资源简介

本章复习和总结
【教学目标】
1.知道什么是能源，能源可以划分为哪些种类；
2.知道什么是核能，怎样利用核能，核能有什么优点和缺点；
3.知道怎样利用太阳能.
4.知道能源利用面临的挑战.
【教学方法】
1.归纳法:通过对本章知识的归纳总结，体会知识内容之间的联系，进而系统复习本章知识.
2 .讲练结合法:通过典型习题的讲练，帮助学生加深理解知识的内涵，熟悉解题方法与技巧.
【教具准备】
多媒体课件
【教学课时】
1 课时
【巩固复习】
教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业(教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对 知识的巩固.
【本章总结】
知识结构（用多媒体展示并总结）
例题讲解（用多媒体展示）
知识点1 能源
例1 人类生活、生产、学习、研究都离不开能源的消耗，由于人口的急剧增加和经济的不断发展，能源的消耗持续增长.下列能源中既属于一次能源又属于可再生能源的是（ ）
A.石油 B .太阳能
C.天然气 D .核能
解析:A项石油是从自然界直接获取的，是一次能源，不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，不合题意；B项太阳能可以从自然界直接获取，是一次能源，可以从自然界源源不断地得到，是可再生能源，符合题意；C项天然气是从自然界直接获取的，是一次能源，不能短期内从自然界得到补充，是不可再生能源，不合题意；D项核能是从自然界直接获取的，是一次能源，但短期内不能从自然界 得到补充，是不可再生能源，不合题意；故选B.
答案:B
例2 关于能源的开发和利用，下列说法中不正确的是（ ）
A.煤是可再生能源，以煤为主要燃料的火力发电容易造成环境污染
B.核能是不可再生能源，开发和利用核能是人类获取能源的一个新途径
C.太阳能是取之不尽的能源，可直接利用且不会污染 环境，开发前景广阔
D.人类的生存离不开能源，社会的进步和美好生活是以消耗大量能源为代价的，我们要珍惜能源
解析:煤在自然界中不能短期内得到补充，它是不可再生能源，A错;B、C、D的说法均是正确的.
答案:A
知识点2 能源利用面临的挑战
例3 每一轮的经济危机都孕育着新一轮的科技革命，新一轮的科技革命又将会推动下一轮的经济增长.经济学家预言，新一轮科技革命的领域是新能源.对于能源的认识，正确的是（ ）
A.自然界可长期为人类提供煤、石油、天然气等可再生能源
B.核反应会产生大量能量，但是核燃料、核废料都具有辐射性，对人体、环境有害.所以人类不能利用核能
C.能源的过度开发和消耗导致全球能源短缺和环境污染，从原料来源和对环境的影响考虑，太阳能、风能是最具开发前景的新能源
D.既然能量是守恒的，所以我们不必要节约能源
解析：不可再生能源是指短时间之内无法再生的资源，它的总量是有限的，常见的煤炭、石油、天然气都是不可再生能源；核反应产生大量的能量，核电站发电便是利用了核反应.核燃料、核废料都具有辐射性，对人体、环境有害，所以对核反应物应注意处理；太阳能、风能都属于可再生能源，它们的开发能够节约自然能源，比较环保；能量与能源是完全不同的概念，任何物体都有能量，只是大小不同.但 能源是十分有限的，如水、森林等.
知识点3 核能、太阳能
例4 在新农村建设中，很多楼房顶部装有如图所示的太阳能、电能两用热水器.该热水器利用太阳辐射的能量加热时，能把太阳辐射能的70%转化为水的内能；用电热丝加热时，能把电能的90%转化为水的内能，该热水器也可利用太阳辐射的能量和电热丝同时加热.它的铭牌如表格所示.小明家热水器的支架与楼顶水平台面总接触面积为0.lm2. 他家所在的地区（晴天）每天接受太阳辐射的时间为8h，太阳光照射地面时的辐射功率为900J/(s m2)，即每平方米的面积上每秒得到的太阳辐射能平均900J.已知g=10N/kg,c水=4.2xl03
J/(kg·℃)，p水=1.0×lO3kg/m3.当热水器内蓄满水时，求：
（1）热水器对水平台面的压力和压强；
（2）热水器每天接受的太阳辐射能使水升高的温度；
（3）热水器将水从20°C加热到52.4℃所需的最短时间.
解析：（1）根据G=mg求出热水器的重力，它对平台的压力等于其重力；根据求出压强；（2）根据太阳光照射地面时的辐射功率求出热水器每天接受的太阳辐射能，再根据Q= cm(t-t0)求出水升高的温度；（3 )根据Q = cmΔt求出水吸收的热量，根据W=Pt求出加热时间.
