物理学的发展与能源技术创新教案.docx

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物理学的发展与能源技术创新教案

第十一章物理学的发展与能源技术创新

第一节能量的转化和守恒定律

【授课地点】多媒体教室

【授课时间】1课时

【教学目标】

一、知识与技能

1．认识能量可以从一个物体转移到另一个物体，不同形式的能量可以互相转化。

2．知道能量守恒定律。

能举出日常生活中能量守恒的实例。

3．通过能量的转化和转移，认识效率。

4．初步了解在现实生活中能量的转化与转移有一定的方向性。

二、过程与方法

通过讨论交流关于能量的转化与守恒的论题，培养学生应用守恒的物理思想解决实际问题的能力。

三、情感、态度与价值观

1．进一步认识科学规律对人类社会的发展的巨大促进作用；形成用能量转化与守恒的观点分析物理现象的意识。

2．进一步形成科学的自然观，能够用科学的态度、科学的视角看待周围生活生产现象，初步具备用科学知识辨别伪科学的意识。

【教学重点】理解能量守恒定律。

【教学难点】永动机的原理、能量的转化效率。

【教学过程】

一、引出课题

展示教材图11－1－1，让学生观察并寻找能量的足迹，并思考：

这些过程中，能量都由什么形式变成了什么别的形式？

它们遵循什么规律呢？

对学生的回答给予肯定或者纠正。

教师：

我们今天就要找出，在能量不断转化、转移的过程中遵循的规律。

学生观察，并展开积极讨论。

指出能量转化的过程中，能量的各种形式。

二、能量的转化与转移

首先指出：

（1）能量是可以互相转化的。

举出一些例子，如：

太阳灶将太阳能转化为水的内能；人踢球，人自身储存的化学能通过人体做功，转化为皮球的机械能，等等。

要求学生回忆，并举出一些例子。

学生思考，并抢答。

（2）能量是可以转移的。

举出一些例子，如：

打台球时，两颗台球之间发生了动能的转移；人们通过热水袋取暖，就是热水的内能转移至人体。

要求学生回忆，并举出一些例子。

学生思考，并举出一些例子。

教师：

那么，大家就根据你们的理解，寻找能量的足迹吧！

让学生以小组为单位，根据图11－1－2，开展“能源转化的识别”活动。

学生以四个人为一个小组，讨论分析图11－1－2中各种能量的名称。

并分析其中的转化与转移过程。

推举代表，表述本小组的讨论结果。

对于这个活动，在课前提供一个表格，以供各个小组填写。

让小组代表回答本小组的讨论结果，并进行总结：

能量是可以在不同的物体之间转移的，也可以转化成其他不同的形式的能。

三、能量守恒定律

首先，让学生自行阅读教材中的对话部分。

并回忆机械能转化的过程。

进而，配合多媒体，向学生简单介绍焦耳测定热功当量的实验。

并举一些别的例子，如荡秋千过程中，如果没有别的损耗，每次秋千总是能够回到原来的高度等等。

举例中，也可以向学生指出，能量转化过程中，往往存在损耗，即一种能量转化为多种能量，而其中有些能量转化过程是我们不想要但是无法克服的。

为下面的能量转化效率做铺垫。

思考能量转化过程中的损耗问题。

教师对例子进行总结，指出能量守恒定律。

能量守恒定律:

能量既不能创造,也不能消灭;当能量从一个物体转移到另一个物体或从一种形式转化为另一种形式时,总量不变.

