能源與可持續(xù)發(fā)展

【教學(xué)目標(biāo)】

1．理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。

2．通過(guò)對(duì)生活中能量轉(zhuǎn)化的實(shí)例分析，理解能量守恒定律的確切含義。

3．了感知我們周圍能源的耗散，樹(shù)立節(jié)能意識(shí)。

【教學(xué)重難點(diǎn)】

1．能量守恒定律的內(nèi)容。

2．理解能量守恒定律的確切含義。

【教學(xué)過(guò)程】

一、新課教學(xué)

（一）能的轉(zhuǎn)移和轉(zhuǎn)化

1．教室列舉生活中能量轉(zhuǎn)化的例子

（1）化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能和機(jī)械能（2）風(fēng)能轉(zhuǎn)化為電能

（3）重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為電能（4）電能轉(zhuǎn)化為機(jī)械能

（5）電能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能（6）太陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能

（7）光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能（8）化學(xué)能轉(zhuǎn)化為電能

【練習(xí)】

指出下列現(xiàn)象中能量的轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移情況：

（1）人在跑步時(shí)，身體發(fā)熱（）

化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

（2）風(fēng)吹動(dòng)帆船前進(jìn)（）

風(fēng)的機(jī)械能轉(zhuǎn)移到帆船上

（3）放在火爐旁的冷水變熱（）

內(nèi)能由火爐轉(zhuǎn)移給水

（4）電流通過(guò)燈泡，燈泡發(fā)光（）

電能轉(zhuǎn)化為光能

（5）植物進(jìn)行光合作用（）

光能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能

（二）能量守恒定律

通過(guò)上面的練習(xí)，我們可以總結(jié)得出：

（1）能量轉(zhuǎn)移：能量的形式?jīng)]改變

（2）能量轉(zhuǎn)化：能量的形式發(fā)生變化

無(wú)論能量發(fā)生轉(zhuǎn)移還是轉(zhuǎn)化，總能量保持不變。

1．能量守恒定律：能量既不會(huì)憑空產(chǎn)生，也不會(huì)憑空消失，它只能從一種形式轉(zhuǎn)

化為另一種形式，或者從一個(gè)物體轉(zhuǎn)移到另一個(gè)物體，而在轉(zhuǎn)化或轉(zhuǎn)移過(guò)程中，能量的

總量保持不變。

在歷史的長(zhǎng)河里，物理規(guī)律從來(lái)都是經(jīng)過(guò)不斷的試錯(cuò)和摸索得來(lái)的，在此之前人們

認(rèn)為有永動(dòng)機(jī)存在，它不消耗任何能量，卻可以源源不斷地對(duì)外做功。人們把這種不消

耗能量的永動(dòng)機(jī)叫第一類永動(dòng)機(jī)。

在這個(gè)過(guò)程中，還設(shè)計(jì)了很多不同類型的永動(dòng)機(jī)。

2．事實(shí)和理論都證明永動(dòng)機(jī)是不可能制成的

永動(dòng)不可能制成的原因：

根據(jù)能量守恒定律，任何一部機(jī)器，只能使能量從一種形式轉(zhuǎn)化為另一種形式，而

不能無(wú)中生有地制造能量，因此第一類永動(dòng)機(jī)是不可能制成的。

17～18世紀(jì)許多機(jī)械專家就已經(jīng)論證了永動(dòng)機(jī)是不可能的法國(guó)科學(xué)院在1775年就

正式?jīng)Q定，不再研究和試驗(yàn)任何永動(dòng)機(jī)。

3．能量守恒定律的意義：

（1）能量守恒定律同生物進(jìn)化論、細(xì)胞的發(fā)現(xiàn)被恩格斯譽(yù)為19世紀(jì)的三個(gè)最偉大

的科學(xué)發(fā)現(xiàn)。

（2）能量守恒定律是在無(wú)數(shù)實(shí)驗(yàn)事實(shí)的基礎(chǔ)上建立起來(lái)的，是自然科學(xué)的普遍規(guī)