例5 阅读下列短文，并回答以下问题：
核电站的核心是核反应堆，它以铀为核燃料，反应堆中放出的核能转化为高温蒸汽的内能，通过汽轮发电机转化为电能，如图所示是核电站的原理示意图.
第一回路中的水或其他液体用泵压入反应堆，然后进入热交换器，把热量传给第二回路的水，以后又被泵压回到反应堆里.
在热交换器里，第二回路中的水经加热生成高温高压蒸汽，送入汽轮机驱动汽轮机做功后温度和压强都降低，进入冷凝器，最后又由水泵把它压回热交换器.
高速旋转的汽轮机带动发电机发电.
（1）从核反应堆到发电机，能量的转化过程是：核燃料的 能→水的 能→ 汽轮机的 能→发电机的 能.
（2）猜想:在第一回路的核反应堆的外围，有一层厚厚的水泥防护层，其作用是 .
（3）冷凝器中发生的物态变化是 ，这时水要 热.
（4）在第二回路中，用水作循环剂，原因是水的 较大.
答案：（1）核 内 机械 电 （2）防止核辐射 （3）液化 放
（4）比热容能源与环境及能源的可持续发展
课后作业
完成本课时的练习.第2节 新能源的发展
【教学目标】
1.了解原子核的结构及核能的利用.
2.理解核裂变和核聚变，能正确说出核裂变和核聚变的应用.
3.初步认识太阳的结构，知道太阳能是太阳内部发生核聚变形成的，了解利用太阳能的方式.
4具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学道理，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识.
【教学重点】
核能的利用. 太阳能的利用方式.
【教学难点】
核能产生的两种方式:裂变和聚变.太阳能的利用方式.
【教具准备】
多媒体课件、塑料袋（白色、黑色）、凹面镜、三角支架、玻璃杯(带盖子）、水、温度计、太阳能凉帽（或太阳能电动玩具车）.
【教学课时】
1 课时
【巩固复习】
教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业(教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.
【新课引入】
师 为了解决利用化石能源带来的问题，人们着手开发各种新能源.你知道的洗呢能源有哪些？
生 核能、太阳能等.
【进行新课】
知识点1 核能
教师用多媒体展示1964年我国第一颗原子弹爆炸的视频.
学生对原子弹的原理很好奇，为什么原子弹有这么大的威力.
师 学习了本节知识后你就会明白了！好，下面我们就开始学习．
1.原子、原子核
师 我们知道分子是由原子构成，那么原子的结构是怎样的呢？
生1：一切物质是由分子组成的，分子又由原子组成，而原子由原子核和核外电子构成的.原子核由质子、中子组成.
生2: 原子核由带正电的质子和不带电的中子组成，原子核集中了原子的大部分质量.原子核带正电，核外电子带负电，绕核高速旋转.质子和中子的质量比电子大得多，处于原子中心，构成非常小的原子核.
教师点评，对学生回答予以肯定.
板书：原子的结构：
2．核能
师 质子、中子依靠强大的核力紧密地结合在一起，因此原子核十分牢固，要使它们分裂或结合是极其困难的.但是，一旦质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量.这种能量就是核能.
板书：质量较大的原子核发生分裂或质量较小的原子核相互结合，就有可能释放出惊人的能量.这种能量就是核能.
2.裂变
师 数裂变20世纪30年代，科学家用中子轰击质量比较大的铀235原子核，使其发生裂变，变成两个质量中等大小的原子核，同时还会产生几个新的中子，这些中子又会轰击其他铀核……于是就导致一系列铀核持续裂变，释放出巨大的能量.这就是裂变中的链式反应（图22.2-2）.1kg铀全部裂变，释放的能量相当于2800t标准煤完全燃烧时释放的能量.
3.核电站和原子弹
师 你们想一想，链式反应如果没有加以控制，那会怎么样呢？
生:瞬间释放，造成巨大危害.原子弹会不会就是这样制成的？
师 同学们说得很对.原子弹爆炸时发生的链式反应，就是不加控制的，大量原子核在一瞬间发生裂变，释放出极大的能量.
师 用多媒体播放录像:我国第一颗原子弹爆炸的实况.
师 同学们，你们知道核电站是如何利用核能的？
学生交流、讨论.
师 引导学生分析，链式反应如果加以控制，就会使其能量平稳释放，得到利用，核电站就是一个典型核裂变的应用.
师 用多媒体展示核电站的工作示意图.并向学生介绍我国已经成功建成并投入运行的核电站有深圳大亚湾核电站、浙江秦山核电站等.