四、能量转化的效率

教师：

能量是维持我们的生产、生活得以正常进行的源泉。

正是这样，在历史上，许多人煞费苦心，希望能够制造出一个不需要向其提供能量，就能持续对外做功的机器，也就是永动机。

然而，我们根据能量守恒定律就可以知道，这样的机器是不存在的。

举出历史上比较有名的永动机，展示图片，说明设计初衷。

如达芬奇的永动机（图11－1－4），等等。

可以要求学生说明其中的漏洞。

观察永动机图片，展开讨论，分析永动机不能永动的原因。

再让学生分析教材的图11－1－5永动机，以小组为单位，进行讨论，指出其中的不可能之处。

可以指出“完全转化”往往是不可能的。

小组讨论，分析，并推选代表指出永动机的谬误。

教师：

永动机是非常美妙而诱人的设想，多少人为了永动机熬白了头发，甚至耗尽一生精力。

但是，在科学规律面前，幻想终究是幻想。

教师：

我们观察到的能量转化过程，往往“看不到”其中的能量守恒。

刚才所说到的“热功当量”测定实验中，焦耳总是努力地减少热量的散失；在“机械能守恒”的过程中，秋千能够达到的高度总是越来越低，这是为什么呢？

学生思考，讨论，并回答。

教师再举一个例子，烧水的时候，如果我们计算所消耗的电能，它与水所增加的内能是相等的吗？

学生回答，并指出：

烧水时，周围的物体，如水壶、空气也得到了热量，它们的内能也增加了。

类比热机效率，总结：

在能量的转化和转移过程中，有一部分能量的转移或转化是我们所不愿意但必须发生的，称为输出无效能量，其余部分称为输出有效能量。

输出有效能量占总输入能量的比例，就是能量的转化效率。

转化效率永远小于100％。

任举一个例题，如烧水、机械搬运、汽车行驶等。

分析哪部分是无效输出能量。

提问：

能量的转化效率和热机的效率、简单机械的效率有什么关系？

它们是等效的吗？

总结并指出三者本质的一致性。

输入能量=输出有效能量+输出无效能量

能量转化效率:

五、课堂小结

这一节课，我们认识到了能量犹如一个变色龙，能够不断地改变自己的形式，变换自己的阵地。

但是我们也认识到了能量转化和转移的规律，这也是我们设计机械、开发能源的基础。

【实践活动】

完成“发展空间”中“走向社会”和“家庭实验室”的活动。

也可以以“当代永动机幻想”为题，查阅资料，找找近年来出现的永动机荒诞剧。

第二节原子核、核能

【授课地点】多媒体教室

【授课时间】1课时

【教学目标】

1．知识与技能

常识性了解核能、裂变和聚变。

2．情感、态度与价值观

初步认识科学及相关技术对于人类生活的影响。

【教学重点】原子核的转变及核能的开发与利用。

【教学难点】认识原子的行星模式结构。

【教学过程】

引入课题:

核能是在原子核发生变化的过程中释放出来的,在介绍核能之前,需要知道原子核的组成.我们知道原子核是很小的,但小小的原子核也有它的内部结构.19世纪和20世纪之交.物理学中有两个重大发现,一个是发现了电子,另一个是发现了放射性现象,这两个重大发现把人们带入了原了核内部的世界.

一、物质结构:

物质是分子组成的,分子又是由原子组成的,在原子的中心有一个很小的核,，原子的全部正电荷和几乎全部的质量都集中在原子核里,带负电的电子在核外空间绕核高速运转.

原子核也有它内部的结构,研究发现原子核是由原子和中子组成的,原子和中子的质量几乎相等,质子带正电荷,所带电量跟电子相等.中子不带凡.

物质微观结构链:

二、放射性现象:

有些物质的原子该不稳定,有自发地放出射线的性质,这种性质叫做放射性.具有放射性的元素叫做放射性元素.如:

铀（U）钋（P0）.镭（Ra）等都是放射性元素.

实验介绍:

如课本图11－2－1,在铝盒底部放一小块放射性物质.上有一小孔,因为射线不能穿过很厚的铝板,所以只能沼着小孔向外射出.若使射线通过强磁场（或电场）射线就被分为三束.

其中偏转小的那一束叫做α射线.

偏转较大的那一束,叫做β射线

不偏转的那一束叫做γ射线.

实验表明:

α射线和β射线能在磁场（或电场）中发生偏转,而偏转方向不同,这说明它们是带相反电荷的.其中α射线带正电.β射线带负电.γ射线在磁场（或电场）中不发生偏转,说明γ射线不带电.

研究表明:

1射绒线是带正电的氦核流;②β射线是高速运动的电子流

③γ射线是一种波长很短的电磁波.即光子流.

三、α,β,γ射线的性质.

①能使气体电离.电离作用以α,,射线为最强,β射线次之.γ射外最弱.

②具有较强的穿透本领,穿透本领以α射线为最强.β射线次之.α射线最弱

③能使照相底片感光.

④能激发荧光.

⑤能破坏细胞组织

⑥能使吸收射线的物质发热.