律之一。

（3）自然界一切已經(jīng)實(shí)現(xiàn)的過(guò)程都遵守能量守恒定律。凡是違反能量守恒定律的

過(guò)程都是不可能實(shí)現(xiàn)的，例如“永動(dòng)機(jī)”只能以失敗而告終。

（4）機(jī)械能守恒定律只是能量守恒定律的特例。

【例題1】下列對(duì)能的轉(zhuǎn)化和守恒定律的認(rèn)識(shí)正確的是（）

A.某種形式的能減少，一定存在其他形式的能增加

B.某個(gè)物體的能量減少，必然有其他物體的能量增加

C.不需要任何外界的動(dòng)力而持續(xù)對(duì)外做功的機(jī)器——永動(dòng)機(jī)是不可能制成的

D.石子從空中落下，最后靜止在地面上，說(shuō)明機(jī)械能消失了

【例題2】一個(gè)物體沿粗糙斜面勻速滑下，則下列說(shuō)法正確的是（）

A.物體機(jī)械能不變，內(nèi)能也不變

B.物體機(jī)械能減小，內(nèi)能不變

C.物體機(jī)械能減小，內(nèi)能增大，機(jī)械能與內(nèi)能總量減小

D.物體機(jī)械能減小，內(nèi)能增大，機(jī)械能與內(nèi)能總量不變

（三）能量轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的方向性

教師拋出問(wèn)題：既然能量是守恒的，不可能消滅，為什么我們還要節(jié)約能源？

師生活動(dòng)1：

活動(dòng)要求：

根據(jù)給定器材設(shè)計(jì)活動(dòng)，使能量發(fā)生轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移；

思考并記錄：活動(dòng)的目標(biāo)是什么、使用了何種能源、能量轉(zhuǎn)化過(guò)程怎樣、能量最終

去了哪里？

第1組：長(zhǎng)木板彈簧小車

第2組：干電池導(dǎo)線小電珠開(kāi)關(guān)

第3組：高功率紅外燈電動(dòng)機(jī)小型葉片（或者蜂鳴器）

第4組：電吹風(fēng)電動(dòng)機(jī)小型葉片

第5組：臉盆水水車

教師提問(wèn)：現(xiàn)在請(qǐng)各小組派一代表來(lái)說(shuō)一下你們這組的活動(dòng)目標(biāo)是什么？利用什么

能源？能量的轉(zhuǎn)化情況如何？

學(xué)生回答：略

師生總結(jié)：

（1）雖然我們的器材不同、使用的能源不同，但是能量在轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移的過(guò)程中都

完成了目標(biāo)，因此能源的利用本質(zhì)就是能量的轉(zhuǎn)化和轉(zhuǎn)移；

（2）所有的能量最終“歸宿”都為內(nèi)能。

教師提問(wèn)：那你們感受到了內(nèi)能嗎？

學(xué)生回答：沒(méi)有

教師提問(wèn)：為什么？

學(xué)生回答：能量太小了

教師提問(wèn)：那為什么當(dāng)它是機(jī)械能、水能、化學(xué)能其他形式的時(shí)候我們能感知到了

呢，難道能量不守恒了嗎？

學(xué)生回答：守恒

教師提問(wèn)：那是為什么？

學(xué)生回答：（引導(dǎo)回答）那是因?yàn)榄h(huán)境太大，內(nèi)能分散到各個(gè)角落都有可能，無(wú)序

度高；

教師提問(wèn)：那我們有沒(méi)有辦法把散發(fā)在空氣的所有內(nèi)能收集回來(lái)，比如重新讓你們

的燈泡發(fā)光、葉片旋轉(zhuǎn)、小車運(yùn)動(dòng)起來(lái)呢？

學(xué)生回答：不能

教師總結(jié)：不管何種形式的能源，其能量最終“歸宿”都為內(nèi)能，燃料燃燒時(shí)一旦把

自己的熱量釋放出去，它就不會(huì)再次自動(dòng)聚集起來(lái)供人類重新利用，電池中的化學(xué)能轉(zhuǎn)

化為電能，它又通過(guò)燈泡轉(zhuǎn)化成內(nèi)能和光能，熱和光被其他物質(zhì)吸收后變?yōu)橹車h(huán)境的

內(nèi)能，我們無(wú)法把這些內(nèi)能收集起來(lái)重新利用。這種現(xiàn)象叫做能量的耗散。

教師展示一座房屋的紅外線照片

可以看出，由于取暖和使用電器，室內(nèi)溫度比室外高。熱量散失到室外后，不能回

收重新利用。

教師提問(wèn)：能量耗散與能量守恒是否矛盾，該怎樣理解？

教師總結(jié)：能量耗散和能量守恒并不矛盾，能量耗散表明，在能源利用的過(guò)程中，

即在能量的轉(zhuǎn)化過(guò)程中，能量在數(shù)量上并沒(méi)有減少。但是可利用的品質(zhì)上降低了，從便

于利用變?yōu)椴槐阌诶昧恕＿@是節(jié)約能源的根本原因。

這說(shuō)明能量的耗散從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中宏觀過(guò)程的方向性。

