让生活能动起来学案.docx

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让生活能动起来学案

让生活“能”动起来

1．学习目标：

1知识目标：

分析理化生三科对能源的开发和利用的差异，认识不同能源制备和转化利用的实际操作方法。

2技能目标：

能够根据任务目标进行实验方案设计，并动手操作。

3情感价值目标：

了解人类利用能源的种类，从中感受科技创新的力量；让学生体会到实验设计和动手操作的乐趣，激发学生的学习兴趣；促进学生的想象力和创造力发展，培养学生的探究意识和实践意识。

目录

学习计划

阶段

学习任务

阶段性项目成果

第1课

1.教师介绍能源的利用历史，以及我国能源分布及世界能源分布。

分析目前能源使用的局限性和对环境的危害。

2.项目分组，了解项目目标，准备设计实验方案，项目工作人员落实。

实验项目分组，项目人员工作落实

学生查阅资料，学生学习手册的实验方案设计

第2课

1.实验方案确定，实验进度安排到日

2.学生分组进行实验，酒精发酵

3.探究有机物燃烧放出热能，教师指导

实验结果记录于学生学习手册，并得出结论

第3课

1.酒精蒸馏，酒精燃烧放热

2.探究有机物组合燃烧放出热能

实验结果记录于学生学习手册，并得出结论

第4课

参观沼气制备设备，了解沼气的优缺点

实验结果记录于学生学习手册，并得出结论

第5课

1.设计安装电磁感应装置进行发电

2.利用光伏电池发电。

了解生产电能的主要原理。

实验结果记录于学生学习手册，并得出结论

第6课

1.比较水果电池发电效率

2.铜锌原电池优化：

比较不同电极材料，不同规格电极对发电效率的影响。

实验结果记录于学生学习手册，并得出结论

第7课

1.铜锌原电池优化：

比较不同浓度电解液对发电效率的影响。

2.设计盐桥原电池中的盐桥种类，制备各种盐桥

实验结果记录于学生学习手册，并得出结论

第8课

1.原电池的优化，设计盐桥原电池，研究其作为发电装置的优势。

2.电能储备：

可以数字化传感器检测各种电池的发电的能力。

实验结果记录于学生学习手册，并得出结论

第9课

教师介绍永动机的研究历史，能量转换与守恒定律的产生和意义。

根据能量转换与守恒定律，提出增加能量转换效率的条件

第10课~第11课

学生探究小车设计方案，

用现有材料设计组装出跑的最快的小车

第12课

学生实验成果以IYPT形式展示交流

以公开交流形式进行

第1课能源利用史

一、了解人类能源利用史

能源的概念：

能源是可从其获得热、光和动力之类能量的资源（《科学技术百科全书》）；

能源是一个包括着所有燃料、流水、阳光和风的术语，人类用适当的转换手段便可让它为自己提供所需的能量（《大英百科全书》）；

在各种生产活动中，我们利用热能、机械能、光能、电能等来作功，可利用来作为这些能量源泉的自然界中的各种载体，称为能源（《日本大百科全书》）；

能源是可以直接或经转换提供人类所需的光、热、动力等任一形式能量的载能体资源。

（《能源百科全书》）

确切而简单地说，能源是自然界中能为人类提供某种形式能量的物质资源。

人类所认识的六种能量：

机械能、热能、电能、辐射能、化学能和核能。

具体包括能够直接取得或者通过加工、转换而取得有用能的各种资源，包括煤炭、原油、天然气、煤层气、水能、核能、风能、太阳能、地热能、生物质能等一次能源和电力、热力、成品油等二次能源，以及其他新能源和可再生能源。

（一）火的使用（薪柴时期）

人类用火，始于运城市芮城县183万年前的西侯度人，火对人类体质和大脑的发育起到了至关重要的作用。

从保存自然火种，到若干万年后钻木取火、撞击燧石取火，开创了中华民族取火用火的先河。

（二）煤炭时期

18世纪中后期（60年代），世界能源消费结构才转到以煤炭为主。

1913年，英国产煤292Mt，为历史最高水平;世界煤产量为1320Mt，占世界一次能源总产量的92.2％。

煤炭是工业的“真正的粮食”。

这段时间称为“煤炭时代”