如果链式反应可控，那么就可以控制核能的释放，例如核反应堆中发生的就是可控链式反应.核电站利用核能发电，它的核心设备就是核反应堆（图22.2-4）.核电站利用核反应堆产生的内能，通过汽轮机做功，带动发电机发电.随着我国具有完全自主知识产权的第三代百万千瓦级核电技术机组——华龙一号的建成，我国的核能发电技术已居于世界先进地位.
板书:链式反应加以控制，得到利用——核电站、核潜艇等;
不加以控制——原子弹.
4.聚变
师 同学们，原子核可以由重核裂变成轻核放出巨大能量，反过来，轻核结合形成重核的同时也发出更巨大的能量.如果使某些质量很小的原子核，例如氘核（由一个质子和一个中子构成）与氚核（由一个质子和两个中子构成），在超高温和高压下结合成新的原子——氦核，也会释放出巨大的核能.这就是聚变，有时也称为热核反应.
板书：聚变：质量很小的原子核，在超高温和高压下结合成新的原子核——氦核，释放出巨大的核能.
氘核、氚核都是氢核的一种.大量氢核的聚变，可以在瞬间释放出惊大的能量.氢弹利用的就是这种能量.
在太阳内部，氢原子核在超高温下发生聚变，释放出巨大的核能.因此可以说，太阳核心每时每刻都在发生氢弹爆炸，比原子弹爆炸的威力更大.太阳核心释放的能量向外扩散，可以传送到太阳表面.太阳表面温度约为6000C，就像一个高温气体组成的海洋.大部分太阳能以热和光的形式向四周辐射出去.太阳这个巨大的“核能火炉”已经“燃烧”了近50亿年.目前，它正处于壮年，要再过50亿年才会燃尽自已的核燃料.那时，它将膨胀为一个巨大的红色星体……
师 如何实现可控核聚变，如何利用可控核聚变释放的核能？
学生思考、讨论.
教师引导分析:相信在不久的将来是可以实现的.
海水中蕴藏着丰富的、可以实现聚变的氘核.科学家预言，通过可控核聚变来利用核能，有望彻底解决人类所面临的能源问题.希望同学们努力刻苦学习，练就过硬的本领为解决能源问题作出贡献.
我国正在采用不同方式进行可控核聚变的研究，中国科学院建造的环流器（tokamak)EAST（图22.2-7）实现了1000s以上的长时间运行，中国工程物理研究院等单位建造了“神光Ⅲ”激光约束核聚变研究装置.与化石燃料一样，核燃料在自然界中也是有限的，核能属于不可再生能源.
师 同学们，科学是双刃剑，利用好给人类造福，否则，会给人类造成巨大的灾难.核能的利用就是一个典型.
师 好，下面请大家阅读教材P198《核电站与核废料处理》，谈谈自己的看法.
学生阅读、思考、讨论核能的优缺点.
知识点2 太阳能
师 随着人们生活质量的提高，加之享受改革开放的成果，家电下乡的实施，使太阳能热水器进入了我国广大居民家庭，它具有方便、节能、高效的特点，深得人们的青睐. 同学们，你们知道它的原理吗？它是怎么样工作的？
学生回忆、思考和讨论.
师 学习了本节知识后你就会明白了！好，下面我们就开始学习.
太阳照耀着我们的地球，人类除了间接利用储存在化石燃料中的太阳能，还设法直接利用太阳能.随着科学技术的进步，太阳能等可再生能源逐渐得到较为广泛的应用.
直接利用太阳能
师 同学们，生产、生活中哪些地方应用了太阳能呢？我们是如何利用太阳能的？大家根据平时观察、了解，举例说明.
生：（踊跃发言）家庭里的太阳能热水器；夏天，小朋友戴的太阳能凉帽；免充电的太阳能电池手机；乌云山公园街道上的太阳能路灯；上海世博会期间用的太阳能电动公交车;航天技术中利用太阳能电池帆板吸收太阳能供卫星工作……
师 你们能说出它们的工作原理吗？下面，请大家利用手头的器材分组进行实验.
甲组生:将一杯水分成相同体积的两份，分别用黑塑料和白塑料袋装上并把袋口扎紧，放在同一太阳底下晒，15分钟后，立即用温度计测量它们的温度.
乙组生：凹面镜正对太阳光，盛水的玻璃杯放在三角支架，调节支架高度和位置，使玻璃杯恰好处在凹面镜的焦点处（当出现一个最小、最亮光斑时为准），过一会儿，用温度计测量水的温度.
丙组生:把太阳能凉帽先放在无光处，观察扇叶的转动情况;然后移到太阳光下，观察扇叶的转动情况.若改用太阳能电动玩具车，则观察无光、有光照射时，太阳能电动玩具车的运动情况.
师 请各小组交流实验情况.