教師提問(wèn)：我們手拿著冰塊，內(nèi)能是誰(shuí)轉(zhuǎn)移給誰(shuí)？冰塊能夠?qū)?nèi)能轉(zhuǎn)移給手嗎？

學(xué)生回答：不能

教師總結(jié)：內(nèi)能總是自發(fā)地從高溫物體向低溫物體轉(zhuǎn)移，而不會(huì)自發(fā)的由低溫物體

向高溫物體轉(zhuǎn)移。

師生活動(dòng)2

教師提問(wèn)：同學(xué)們當(dāng)內(nèi)能向其他形式能量轉(zhuǎn)化時(shí)，是否無(wú)條件全額地轉(zhuǎn)化呢？

演示實(shí)驗(yàn)：溫差熱機(jī)發(fā)電

得出結(jié)論：要使葉片轉(zhuǎn)動(dòng)，前提條件必須與環(huán)境存在溫度差，第二內(nèi)能也會(huì)自發(fā)地

向低溫環(huán)境傳遞熱量，因此內(nèi)能不能百分之百的轉(zhuǎn)化為其他形式的能量。能量耗散實(shí)際

上也是品質(zhì)降低的過(guò)程。

教師提問(wèn)：對(duì)于一個(gè)國(guó)家，主要能源來(lái)自化石能源，如石油、天然氣、煤炭等，主

要的發(fā)電形式也是火力發(fā)電，過(guò)渡使用能源將會(huì)出現(xiàn)什么問(wèn)題？

學(xué)生回答：能源危機(jī)和環(huán)境問(wèn)題。

穿插介紹：能源危機(jī)引發(fā)一個(gè)國(guó)家的能源掠奪、經(jīng)濟(jì)的震蕩；

圖片展示：介紹環(huán)境問(wèn)題和引發(fā)的危害

（1）溫室效應(yīng)

大量燃燒石油、煤炭、天然氣等產(chǎn)生的二氧化碳?xì)怏w，增大了大氣中二氧化碳的含

量，由于二氧化碳對(duì)長(zhǎng)波的輻射有強(qiáng)烈的吸收作用，且像暖房的玻璃一樣，只準(zhǔn)太陽(yáng)光

的熱輻射進(jìn)來(lái)，不讓室內(nèi)長(zhǎng)波熱輻射出去，使地球氣溫上升，這種效應(yīng)叫溫室效應(yīng)。溫

室效應(yīng)使兩極的冰雪融化，海平面上升，淹沒(méi)沿海城市，使海水倒流入河流，從而使耕

地鹽堿化。

（2）酸雨

酸雨是指pH小于5.6的雨、雪或其他形式的大氣降水。形成酸雨的主要原因是燃

燒煤炭和石油，以及工業(yè)生產(chǎn)等釋放到大氣中的二氧化硫和氮氧化物，通過(guò)化學(xué)反應(yīng)分

別轉(zhuǎn)化為硫酸和硝酸，混入雨水和雪水中，使其酸度增加。同時(shí)，酸雨的形成還與大氣

中其他許多堿性物質(zhì)如飛灰中的氧化鈣、土壤中的碳酸鈣等與酸發(fā)生中和反應(yīng)有關(guān)。

酸雨對(duì)人類是有害的，首先危害人體健康：由于酸雨可溶解空氣及土壤中的重金屬

粒子，使其變成對(duì)人體有害的金屬，人飲用了這種水就能誘發(fā)各種疾病；其次，使土壤

酸度增加從而危害植物的正常生長(zhǎng)，使土壤沙化；河流湖泊酸化后就影響水生物及魚類

的生長(zhǎng)等，嚴(yán)重破壞生態(tài)環(huán)境；再者酸雨是強(qiáng)腐蝕劑，能腐蝕建筑材料。

（3）化學(xué)煙霧

內(nèi)燃機(jī)工作時(shí)的高溫使空氣中和燃料中的多種物質(zhì)發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，產(chǎn)生氮氧化合物