（三）石油的天地

1950～1973年，是石油的黄金时代，煤炭在世界能源系统中的地位迅速下降，1966年被石油超过而退居第二位。

四、清洁能源时代

进入21世纪，清洁的、可再生能源将成为世界能源的主角，清洁能源的时代也随之到来。

在新技术的基础上系统地开发利用的可再生能源。

如太阳能、风能、生物质能、海洋能、地热能、氢能等。

图1中国主要能源矿产资源分布图2中国水能资源和主要水电站分布

图3中国风能分布图4中国太阳辐射总量分布

活动·讨论

依据各种能源的相关简介，尝试写出你所认为的能源的优劣性：

1.化石燃料：

煤炭、石油、天然气是经过漫长地质年代形成的。

石油又称原油，是从地下深处开采的棕黑色可燃粘稠液体，是由古代有机物（主要是单细胞植物，如蓝－绿海藻类，单细胞动物，如有孔虫类）变来的。

煤炭在地质历史上，沼泽森林覆盖了大片土地，包括菌类、蕨类、灌木、乔木等植物。

经过漫长的地质作用，在温度增高、压力变大的还原环境中，这一有机层最后会转变为煤层。

天然气埋藏在地下的古生物经过亿万年的高温和高压等作用而形成的以碳氢化合物为主的各种汽体所组成的可燃混和气体。

优点：

缺点：

2.水能：

水力发电是将高处的河水（或湖水、江水）通过导流引到下游形成落差推动水轮机旋转带动发电机发电。

早期水电站规模非常小，只为附近的居民服务。

随着输电网的发展及输网能力的不断提高，水力发电逐渐向大型化方向发展，为人们生产和生活带来了很大的益处。

优点：

缺点：

3.风能：

风力发电是指把风的动能转为电能。

风很早就被人们利用--主要是通过风车来抽水、磨面。

风力发电机因风量不稳定，故其输出的是13～25V变化的交流电，须经充电器整流，再对蓄电瓶充电，使风力发电机产生的电能变成化学能。

优点：

缺点：

4.太阳能：

能源是来自地球外部天体（主要是太阳能），是太阳中的氢原子核在超高温时聚变释放的巨大能量，人类所需能量的绝大部分都直接或间接地来自太阳。

太阳能光发电是指无需通过热过程直接将光能转变为电能的发电方式。

优点：

缺点：

5.核能：

核能发电是利用原子反应堆中核燃料（例如铀）慢慢裂变所放出的热能产生蒸汽（代替了火力发电厂中的锅炉）驱动汽轮机再带动发电机旋转发电。

优点：

缺点：

你认为未来有可能被利用的能源：

二、实验项目工作安排

你参加的实验组是：

实验项目目标是：

你在实验组中的具体工作是：

你的实验设计方案是：

第2课实验方案确定及生物能源制备

一、讨论确定实验方案

1.小组的实验方案

2.我的实验设计方案不足的地方：

小资料

有机物

淀粉

蔗糖

葡萄糖

酒精

脂肪

蛋白质

热价KJ/g

17.57

16.57

15.65

29.62

39.92

18.41

实验任务：

1.酒精制备：

原料选择：

2.有机物燃烧释放热能。

实验结果：

实验结论：

酒精发酵反应式：

糖类燃烧反应式：

脂肪燃烧反应式：

你在实验中发现的问题：

第3课酒精蒸馏和有机物组合供能

实验任务：

1.学习蒸馏设备的使用方法，进行酒精蒸馏，酒精燃烧释放热能

2.有机物组合燃烧释放热能。

资料：

酿酒是最古老的生物技术，是酵母利用葡萄糖进行酒精发酵的产物。

酵母菌只有在无氧条件下才能进行酒精发酵，即将葡萄糖氧化成乙醇，而且当培养液中乙醇的浓度超过16%时，酵母菌就会死亡。

新闻：

这些天，食品家族中的饼干又“火”了一把。

原来，央视报道称用火一点就着的饼干，因含油量大容易燃烧被指“没营养”。

顿时，网友炸开了锅，这边有人激动喊着“竟然吃了那么多易燃品，太可怕了！

”那边淡定派表示“不要大惊小怪，湿面条都能点燃，何况饼干呢！

”

　　为此，记者买了5种含油量不同的饼干做了实验，发现都能点燃。

不少专家表示，只要是含水量少含有面粉的食品都可以点燃，比如面包、蛋糕，甚至是面条、花卷，不足为奇。

实验结果：

实验结论：

你在实验中发现的问题：

第4课沼气发酵

实验任务：

了解沼气的制备过程和优缺点

小资料：

沼气是有机物质在厌氧环境中，在一定的温度、湿度、酸碱度的条件下，通过微生物发酵作用，产生的一种可燃气体。

由于这种气体最初是在沼泽、湖泊、池塘中发现的，所以人们叫它沼气。

沼气含有多种气体，主要成分是甲烷（CH4）。

沼气细菌分解有机物，产生沼气的过程，叫沼气发酵。

根据沼气发酵过程中各类细菌的作用，沼气细菌可以分为两大类。

第一类细菌叫做分解菌，它的作用是将复杂的有机物分解成简单的有机物和二氧化碳（CO2）等。

它们当中有专门分解纤维素的，叫纤维分解菌；有专门分解蛋白质的，叫蛋白分解菌；有专门分解脂肪的，叫脂肪分解菌；第二类细菌叫含甲烷细菌，通常叫甲烷菌，它的作用是把简单的有机物及二氧化碳氧化或还原成甲烷。

因此，有机物变成沼气的过程，就好比工厂里生产一种产品的两道工序：

首先是分解细菌将粪便、秸秆、杂草等复杂的有机物加工成半成品——结构简单的化合物；再就是在甲烷细菌的作用下，将简单的化合物加工成产品——即生成甲烷。

实验结果：

实验结论：

你在实验中发现的问题：

第5课光电动力改变世界

小资料常见的发电方式主要有以下几种：

1火力发电，利用燃烧煤炭、石油、液化天然气等燃料产生的热能，使锅炉水管中的水受热成为高温高压的蒸汽，并推动汽轮机转动，进而带动发电机发电；

2水力发电，通过筑坝将位于高处的水向低处流动时的位能转换为动能，此时装设在水道低处的水轮机受到水流的推动而转动，将水轮机和发电机相连接，带动发电机转动，将机械能转换为电能；

