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12.3 水能和风能 教学设计
课题 12.3 水能和风能 单元 第十二章 机械能 学科 物理 年级 8
教材内容分析 在本节课程中，我们将深入探讨水能与风能的利用方式，这将与前两节课程中所学习的动能、势能以及机械能转化的知识点紧密相连。通过具体实例的分析，我们将详细讲解水能和风能是如何转化为其他形式的能量，从而在实际生产生活中得到应用。这样的学习过程不仅能够帮助学生理解物理知识与实际生活的紧密联系，而且还能有效地培养他们对于能源利用的意识，让他们认识到合理利用自然资源的重要性。我们将会看到，水能和风能作为可再生能源，在全球能源结构中扮演着越来越重要的角色。它们不仅有助于减少对化石燃料的依赖，减缓气候变化，还能促进可持续发展。在探讨这些能源的利用时，我们也会关注它们对环境的影响，以及如何在开发和利用这些资源时采取措施以保护生态平衡。
2022新课标要求 3.2.1 知道动能、势能和机械能。通过实验，了解动能和势能的相互转化。举例说明机械能和其他形式能量的相互转化。通过仔细观察和分析我们日常生活中的一些具体实例，以及通过参与一些既生动又有趣味性的物理实验，例如荡秋千时的运动、跳板跳水时的动态过程、以及滚摆实验中的能量转换现象，我们可以深入理解动能与势能之间是如何相互转化的。这些活动不仅帮助我们推理和分析动能、势能以及机械能的变化规律，而且还能通过书面或口头的方式清晰地解释这些物理现象，并表达出我们自己的观点和理解。此外，这些活动还能够培养我们的交流合作能力，使我们能够在团队中更好地与他人沟通和协作。
学习目标与核心素养 物理观念：1. 理解水能、风能是机械能的具体形式；2. 能分析水力发电、风力发电中的能量转化路径。科学思维：通过水能、风能的利用实例，建立 “能量转化” 的分析模型。科学探究：通过对比不同水电站选址，理解水位差对能量转化的影响。科学态度与责任：认识水能、风能的可再生性与环保价值，增强节约能源和可持续发展意识。
学情分析 学生们已经掌握了机械能转化的基本规律，然而，他们对于自然能源在实际生活中的应用还缺乏直观和深入的理解。为了弥补这一知识空白，我们有必要通过具体的实例和模型简化的方式，引导学生将抽象的理论知识与日常生活中的各种场景相结合，从而更深刻地理解能源利用背后的物理原理。通过这样的教学方法，学生们不仅能够更好地把握科学概念，还能够激发他们对科学探索的兴趣，培养他们解决实际问题的能力。
重点 1. 水能、风能的能量转化过程；2. 水力发电和风力发电的原理
难点 1.水电站选址中水位差对能量转化效率的影响；2.风能的不稳定性对发电的影响。
材料准备 多媒体课件（含水电站、风电场视频）、水能利用模型图、风能发电动态示意图
教学过程
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
导入新课 展示三峡大坝和风力发电场图片，提问：“三峡大坝为何要建高坝？风车叶片旋转的能量从何而来？”
观察图片，结合前课知识思考：高坝与水位差的关系，风车转动与风能的联系。
通过标志性工程激发兴趣，快速关联 “水位差→重力势能”“风能→动能” 的物理概念。
讲授新课 一、水能的利用1. 古代水能利用 展示古代水磨图片，讲解：水流冲击水轮转动，带动磨盘做功，将水能转化为机械能。2. 我国水资源分布 结合地图说明：我国水能 70% 分布在西南地区，长江水系最丰富，强调地势落差与水能的关系。3. 水力发电原理 - 动态演示水电站模型： 水位差→水的重力势能→水流动能→水轮机转动→发电机发电 提问：“为何修筑拦河坝？”（引导回答：提高水位，增加重力势能，转化更多电能）对比实验：展示不同水位差的水电站模型，观察水轮机转动速度差异。二、风能的利用（15 分钟）1. 风能的形成 动画演示：太阳辐射→空气温差→气压差→风，说明风能是太阳能的间接形式。2. 古代风能利用 展示立轴式大风车模型，讲解：风能驱动风车提水、磨面，转化为机械能。3. 风能的特点与分布 对比分析： 优点：清洁、可再生； 缺点：单机容量小、不稳定（受风速影响）。 地图标注：我国 “三北” 地区和沿海为风能富集区。4. 风力发电原理 视频解析：风车叶片捕获风能→转动动能→齿轮箱增速→发电机发电，强调 “风能→机械能→电能” 的转化链。三、实例分析与应用1. 水电站选址讨论 展示甲（低坝）、乙（高坝）选址图，提问：“从能量利用角度，应选哪处？为什么？” 总结：B 址（高坝）水位差大，重力势能转化动能更多，发电效率更高。2. 风能与水能的环保意义 对比化石能源，强调：水能、风能是清洁能源，减少碳排放。