和碳?xì)浠衔铩＿@些化合物在大氣中受到紫外線的照射，產(chǎn)生二次污染物質(zhì)一化學(xué)煙霧。

這些物質(zhì)有毒，能引起人的多種疾病。

（四）能源的分類與應(yīng)用

教師提問(wèn)：同學(xué)們面對(duì)這樣血淚控訴的環(huán)境問(wèn)題，面將即將消耗殆盡的化石能源，

面對(duì)人類的發(fā)展離不開(kāi)能源，我們?cè)撛趺崔k？

學(xué)生回答：略

師生共同總結(jié)：可持續(xù)發(fā)展之路的舉措

舉措一：開(kāi)發(fā)新能源

1.分類：

（1）從人類開(kāi)發(fā)能源的歷史劃分

①常規(guī)能源：如煤、石油、天然氣、水能等

②新能源：如核能、風(fēng)能、太陽(yáng)能、地?zé)崮堋⒑Ｑ竽艿?/p>

（2）從使用分類

①一次能源：如煤、石油、天然氣、水能、風(fēng)能、生物質(zhì)能、海洋能等

②二次能源：如電能、氫能、焦炭等

（3）從能否再生分類

①可再生能源：如水能、風(fēng)能、潮汐能等

②不可再生能源：如石油、煤等

（4）從對(duì)環(huán)境的影響分類

①清潔能源：如太陽(yáng)能、風(fēng)能等

②非清潔能源：如煤、石油、天然氣等

2.新能源特點(diǎn)的討論（從使用前儲(chǔ)存量、使用時(shí)安全經(jīng)濟(jì)、使用后對(duì)環(huán)境無(wú)污染等

考慮）

圖片展示各種新能源的作用。

（1）太陽(yáng)能：有直接加熱物體的太陽(yáng)能熱水器、太陽(yáng)灶，有利用半導(dǎo)體材料把太

陽(yáng)能轉(zhuǎn)化為電能的太陽(yáng)能電池等，主要問(wèn)題是只能白天工作，還要受天氣影響，會(huì)妨礙

大規(guī)模使用太陽(yáng)能，要研究?jī)?chǔ)存太陽(yáng)能的方法。

（2）水能：水能有巨大的開(kāi)發(fā)潛力，可開(kāi)發(fā)梯級(jí)電站。

（3）核能：是一個(gè)巨大的能源，通過(guò)原子反應(yīng)堆進(jìn)行核發(fā)電，主要應(yīng)注意核泄漏、

控制核污染。

（4）風(fēng)能：為了增加風(fēng)力發(fā)電的功率，通常把很多風(fēng)車建在一起，稱為“風(fēng)車田”。

我國(guó)的新疆。內(nèi)蒙古等地已經(jīng)開(kāi)始大規(guī)模利用風(fēng)力發(fā)電。

舉措二：節(jié)約能源

提問(wèn)學(xué)生：在生活中你如何做到節(jié)能？強(qiáng)調(diào)節(jié)能從此時(shí)此刻此地自我做起。

同時(shí)提醒學(xué)生在使用能源時(shí)，更要做到提高能源的使用率。

舉措三：減少污染物的排放

【例3】下列對(duì)能量耗散的理解正確的有（）

A．能量耗散說(shuō)明能量在不斷減少

B．能量耗散遵守能量守恒定律

C．能量耗散說(shuō)明能量不能憑空產(chǎn)生，但可以憑空消失

D．能量耗散從能量角度反映出自然界的宏觀過(guò)程具有方向性

【例4】關(guān)于“溫室效應(yīng)”，下列說(shuō)法正確的是（）

A．太陽(yáng)能源源不斷地輻射到地球上，由此產(chǎn)生了“溫室效應(yīng)”

B．石油和煤炭燃燒時(shí)產(chǎn)生的二氧化碳增加了大氣中二氧化碳的含量，由此產(chǎn)生了

“溫室效應(yīng)”

C．“溫室效應(yīng)”使得地面氣溫上升、兩極冰雪融化

D．“溫室效應(yīng)”使得土壤酸化

（五）能源與社會(huì)發(fā)展

教師介紹能源的使用與社會(huì)發(fā)展的緊密關(guān)系：

人類利用能源大致經(jīng)歷了三個(gè)時(shí)期，即柴薪時(shí)期，煤炭時(shí)期，石油時(shí)期。

1.柴薪時(shí)期

出現(xiàn)年代：五六十萬(wàn)年前

火的使用是人類在能源利用上的第一個(gè)里程碑，它使人類脫離了茹毛飲血的時(shí)代。

2.煤炭時(shí)期

出現(xiàn)年代：2000年前

蒸汽機(jī)的廣泛使用，帶動(dòng)了工業(yè)革命和資本主義社會(huì)的成長(zhǎng)。

3.石油時(shí)期

出現(xiàn)年代：19世紀(jì)80年代

內(nèi)燃機(jī)的發(fā)展推動(dòng)了19世紀(jì)末，20世紀(jì)初開(kāi)始的機(jī)械化和電氣化進(jìn)程。

【達(dá)標(biāo)檢測(cè)】

一、單項(xiàng)選擇題

1．下列各組能源中，均為不可再生能源的是()