甲组生:黑色塑料袋中水温升高快些，由此可知黑色物体吸热能力强；
乙组生:玻璃杯中水温升高了，说明凹面镜聚集了太阳光，太阳能可以转化为水的内能.
丙组生:有光照射的条件下，扇叶转动（玩具车运动），说明了太阳能电池可以将光能转化为电能，经电动机转化为动能，带动扇叶转动（玩具车运动）.
教师点评:这些归纳起来是两种直接利用太阳能的方式.
板书：目前直接利用太阳能的方式主要有两种：
（1）用集热器把水等物质加热，转化为水的内能（光热转换）；
（2）用太阳能电池把太阳能转化成电能(光电转换).
平板式集热器的箱面是玻璃，内部有涂黑的吸热板，可以吸收太阳辐射并将其转化为内能，从而将集热器管道内的水流加热.太阳能电池具有使用寿命较长的优点.太阳能电池应用在航空、航天、通信等领域，在日常生活中也用于电灯、计算器、手表等用电器.
风能和海洋能也是人们可以利用的新能源，它们都可以用来发电.我国建设了数座潮汐电站，也建成了许多“风车田”，场面蔚为壮观.
【教师结束语】
同学们，我们通过这节课的学习，收获了不少知识.我们对核能有了新的认识，知道了核能的产生机理:原子核发生裂变、聚变时产生的巨大能量.核裂变的链式反应在加以控制的条件下，就可以得到很好的利用，否则，瞬间释放出来会造成巨大危害.目前聚变的控制还在研究.
通过这节课的学习，我们对太阳能有了新的认识，目前直接利用太阳能有两种方式:用集热器把水等物质加热和用太阳能电池把太阳能转化为电能.随着化石能源的枯竭，太阳能作为一种新能源，在不久的将来，我们相信，在同学们的努力学习和研究开发下，太阳能将会成为生产、生活中的主要能源.好，谢谢大家！
课后作业
完成本课时的练习
在教学过程中，始终注意到把调动学生学习的积极性、主动性放在首位，采用播放多媒体课件，调动学生学习兴趣.还通过鼓励学生敢于发表自己的见解，学会与他人合作、交流，培养学生主动与他人合作的精神，勇于放弃或修正自己的错误观点.
通过介绍核能的有效合理利用会给人类带来好处，若使用不当或出现异常会造成极大的破坏和危害，让学生明白科学是把双刃剑.
通过教学发现课堂时间比较紧张.在有限的课堂时间内要想充分发挥学生对探究问题的自主性、体现学生学习的主体性，则时间的矛盾总是存在的，把握不好就会使一个问题讨论太久，时间拖得太长，还会远离研究主题，浪费时间等等.所以在组织教学过程中，必须使每个环节十分严密，力争排除一切客观干扰因素，也就是要把握好引导的“度”，对于如何更好地激发学生的探究欲望和兴趣，培养发散性、创造性思维等方面的问题也值得再讨论.
风能的来源
风是地球上的一种自然现象，它是由太阳辐射热引起的.太阳照射到地球表面，地球表面各处受热不同，产生温差，从而引起大气的对流运动形成风.风能就是空气的动能，风能的大小决定于风速和空气的密度.据估计到达地球的太阳能中虽然只有大约2%转化为风能，但其总量仍是十分可观的.全球的风能约为2.74×l09MW，其中可利用的风能为2 ×l07MW，比地球上可开发利用的水能总量还要大10倍.空气流动所形成的动能即为风能，风能是太阳能的一种转化形式.太阳的辐射造成地球表面受热不均，引起大气层中压力分布不均，空气沿水平方向运动形成风.风的形成是空气流动的结果.第二十二章 能源与可持续发展
能量概念是物理学中一个非常重要的概念，在《全日制义务教育物理课程标准》中，“能量”作为主线之一，也贯穿在整套教材中.本章在前面学过的各种能的知识的基础上，对能源知识作了常识性的介绍，对能量概念进行了简单的回顾和总结.本章介绍了日常生活中常用的各种能源，着重介绍了“核能”和“太阳能”，并简要介绍了人类利用能源的历程，以及能源的大量使用给人类带来的环境问题.
本章共分3节：
1.第1节“能源利用的现状和面临的挑战”，本节的主要内容是让学生了解能源、不可再生能源和可再生能源、一次能源和二次能源等概念.通过实例说明了能量转移和转化具有方向性、能源消耗对环境的影响，以及21世纪的能源趋势.
2.第2节“新能源的发展”，本节内容是本章的重点，涉及核能、聚变、裂变、链式反应等核反应知识，但这些知识与学生的生活实际相离很远，教师在教学中应组织学生讨论与交流，尽量让学生有一个初步的印象.了解一些与太阳能有关的科普知识，重点要放在对太阳能的利用这一方面.
