huán)境是兩個(gè)全球所關(guān)注的問題，能源是現(xiàn)代社會(huì)生活的重要物質(zhì)基礎(chǔ)，而常規(guī)能源的有限儲(chǔ)藏量與人類的需求存在矛盾，同時(shí)大量消耗常規(guī)能源帶來了環(huán)境問題，正確地協(xié)調(diào)和解決這一矛盾和問題是生活在地球上每一個(gè)人的職責(zé). 新課教學(xué) （一） 能量耗散和品質(zhì)降低 由熱力學(xué)第二定律知，能量的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化具有方向性。 1.能量耗散：系統(tǒng)的內(nèi)能流散到周圍環(huán)境中，沒有辦法把這些內(nèi)能收集起來加以利用，這種現(xiàn)象叫做能量耗散。 2.品質(zhì)降低：能量從高度有用的形式降級(jí)為不大可用的形式叫品質(zhì)降低。 能量在利用過程中，總是由高品質(zhì)的能量最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能。 從被利用的價(jià)值來看，內(nèi)能較之機(jī)械能、電能等，是一種低品質(zhì)的能量。由此可知，能量耗散雖然不會(huì)使能的總量減少，卻會(huì)導(dǎo)致能量品質(zhì)的降低。煤、石油、天然氣等能量，在利用它們的時(shí)候，高品質(zhì)的能量釋放并最終轉(zhuǎn)化為低品質(zhì)的內(nèi)能。所以我們要節(jié)約能源. (二)能源與人類社會(huì)發(fā)展 能源是社會(huì)存在與發(fā)展永遠(yuǎn)不可或缺的必需品.是國(guó)民經(jīng)濟(jì)運(yùn)動(dòng)的物質(zhì)基礎(chǔ).它與材料、信息構(gòu)成現(xiàn)代社會(huì)的三大支柱。能源科技的每一次突破，都帶來了生產(chǎn)力的巨大飛躍和社會(huì)的進(jìn)步。 遠(yuǎn)古時(shí)代火的使用,使人們脫離了茹毛飲血的時(shí)代 18世紀(jì)末蒸汽機(jī)的發(fā)明和完善,帶動(dòng)了第一次產(chǎn)業(yè)革命和資本主義社會(huì)的成長(zhǎng). 內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展,推動(dòng)了19世紀(jì)末、20世紀(jì)初開始的機(jī)械化和電氣化進(jìn)程. 20世紀(jì)中葉,蒸汽輪機(jī)和燃?xì)廨啓C(jī)的發(fā)展為大規(guī)模發(fā)電和航空事業(yè)奠定了基礎(chǔ). (三) 能源與環(huán)境 　　常規(guī)能源的大量消耗帶來了環(huán)境問題 （1）溫室效應(yīng)：溫室效應(yīng)是由于大氣里溫室氣體（二氧化碳、甲烷等）含量增大而形成的．石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生二氧化碳． （2）酸雨：大氣中酸性污染物質(zhì)，如二氧化硫、二氧化碳、氫氧化物等，在降水過程中溶入雨水，使其成為酸雨．煤炭中含有較多的硫，燃燒時(shí)產(chǎn)生二氧化硫等物質(zhì)． （3）光化學(xué)煙霧：氮氧化合物和碳?xì)浠衔镌诖髿庵惺艿疥?yáng)光中強(qiáng)烈的紫外線照射后產(chǎn)生的二次污染物質(zhì)——光化學(xué)煙霧，主要成分是臭氧． 　　另外常規(guī)能源燃燒時(shí)產(chǎn)生的浮塵也是一種污染． 　　常規(guī)能源的大量消耗所帶來的環(huán)境污染既損害人體健康，又影響動(dòng)植物的生長(zhǎng)，破壞經(jīng)濟(jì)資源，損壞建筑物及文物古跡，嚴(yán)重時(shí)可改變大氣的性質(zhì)．使生態(tài)受到傷害． （四）開發(fā)新能源 （1）.新能源：指目前尚未被人類大規(guī)模利用而有待進(jìn)一步研究、開發(fā)和利用的能源，如核能、太陽(yáng)能、風(fēng)能、地?zé)崮?、海洋能、氫能等? （2）.無窮無盡的太陽(yáng)能：太陽(yáng)以其巨大的、無窮無盡的輻射能形式提供地球最清潔的能源能。 ①數(shù)量巨大：太陽(yáng)輻射功率為3.91026瓦。能到達(dá)地球表面的太陽(yáng)能每年約為1.31010噸標(biāo)準(zhǔn)煤，是目前全世界所消耗的各種能量總和的1104倍。 ②時(shí)間長(zhǎng)久：根據(jù)天文學(xué)的研究結(jié)果，可知太陽(yáng)系已存在大約5109年左右，估計(jì)尚可繼續(xù)維持大約1010年之久。 ③清潔安全：太陽(yáng)能素有“干凈能源”和“安全能源”之稱，它不僅毫無污染，也毫無危險(xiǎn)。 6.永葆青春的風(fēng)能：風(fēng)能是由于太陽(yáng)輻射造成地球各部分受熱不均勻，而引起的空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的能量。