观察水磨模型，理解古代机械能转化的朴素应用；通过地图和数据，分析我国水能分布特点；参与模型实验，直观感受水位差对能量转化的影响；讨论风能特点，思考如何克服其不稳定性（如多机组联动、储能技术）； 结合环保话题，列举身边的清洁能源应用实例。
从历史到现代，构建水能利用的发展脉络，体会物理技术的实用性；通过模型实验和对比分析，突破 “水位差影响能量转化” 的难点；联系能源危机，强化科学态度与社会责任的培养。
课堂练习 1.下列自然灾害造成的破坏中，主要不是由机械能造成的是（　　）A.沙尘暴吹向北京B.洪水冲垮了桥梁 C.台风吹倒了树木 D.干旱使庄稼枯死2.图中所示的发电设备，利用的是（ ）A.风能 B.电能 C.太阳能 D.水能3.风能是一种清洁无污染的可再生能源，风力发电中的能量转化是A.内能转化为机械能 B.电能转化为机械能C.机械能转化为电能 D.电能转化为内能4.海啸具有极大破坏力的主要原因是海啸形成的海浪具有巨大的A.电能 B.机械能 C.核能 D.内能5.关于潮汐发电的说法错误的是( )A.潮汐发电说明海水具有巨大的能量 B.在海湾造堤坝是利用海水的重力势能C.涨潮时靠近大海的一侧水位高 D.退潮时靠近海岸的一侧水位高
课堂小结 1. 水能：重力势能→动能→电能（关键：水位差）；2. 风能：动能→电能（关键：风速与叶片设计）；3. 共同优势：清洁、可再生。
板书 12.3 水能和风能 1. 水能 能量形式：机械能（重力势能 + 动能） 利用：水电站（重力势能→动能→电能） 关键：水位差越大，转化电能越多 2. 风能 能量形式：机械能（动能） 利用：风力发电机（风能→动能→电能） 特点：清洁、可再生、不稳定 3. 环保意义： 减少化石能源依赖，降低污染
课外拓展/课外阅读内容 调查任务：我们的目标是深入探究本地区域是否建有水电站或风电场，并且需要对这些设施进行详细的了解。完成这项任务后，你需要撰写一份简短的调查报告，报告中应包含这些发电设施的基本信息，如位置、规模、发电能力以及它们对当地环境和经济的影响。思考题：在当前的可再生能源领域，风力发电作为一种清洁且可持续的能源备受关注。然而，风力发电的稳定性一直是一个挑战。请深入思考并研究“如何提高风力发电的稳定性”这一问题。你可以通过查阅相关的科学文献、技术报告或行业分析资料来获取信息。在完成研究后，请准备一份简短的分享材料，概述你的发现和建议，以便我们共同探讨和学习。
特色资源分析和技术手段说明 视频资源：三峡大坝发电流程、新疆达坂城风电场工作纪实；这些视频资源详细展示了大型水电站和风电场的运作机制，让观众能够直观地了解三峡大坝如何通过调节水位差来高效发电，以及新疆达坂城风电场如何在不同的气候条件下进行风力发电的全过程。虚拟实验：在线模拟水电站水位差对发电量的影响。通过这个虚拟实验，用户可以亲自操作模拟软件，观察并分析不同水位差对水电站发电量的具体影响，从而更深入地理解水力发电的原理和效率问题。
教学反思 在教学过程中，我们应当特别关注学生对于“水位差如何影响发电量”这一概念的理解，以及他们对“风能的不稳定性”这一现象的认识。为了帮助学生更好地掌握这些知识点，我们可以利用虚拟实验或者微视频等现代教育技术手段，来帮助他们突破学习中的难点。此外，我们还应该鼓励学生从能源可持续发展的角度出发，积极思考并提出具有创新性的设想，以此来培养他们的创新思维和解决问题的能力。
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 （共 2 页）
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