3.第3节“跨学科实践：为节约能源设计方案”，让学生从优化自己家中能源的使用入手，制订出一个优化家庭能源使用的具体方案.
【教学目标】
常识性了解什么是能源，什么是一次能源和二次能源，什么是可再生能源和不可再生能源；常识性了解核能、裂变和聚变;初步认识太阳的结构，大致了解太阳能的利用方式;常识性了解能量转化技术给人类带来的便利；初步了解能量转移和能量转化的方向性；认识能源消耗对环境的影响.
【教学重点】
能源的分类，能量转移和能量转化的方向性，能源消耗对环境的影响.核能和太阳能.
【教学难点】
区别一次能源和二次能源，区别不可再生能源与可再生能源，能量转移和转化的方向性的理解.核能的理解.
【课时建议】
本章共有3节，建议 4 课时
第1节 能源利用的现状和面临的挑战…………………………1课时
第2节 新能源的发展…………………………………………1课时
第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案……………………1课时
本章复习和总结……………………………………………………1课时
第1节 能源利用的现状和面临的挑战
【教学目标】
1.了解什么是能源，能源的不同分类.
2.了解21世纪的能源趋势，了解能源利用面临的挑战.
【教学重点】
能源的分类.
【教学难点】
区别可再生能源和不可再生能源；一次能源和二次能源．
【教具准备】
多媒体课件、蜡烛、小灯泡、火柴、太阳能电动车、手电筒、手摇电动机.
【教学课时】
1 课时
【巩固复习】
教师引导学生复习上一节内容，并讲解学生所做的课后作业(教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.
【新课引入】
教师展示一个太阳能电动车，用手电筒照射，太阳能电动车转动了.用手摇发电机发电，使小灯泡发光.点燃蜡烛，蜡烛发光．
师 同学们这几个实验中都体现了哪些能量转化？
学生讨论、交流并回答:太阳能电动车是把太阳能转化为动能，发电机是把机械能转化为电能，蜡烛燃烧是把化学能转化为内能.
师 同学们，我们通过前面的学习，认识了各种各样的能量，运转的发电机产生电能；电灯发热、发光，产生了内能和光能;燃料燃烧产生了内能；做机械运动的物体具有机械能等等.可见，能量在日常生活中，对我们来说是必不可少的.那么对于能量你们想了解哪些问题呢？讨论一下.学生讨论、交流并回答：
生1: 人类可以利用哪些能量？
生2：我们需要的能量从哪里来？
生3：自然界的能量取之不尽吗？
学生产生疑问，积极思考.
师 以上这些，当我们学完本节后，你就会明白了.好，下面我们就开始学习.
【进行新课】
知识点1 人类利用能源的历程
1．能源
师 人类生产、生活的一切活动都需要能量.这些能量是从哪里来的呢？请大家举例分析.
学生思考问题，并讨论回答：
生1:我们烧水、做饭，需要能量，是柴薪、煤、天然气燃烧释放出来的能量；
生2:开动汽车、飞机、轮船等交通工具，需要能量，是汽油、柴油燃烧释放出来的能量.
生3:电灯发光，需要能量，是水力发电、火力发电转化来的电能.
……
师 上面大家说到的柴薪、煤、天然气、汽油、柴油、水等都可以提供能量.因此，凡是能为人类提供能量的物质资源，都可以叫做能源.
板书：能源：凡是能为人类提供能量的物质资源，都可以叫能源.
2.化石能源
师 同学们，请根据你们掌握的地理知识，分析一下，煤、石油、天然气是如何形成的？
学生交流讨论回答.
师 可以以煤、石油和天然气的形成为例进行讲解.用多媒体播放煤、石油和天然气的形成视频.
生看完后，师引导学生分析，知道了煤是远古时期，植物通过光合作用，将太阳能转化为生物体的化学能.以植物为营养的动物、微小的海洋生物等，在它们死后，躯体埋在地下、海底，经过几百万年的沉淀、化学变化、地壳运动，在高压下前者变成了煤，后者变成了石油和天然气.
师 我们今天大规模使用的煤、石油和天然气，是千百万年前埋在地下的动植物经过漫长的地质年代形成的（图22.1-2、图22.1-3），所以称为化石能源.
师 用多媒体展示海上开采石油画面，激发学生的好奇心和勇攀科学高峰的决心.
3.不可再生能源和可再生能源
板书：
化石能源等不能在短期内从自然界得到补充，所以这类能源叫作不可再生能源.
水能和风能等能源可以在短期内从自然界得到补充，叫作可再生能源.