整個(gè)地球接受到的太陽(yáng)能輻射能約有0.2%被轉(zhuǎn)換成風(fēng)能，全球的風(fēng)能總量估計(jì)有1.61022J。這是一個(gè)巨大的潛在的能源寶庫(kù)，如果1%被利用，即可滿足人類對(duì)能量的全部需求。 7.豐富干凈的海洋能：包括潮汐能、波浪能、海流能、溫差能等，它們不僅可以再生，還具有不污染環(huán)境的優(yōu)點(diǎn)。據(jù)科學(xué)家估計(jì)，世界海洋能源總量為40多萬億千瓦，這些能量超過目前世界能源消費(fèi)的一萬倍，如果開發(fā)出其中一小部分，即可滿足人類對(duì)能源的全部需求。 8.深藏不露的地?zé)崮埽旱厍虮旧硎且粋€(gè)巨大的天然儲(chǔ)熱庫(kù)。地?zé)崮苤傅厍騼?nèi)部可釋出來的熱量。據(jù)估計(jì)，從地球內(nèi)部每年傳到地球表面的熱量，相當(dāng)于370億噸標(biāo)準(zhǔn)煤燃燒時(shí)所放出的熱量。 9.未來能源的希望——核能：在當(dāng)前開發(fā)和利用的新能源中，核能尤其重要。核能包括裂變能和聚變能，其中受控?zé)岷司圩兊脑想碗翱扇∽院Ｑ?，足夠人類使用幾十億年，是取之不盡的能源。 典例探究 例1 某地的平均風(fēng)速為5m/s，已知空氣密度是1.2kg/m3，有一風(fēng)車，它的車葉轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)可形成半徑為12m的圓面，如果這個(gè)風(fēng)車能將此圓內(nèi)10%的氣流的動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)殡娔?，則該風(fēng)車帶動(dòng)的發(fā)電機(jī)功率是多大？ 解析：首先可以求出在時(shí)間t內(nèi)作用于風(fēng)車的氣流質(zhì)量為 m=лr2υtρ，這些氣流的動(dòng)能為mυ2；轉(zhuǎn)變的電能為，故風(fēng)車帶動(dòng)發(fā)電機(jī)發(fā)電的功率為 代入數(shù)據(jù)以后得P=3.4kW 友情提示：從能量守恒定律入手，注意能量轉(zhuǎn)移的方向性是解答本題的關(guān)鍵。 例2據(jù)《中國(guó)環(huán)境報(bào)》報(bào)道：從一份科技攻關(guān)課題研究結(jié)果顯示，我國(guó)酸雨區(qū)已占國(guó)土面積的40％以上，研究結(jié)果還表明，我國(guó)農(nóng)業(yè)每年因遭受酸雨而造成的經(jīng)濟(jì)損失高達(dá)15億多元．為了有效控制酸雨，目前國(guó)務(wù)院已批準(zhǔn)《酸雨控制區(qū)和二氧化硫污染控制區(qū)劃分方案》等法規(guī)． （1）在英國(guó)進(jìn)行的一項(xiàng)研究結(jié)果表明：高煙囪可有效地降低地面濃度．在20世紀(jì)的60～70年代的10年間，由發(fā)電廠排放的增加了35％，但由于建造高煙囪的結(jié)果，地面濃度降低了30％之多．請(qǐng)你從全球環(huán)境保護(hù)的角度，分析這種作法是否可?。空f其理由．　___________________________________________________________________ （2）用傳統(tǒng)的煤、石油做燃料，其主要缺點(diǎn)是什么？與傳統(tǒng)的煤、石油做燃料相比，哪種物質(zhì)可以作為新能源？主要優(yōu)點(diǎn)是什么缺點(diǎn)又是什么？ 【解析】本題涉及能源、環(huán)保等社會(huì)熱點(diǎn)問題，我們要從化學(xué)視角去關(guān)注這些與生態(tài)環(huán)境、人們的健康密切相關(guān)的問題．環(huán)境污染的惡果是直接影響人類的延續(xù)和發(fā)展，酸雨是影響全球的問題． 減少酸雨的產(chǎn)生是要杜絕污染源，而不是建造高煙囪轉(zhuǎn)移污染．而杜絕酸雨的污染途徑一般有三個(gè)：一是對(duì)煤、石油等傳統(tǒng)能源進(jìn)行處理，使其在燃燒過程中不產(chǎn)生；二是對(duì)污染物進(jìn)行回收利用，三是開辟新能源．而目前最理想的能源為氫能源，因?yàn)樗蟻碓簇S富，燃燒的產(chǎn)物又是水，既不污染環(huán)境，又可以循環(huán)利用． （1）不可取，因?yàn)榈呐欧趴偭坎]有減少，進(jìn)一步形成的酸雨仍會(huì)造成對(duì)全球的危害． （2）煤、石油是不易再生的化工燃料，其資源是有限的，其次燃燒后產(chǎn)生的、等嚴(yán)重污染大氣，進(jìn)而形成酸雨，燃燒后產(chǎn)生的又會(huì)造成溫室效應(yīng)．第一，可以用水作為原料來制取；其次，燃燒時(shí)放熱多，放出的熱量約為同質(zhì)量汽油的3倍；第三，氫燃料的最大優(yōu)點(diǎn)是燃燒產(chǎn)物為水，不易污染環(huán)境，還可循環(huán)使用． ［小結(jié)］常規(guī)能源儲(chǔ)存量有限，在利用過程中會(huì)帶來環(huán)境污染，新能源的開發(fā)和利用成為當(dāng)務(wù)之急．