3核能发电，如利用核能将反应堆中的水加热产生蒸汽，在蒸汽的推动下，汽轮机带动发电机转动产生电能；

4风力发电，利用风力推动风车带动发电机发电；

5太阳能热发电，利用聚热装置将太阳热能聚集并加热水管中的水产生蒸汽，进而带动涡轮发电机发电；

6太阳能光发电，将具有光电效应的硅材料制成太阳能电池板，通过接受太阳光能的照射将光能转变成电能。

此外，还有磁流体发电、潮汐发电、海洋温差发电、波浪发电、地热发电、生物质能发电等多种发电方式。

但是目前大规模的发电方式主要还是火力发电、水力发电和核能发电，如图所示。

显而易见，大部分发电方式都离不开发电机，那么发电机的发电原理是什么呢？

其实发电机的发电原理是电磁感应现象：

一定条件下，闭合电路能在磁场中产生电流，产生的电流叫做感应电流。

电磁感应现象是由英国物理学家法拉第经过长达10年的探索，通过实验得出的，所以该原理也叫做法拉第电磁感应定律。

★特别提醒：

1磁通量：

穿过某一面积的磁感线条数；

2大小和方向随时间做周期性变化的电流，叫做交流电；交流发电机发出的是交流电；

3按正弦规律变化的电流叫正弦式交流电。

实验目的:

1探究产生感应电流的条件

2如何才能产生正弦式交流电？

实验结果：

实验结论：

你在实验中发现的问题：

第6课原电池

实验目的:

实验结果：

实验结论：

你在实验中发现的问题：

第7课原电池

实验目的:

实验结果：

实验结论：

你在实验中发现的问题：

第8课原电池

实验目的:

实验结果：

实验结论：

你在实验中发现的问题：

第9课永动机

小资料

永动机是一类所谓不需外界输入能源、能量或在仅有一个热源的条件下便能够不断运动并且对外做功的机械。

不消耗能量而能永远对外做功的机器，它违反了能量守恒定律，故称为“第一类永动机”。

在没有温度差的情况下，从自然界中的海水或空气中不断吸取热量而使之连续地转变为机械能的机器，它违反了热力学第二定律，故称为“第二类永动机”。

达芬奇设计的永动机

这两类永动机是违反当前客观科学规律的概念，是不能够被制造出来的。

既然能量是守恒的，我们为什么还要节约能源呢？

根据热力学第二定律，燃料燃烧时一旦把自己的热量释放出去，就不会再次自动聚集起来供人类重新利用；电池中的化学能转化为电能，电能又通过灯泡转化成内能和光能，热和光被其他物质吸收之后变成周围环境的内能，我们无法把这些内能收集起来重新利用。

这种现象叫能量的耗散。

一座房屋的红外照片（红外照片是不能分辨颜色的，图中的颜色是为区分不同的温度而在照片处理时加上的）。

可以看出，由于取暖和使用电器，室外温度比室外高。

热量散失到室外后，不能回收重新利用。

能量的耗散表面，在能源的利用过程中，虽然能量的总量未减少，但在可利用的品质上降低了，所以我们仍然要节约能越，提高能量的转化效率。

学习目的:

了解永动机不能实现的原因。

知道“自然界的能量虽然守恒，但还是要节约能源”的根本原因。

通过调研，了解提高能量转化效率的必要性以及方法。

学习结论：

问题：

同学，通过查阅资料并结合生活中的例子，你能提出哪些提高能量转化效率的方法和手段呢？

第10课设计小“跑”车

一、材料：

减速电机两个，车轮两个，小万向轮一个，3mm厚亚克力板一张，M3螺丝螺母若干，热熔胶，热熔枪，钢直尺，割刀。

二、软件：

3Done

三、加工设备：

激光雕刻机、3D打印机等。

四、制作步骤：

1.上网查询有关小型汽车的结构及外形设计图。

2.制定自己的小车方案。

3.利用3Done软件进行小车的各个部件设计。

4.利用加工设备将小车各个部件制作出来。

5.组装并测试。

实验目的:

依据所给材料设计制作小跑车

实验结果：

实验结论：

你在实验中发现的问题：

第11课小“跑”车比赛

对上节课设计的不同种小跑车进行性能测试，包括滑行测试（沿光滑斜面，从同一高度下滑，比滑行距离）；同一类小车加载不同动力比续航时间和行驶距离。

实验目的:

测试小跑车

实验结果：

不同类型小跑车的性能比较，同一种小跑车运用不同的动力的性能比较。

实验结论：

你在实验中发现的问题：

第12课交流展示

实验目的:

学生实验成果以IYPT形式展示交流

实验结果：

实验结论：

你在实验中发现的问题：