4.一次能源与二次能源
可再生能源与不可再生能源都是可以直接从自然界获得的能源，我们称这样的能源为一次能源.
师 电能是怎么来的？
生 发电机产生的.
电能是我们经常使用的能源.它通常是由其他能源转化而来的，最终还要转化为光能、内能、动能等其他形式的能量，为人类所用.为什么很多地方要使用电能，而不直接使用一次能源呢？这是因为电能便于输送和转化（图22.1-4）.现代社会离不开的各种各样的用电器，是将电能转化为其他各种形式能量的转化器.由入于电能无法从自然界直接获取，必须通过消耗一次能源才能得到，所以称电能这样的能源为二次能源.
师 在我们生活中，能源有很多，如:柴薪、煤、石油、天然气、煤气、沼气、水能、太阳能、核能、电能等等.请大家比较，它们有什么不同，如何归类.
按产生的方式可以分为：
①一次能源:柴薪、煤、石油、天然气、水能、太阳能、核能等.
②二次能源:电能、煤气、沼气等.
板书：
一次能源：从自然界直接获取的能源.
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的能源.
知识点2 能源利用面临的挑战
师 我们已经知道能量是守恒的，为什么还要节约能源呢？
生 有些能源不可再生.
能量的转化和转移具有方向性
师 冬天，火炉把自己的内能传递给房间里的空气，供人们取暧;到了春天，能够把这些内能重新收集起来，来年再用吗？显然不能.一般情况下，内能只能从高温物体转移到低温物体，不能相反.否则会引起其他的变化，消耗别的能.再如，冰箱里的热量不会自动转移到外部，而必须消耗其他的能量（电能）才能把热量转移出来使冰箱内部变冷. 可见，涉及热现象的能量转化过程是有方向性，不可逆的， 消散掉的内能不能被收集起来再利用.同学们可以讨论、交流一下，看看哪些能量可以被利用，哪些不能？
生1：前面学习过的化石能源、核能、太阳能可以被利用，风能、水能、地热能也能被利用.
生2：机械摩擦产生的内能不能被利用，空气摩擦产生的内能也不能被利用.
汽车制动时，由于摩擦，动能转化成了轮胎、地面和空气的内能，这些消耗的能量不能再自动地用来驱动汽车.同样，热量只能自发地从高温物体转移到低温物体，不能相反.如果要使热量从低温物体转移到高温物体，就需要消耗其他形式的能量，例如电冰箱就需要消耗电能.实际上，涉及热现象的能量转化和转移过程是有方向性、不可逆的.
人们是在能量的转化或转移的过程中利用能量的.有些能量可以利用，有些则不能.因此，能源的利用是有条件的，我们所能利用的能源是有限的.化石能源是当今世界的主要能源，比如大多数汽车、飞机、轮船等交通工具都离不开它.
板书：能量的转化和能量的转移，都是有方向性的.不是什么能量都可以利用，能源的利用是有条件的.我们所能利用的能源是有限的，所以需要节约能源.
能源的消耗
由于世界人口的增加和经济的不断发展，能源的消耗量持续增长.特别是近几十年来，能源消耗量的增长速度明显加快.如果把全世界的能源消耗量折合成热值为2.93×107J/kg的标准煤来计算，1950年为26亿吨，1987年为110多亿吨，2007年达到160亿吨，2022年达到205亿吨（图22.1-6）.如果长期大规模开采，化石能源最终将会消耗殆尽.
师 目前人类的主要能源还是石油，据已探测的数据表明，化石能源的储量并不丰富，而且化石能源开发利用后不能再生，不久的将来会消耗殆尽.石油的短缺终会引起世界的能源危机.
3.能源与环境
师 人类在耗用各种能源时，特别是目前石油、煤炭占了能源的绝大部分，而且年消耗量在不断增长，不可避免地会对环境造成影响.现在我们来看下影像，了解一下它对环境有哪些影响呢？（师播放多媒体录像.生观看并思考.)
学生通过观看多媒体影像，对能源消耗对环境的影响有了一些初步的认识．然后让学生讨论、举例说明能源消耗还会对环境造成哪些影响.使学生认识到过量使用能源会对环境造成严重的破坏.
板书:在耗用各种能源时，不可避免地会对环境造成影响.
例如，由于现代生活中化石能源的广泛使用，燃料的燃烧产生了大量的二氧化碳，加剧了地球的温室效应.此外，煤、石油、天然气等燃料往往含有杂质，致使燃烧生成的气体中含有二氧化硫等有害物质.燃料的不完全燃烧还会产生粉尘和一氧化碳，对人和环境造成危害.开发新能源、更好地利用已知能源，是全球范围内的重要课题.