四、放射性的应用:

①分别测出放射性元素铀和铝在矿石中的含量就可以计算出矿石形成的年代

②利用放射性钟可以测出地球的年龄

③利用放射性同位素的“示踪作用”检查植物对肥料的吸收情况,水库的渗漏水情况.炼钢过程中杂质含量和人体内脏病变等

五、核能及其应用

质子、中子依靠强大的核力紧密结合在一起，一旦使原子核分裂或聚合，就能释放出巨大的能量，这就是核能。

核能是能源家族的新成员，它包括核裂变能和核聚变能两种主要形式。

1、裂变

核物理中把重核分裂成质量较小的核，释放出核能的反应称为裂变。

裂变能是重金属元素的原子核通过裂变而释放的巨大能量，目前已经实现商业化。

因为裂变需要的钢等重金属元素在地球上含量稀少，而且常现裂变反应堆会产生长寿命放射性较强的核废料，这些因素限制了裂变能的发展。

2、聚变

另一种核能形式是目前尚未实现商业化的核聚变能。

核聚变是两个较轻的原子核聚合为一个较重的原子核，并释放出能量的过程。

自然界中最容易实现的聚变反应是氢的同位素氘与氚的聚变，这种反应在太阳上已经持续了50亿年，氘在地球的海水中藏量非常丰富。

因此，聚变能是一种无限的、清洁的、安全的新能源。

这就是为什么世界各国，尤其是发达国家不遗余力，竞相研究、开发聚变能的原因所在。

3、核电站：

六、放射性污染和防护.

强剂量或长时间接受射线的照射,对人体是有害的,射线能杀伤人体内的细胞破坏人体内器官损伤皮肤和眼睛,严重者致人死命.所以在利用放射性为我们服务的同时,必须采取完全有效的防护措施,降低或避免放射性给人体带来的危害.

第三节能源与可持续发展

【授课地点】多媒体教室

【授课时间】1课时

【教学目标】

1．知识与技能

认识能源消耗对环境的影响。

2．过程与方法

通过社会调查，了解当地能源使用对环境的影响。

3．情感、态度与价值观

通过了解大量消耗能源对环境造成的破坏，初步认识科技给人类带来的负面效应，具有节能意识、环保意识。

初步认识科学及其相关技术对于社会发展、自然环境及人类生活的影响。

有可持续发展意识，能在个人所能及的范围内对社会的可持续发展有所贡献。

有将科学服务于人类的意识，有理想，有抱负，热爱祖国，有振兴中华的使命感和责任感。

【教学重点】了解新能源的开发和应用情况。

【教学难点】能源划分的种类。

【教学过程】

一、能源的分类：

（一）按利用程度分：

1、常规能源（传统能源）：

如：

煤、石油、天然气

2、新能源：

如：

原子能、太阳能、地热能等

（二）按利用的方式分：

1.一次能源：

可以从自然界中直接获取的能源。

如：

化石能源。

2.二次能源：

无法从自然界直接获取，必须通过一次能源的消耗才能得到。

如：

电能、蒸汽、焦碳等。

（三）按资源的再生性分：

1.不可再生能源：

不可能在短期内从自然界得到补充的资源。

如：

化石能源、

核能等。

2.可再生能源：

可以在自然界里源源不断的得到。

如：

水能、风能、太阳能、生物质能（由生命物质提供的能量。

如：

利用食物等生命物质中储存的化学能）

二、21世纪的能源趋势

教师：

由于世界人口的急剧增加和经济的不断发展，能源的消耗持续增长。

特别是近三四十年来，能耗量增长速度明显加快。

同学们看书P70，了解一下一个多世纪来，人类能源消耗的情况。

（学生看书，老师板书）

学生看完后，老师利用多媒体显示一些有关近年来能源消耗的图片，让学生更形象地了解这方面的知识。

学生讨论交流，21世纪的能源趋势是怎样的？

我们知道目前作为人类主要能源的化石能源，并求是取之求尽、用之求竭。

化石能源、核能等是不可再生的能源，我们现在开采得越多，留给子孙后代的就越少。

人类自1973年以来，共向地球索取了5000亿桶（约合800亿吨）石油，剩下的石油按现有生产水平计算，还可保证开采44年。

天然气也只能