A．煤、石油、天然氣B．太陽(yáng)能、地?zé)崮堋L(fēng)能

C．電能、汽油、風(fēng)能D．核能、水能、生物能

2．在我們的家鄉(xiāng)——江漢平原，目前使用最廣泛的能源是()

A．核能B．電能C．風(fēng)能D．太陽(yáng)能

3．下列關(guān)于核能的說(shuō)法錯(cuò)誤的是()

A．核電站是利用核能來(lái)發(fā)電的

B．核反應(yīng)堆中發(fā)生的是鏈?zhǔn)椒磻?yīng)

C．核電站發(fā)生泄漏時(shí)會(huì)對(duì)人和生物造成傷害

D．核廢料不會(huì)對(duì)環(huán)境造成污染

4．下列有關(guān)能源和信息的說(shuō)法正確的是

A．空氣中的電磁波頻率越高波長(zhǎng)越長(zhǎng)

B．核電站是利用核裂變的能量來(lái)發(fā)電的

C．手機(jī)是利用超聲波來(lái)傳遞信息的

D．能量是守恒的，所以不會(huì)發(fā)生能源危機(jī)

5．能源的開(kāi)發(fā)和利用在“兩型”社會(huì)的建設(shè)中起著很重要的作用。下列能源中，在

使用時(shí)最安全、最清潔的是()

A．煤氣B．太陽(yáng)能C．電能D．核能

6．為改善駐守在南沙某島礁邊防戰(zhàn)士的工作、生活條件，今年在島上安裝了太陽(yáng)

能電池板。白天，太陽(yáng)能電池板給蓄電池充電；晚上，蓄電池為探照燈供電。這樣白天

與晚上的能量轉(zhuǎn)化形式是()

A．白天：太陽(yáng)能→內(nèi)能→電能

B．晚上：化學(xué)能→電能→太陽(yáng)能

C．白天：太陽(yáng)能→電能→化學(xué)能

D．晚上：化學(xué)能→電能→化學(xué)能

7．為控制大氣污染，下列措施目前不可行的是

A．盡量用天然氣代替煤作為城市居民生活用的燃料

B．開(kāi)發(fā)和使用新能源

C．改進(jìn)消煙和除塵裝置，提高其性能

D．禁止使用石油資源

8．我們應(yīng)該加強(qiáng)節(jié)能意識(shí)，下列做法不妥的是()

A．在日常用電中要隨手關(guān)燈

B．電視機(jī)、空調(diào)器在不用時(shí)拔下電源插頭

C．用太陽(yáng)能熱水器代替家中電熱水器

D．關(guān)閉空調(diào)，打開(kāi)工作的冰箱門來(lái)降低室溫

9．常州市城市生活垃圾焚燒發(fā)電廠將于2008年9月28日并網(wǎng)發(fā)電。該工程總投

資5億元，每天可焚燒垃圾7.5×105kg，發(fā)電1.6×105kW?h，利用垃圾焚燒所產(chǎn)生的爐渣

可制磚6萬(wàn)塊。對(duì)于該工程的意義，下列說(shuō)法錯(cuò)誤的是（）

A．解決城市生活垃圾的處理難題，變廢為寶

B．高溫消滅垃圾中的細(xì)菌、病毒，有利環(huán)保

C．減少需要填埋的垃圾質(zhì)量和體積，節(jié)約土地

D．居民投放垃圾不用分類，輕松便捷

10．下列關(guān)于能量的轉(zhuǎn)化和守恒的說(shuō)法中錯(cuò)誤的是()

A．高山上滾下的石塊越來(lái)越快，說(shuō)明重力勢(shì)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能

B．酒精燃燒時(shí)，將化學(xué)能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能

C．發(fā)電機(jī)發(fā)電時(shí)，將機(jī)械能轉(zhuǎn)化為電能

D．人們對(duì)太陽(yáng)能的開(kāi)發(fā)和利用，說(shuō)明能量可以