师 化石能源的大量使用，不仅留给我们子孙后代的越来越少，而且造成严重的环境问题.又由于化石能源属于不可再生能源，我们必须尽快地设法开发新能源，同学们，什么样的能源是未来的理想能源呢？
生展开交流、讨论：
生1:未来的理想能源要能够大规模替代石油、煤炭和天然气等常规能源，必须足够丰富，可以保证长期使用；
生2:未来的理想能源必须足够便宜，可以保证多数人用得起；
生3:未来的理想能源相关的技术必须成熟，可以保证大规模使用；
生4:未来的理想能源必须足够安全、清洁，可以保证不会严重影响环境.
师 开发新能源、更好地利用已知能源是全球范围内的重要课题.希望同学们好好学习，将来开发出更多新能源.
引导学生自主阅读教材P192燃煤发电的清洁技术.
【教师结束语】
同学们，我们通过这节课的学习，收获了不少知识.我们对能源有了新的理解，知道了21世纪能源趋势的变化. 我们知道了能源需求面临着巨大压力，传统的煤炭、石油和天然气等化石能源，随着不断开采使用逐渐枯竭，并且在使用中给人类的生存环境带来了极大的影响，因此，我们在节约能源，保护环境的同时，更迫切希望开发新能源.好，谢谢大家！
课后作业
完成本课时的练习.
在分析煤、石油和天然气的形成过程中，通过播放动画视频，这样能激发学生的学习兴趣，突破了常规的教师说教讲解过程，将枯燥的知识形象化，生动化.让学生观看后，可以由学生自己发表各自的看法、互相交流、取舍正确与否，这样既让学生收获了知识，更能够提高学生的分析问题能力，同时增强学生的团结协作意识.
在帮助学生分析能源消耗对环境的影响时，通过多媒体播放有关视频，将枯燥的说教变成动态影像呈现给学生，激发学生的学习兴趣，这样会给学生直观视觉效果，留下深刻的印象.让学生参与分析、讨论、交流、发言，增强学生树立环保节能、低碳生活的社会意识和社会责任感.第3节 跨学科实践：为节约能源设计方案
【巩固复习】
教师引导学生复习上一节所学内容，并讲解学生所做的课后作业（教师可针对性地挑选部分难题讲解），加强学生对知识的巩固.
【项目提出】
人们在生产生活中都会使用各种能源.
师 你在生活中都遇到过哪些浪费能源、污染环境的问题？
生 水龙头漏水没有修，出门不关灯，不关电视等.乱扔垃圾，使用一次性包装袋和筷子等.
想为节能和环保作出贡献，可以先从优化自己家中能源的使用人手，制订出一个优化家庭能源使用的具体方案.
【项目分析】
制订优化自己家庭能源使用的具体方案，首先应该了解家庭使用能源的具体情况，然后有针对性地提出优化方案，分析它的有效性和可行性，并与他人交流讨论，对方案进行改进.
【项目实施】
1.调查家中能源的使用情况
调查家中能源的用途、类型，估算这些能源的消耗量.表1是某同学以自已的家庭为例，列出的能源使用的主要情况.你可以参照此表，也可以根据自已的想法设计表格，统计自已家中能源的使用情况，并在表格中填写相应信息.
学生各自进行调查，记录表格.了解家庭在一段时间内消耗能源的情况.
根据调查情况，可以了解家庭在一段时间内消耗能源的情况，估算每种用途的能源消耗量，确定哪些用途的能源消耗比较多.例如，现在家庭中的采暖、制冷、生活热水、交通等，都可能是家庭消费能源的主要方面.
2.选取优化对象与确定改进方法
根据上面的调查结果，结合以下问题，思考如何选取优化对象，确定改进方法.
（1）根据实际的调查结果，思考家中在哪些方面的能源使用可以优化，其中又有哪些是要优先改进的.
（2）优化能源使用的方法不止一种.例如，可以在家中使用太阳能等新能源（图22.3-1），也可以利用技术手段来提高现有能源的使用效率，还可以从自身做起，通过优化家庭用车等行为来节约能源、减少浪费……你想利用哪些方法
（3）在确定节能方法时，需要从哪些角度分析？如，如果打算用新能源汽车取代家中的传统燃油车，那么从是否节约能源的角度，应该收集哪些证据？怎么分析？从能否满足人们使用需要的角度，又应该收集哪些证据？怎样分析
学生交流讨论后，选取优化对象和改进方法.
3.制订与检验设计方案
方案一：为房屋加装保温层.有一组同学在调查各自家中能源的使用情况后，认为除了可以在夏季制冷时适当调高空调温度、冬季采暖时调低暖气温度来节约能源，还可以对房屋进行改造来节约能源.这组同学制订方案的过程如下所示.
（1）明确思路.根据学过的知识可知，热量能自发地从高温物体传递到低温物体，因此我们要想保持房间的温度不变，就要尽可能减少房间与外界的热传递.怎样才能做到这一点？小组内有同学认为可以参考人们冬天穿羽绒服来保暖的方法，选择保温能力比较强的材料将房间“包裹”起来，以此减少房屋内部与外界的热量交换.
（2）选取材料.日常生活中的许多材料都可以用来保温，材料的保温性能与哪些因素有关？当为房屋选择保温材料时，还需要从哪些方面考虑
查阅资料得知，材料的保温性能通常与它的厚度、热导率、干燥程度、与外界的接触面积，以及外界温度等有关.通常，材料厚度越大、热导率越小、与外界的接触面积越小，材料就越能减缓热量散失.表2列出了一些常见材料在室温和干燥环境下的热导率，也可以通过查找资料获得其他材料或不同条件下的热导率.
在为房屋选择保温材料时，除了材料的热导率，还要入从材料的环保性、价格、耐火性，以及是否容易安装等方面进行评估（表3）.如果你还有其他想法，可以补充到表3中，然后从中选出一两种材料作进一步的比较分析.
（3）确定方案.在选定了保温材料后，先在小组内讨论设计方案.例如，在房间的哪些部位安装保温材料？保温材料的规格、尺寸应满足什么要求？门窗应该怎样进行保温处理？然后围绕这些问题制订具体的设计方案（表4）.
（4）制作模型与测试.在真正实施设计方案前，需要制作一个简易模型来模拟我们的家，通过测试来检验方案是否有效，并提出优化建议.小组内进行讨论：如何在测试中简单有效地模拟我们的家？给“家”安装哪些保温材料？怎样检验保温效果？
注意：在工程技术中，方案最终实施前，通常需要制作简易模型来评估设
计的可行性，以达到节约成本式保证质量的目的.
为了方便起见，可以选择身边容易获取、安装，与实际保温材料热导率相近的材料，将它安装在“家”中的相应部位.为了检验保温效果，可以将相同质量的冰块装在塑料袋中，分别放人没有保温材料和装有所选保温材料的“家”中，将“家”放置在相同的环境下，经过相同的时间后将冰块取出并进行比较，通过比较冰块质量的变化来评估设计的保温效果.
方案二：为家庭用车提供建议.另一组同学认为自己家中的燃油汽车消耗的能源较多，而且排放的尾气还污染环境.为此，他们想要调查新能源汽车能否替代自己家中的燃油汽车，以减少能源消耗，并对环境更加有益.
他们准备按照以下思路开展调查和论证，提出相应的建议，并形成报告.
（1）目前都有哪些种类的新能源汽车？与传统燃油汽车相比，新能源汽车是否更加节能和环保？例如，从某种新能源汽车中选出有代表性的分析对象，与燃油汽车对比分析能耗情况.在这个过程中，既要考虑两种汽车直接消耗的能源，也要考虑汽油、电力等在生产过程中的转化效率，以及两种汽车在生产中所消耗的能源，等等.
注意：新能源汽车一般使用电能、氢能等，传统燃油汽车使用汽油、柴油.根据前面学过的知识，想想如何比较两类汽车的能耗.
（2）与传统燃油汽车相比，新能源汽车是否满足人们的日常使用需要？还有哪些局限性，还需要如何改进？例如，纯电动汽车充电时间相对较长，温度对电池电量的影响较大，需要了解家中成员一般每天用车行驶的路程，所在地区的气候以及充电桩的分布情况，等等.推断当前纯电动汽车能否满足大部分需求，或是能够满足哪些地域、场景的需求.
（3）除了节能和环保，还有没有其他因素促进新能源汽车的发展？例如，我国的石油高度依赖进口.从能源安全的角度看，使用新能源汽车的意义是什么？
……
学生查阅资料，制订与检验设计方案.
【展示交流】
在设计方案时不仅要提供具体的优化建议，还要有充分、确凿的证据以及合理的推理作为支撑.形成具体的方案后，需要与大家进行交流讨论，找出方案的不足和改进办法.交流的形式可以多种多样，既可以通过举办辩论会的方式进行，也可以通过制作展板、举办论坛的方式进行.
最后，归纳出一些具体的家庭能源使用的优化方法.请估算，如果你的家庭按照设计方案优化能源的使用，每年会节约多少能源？如果全国所有家庭都采取类似的节能措施，会节约多少能源？
注意：可以上网查找组织辩论会、论坛等的流程，以及需要注意的事项等.
学生进行小组讨论，归纳出优化方法.估算出每年会节约多少能源.

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