第六节 能源和可持续发展
一、教学目标
1、理解能量耗散和品质降低的概念。
2、理解能源的利用实际上是能量的转化和转移过程。
3、了解常规能源的使用带来的环境污染。
4、了解开发新能源的方法和意义。
二、教学重点与难点
重点：理解能源的概念和能源的使用与环境污染的关系．
难点：能源的开发和利用与环境的关系．
三、教学方法与建议
小组讨论、理论联系实际
四、学情分析
能源与环境是社会关注的两个问题。通过本节的学习，应使学生理解这两个社会问题产生的原因，深入理解热力学第一定律和热力学第二定律。使学生理解开发利用清洁能源的价值，让学生提高科学观念，提高社会责任感。对于能源方面的许多知识，学生还是比较熟悉的，为了使本节课不成为一节对过去知识的复习课，为了完成对学生知识和观念的双重提升，可以在课前布置学生查找资料，促进学生的主动学习。
五、教学过程
1、能量耗散和品质降低
（1）“思考与讨论”
引导学生完成课本P68的“思考与讨论”，体会：自然界的一切变化，人类社会的所有活动，都伴随着能量的转移和转化。
[问题] 我们知道自然界中的能量是守恒的。但为什么还经常说要节约能源和合理开发和利用能源呢？
通过学生的回答，得出以下概念：
（2）能量耗散：系统的内能流散到周围环境中，没有办法把这些内能收集起来加以利用，这种现象叫做能量耗散。
（3）品质降低：能量从高度有用的形式降级为不大可用的形式叫品质降低。
能量在利用过程中，总是由高品质的能量最终转化为低品质的内能。
结论：虽然能量不会减少但能源会越来越少，所以要节约能源。
2、能源与人类社会发展
能源是社会存在与发展永远不可或缺的必需品.是国民经济运动的物质基础.它与材料、信息构成现代社会的三大支柱。能源科技的每一次突破，都带来了生产力的巨大飞跃和社会的进步。
远古时代火的使用,使人们脱离了茹毛饮血的时代。18世纪末蒸汽机的发明和完善,带动了第一次产业革命和资本主义社会的成长。内燃机的发展,推动了19世纪末、20世纪初开始的机械化和电气化进程。20世纪中叶,蒸汽轮机和燃气轮机的发展为大规模发电和航空事业奠定了基础。
3、能源与环境
（1）能源：能源是指能够提供可利用能量的物质，它是现代社会生活的重要物质基础。
（2）常规能源：指已被广泛应用的能源，如煤、石油、天然气、水力等。
（3）能源危机与环境污染
近一百年，地球人口由16亿增加到目前的50亿，净增了2倍多，而能源消耗据统计却增加了16倍。按目前的消耗量，专家预测石油、天然气最多只能维持半个世纪，煤炭尚可维持一二百年。
能源利用的过程也直接污染着地球环境：
①温室效应：化石燃料燃烧放出的大量二氧化碳，使大气中二氧化碳的含量大量增高，导致“温室效应”，造成地面温度上升，两极的冰雪融化，海平面上升，淹没沿海地区等不良影响。
②酸雨污染：排放到大气中的大量二氧化硫和氮氧化物等在降水过程中溶入雨水，使其形成酸雨，酸雨进入地表、江河，破坏土壤，影响农作物生长，使生物死亡，破坏生态平衡。同时腐蚀建筑结构、工业装备、动力和通讯设备等，还直接危害人类健康。
③臭氧层的破坏：臭氧层的存在对吸收紫外线方面起着举足轻重的作用，一旦臭氧层遭到破坏，对生物有害的紫外线会毫无遮拦地照射到地面上，会提高皮肤癌和白内障的发病率，也会影响我们的免疫系统。同时对不同生态系统中生物的生长、发育、繁殖、分布和生物地球化学循环都会造成一系列危害。
4、新能源的开发
常规能源的短缺和利用常规能源带来的环境污染，使得新能源的开发成为当务之急。
（1）新能源：指目前尚未被人类大规模利用而有待进一步研究、开发和利用的能源，如核能、太阳能、风能、地热能、海洋能、氢能等。
（2）无穷无尽的太阳能：太阳以其巨大的、无穷无尽的辐射能形式提供地球最清洁的能源能。
①数量巨大：太阳辐射功率为3.9×1026瓦。能到达地球表面的太阳能每年约为1.3×1010吨标准煤，是目前全世界所消耗的各种能量总和的1×104倍。
②时间长久：根据天文学的研究结果，可知太阳系已存在大约5×109年左右，估计尚可继续维持大约1010年之久。
③清洁安全：太阳能素有“干净能源”和“安全能源”之称，它不仅毫无污染，也毫无危险。
（3）永葆青春的风能：风能是由于太阳辐射造成地球各部分受热不均匀，而引起的空气流动所产生的能量。整个地球接受到的太阳能辐射能约有0.2%被转换成风能，全球的风能总量估计有1.6×1022J。这是一个巨大的潜在的能源宝库，如果1%被利用，即可满足人类对能量的全部需求。
（4）丰富干净的海洋能：包括潮汐能、波浪能、海流能、温差能等，它们不仅可以再生，还具有不污染环境的优点。据科学家估计，世界海洋能源总量为40多万亿千瓦，这些能量超过目前世界能源消费的一万倍，如果开发出其中一小部分，即可满足人类对能源的全部需求。
（5）深藏不露的地热能：地球本身是一个巨大的天然储热库。地热能指地球内部可释出来的热量。据估计，从地球内部每年传到地球表面的热量，相当于370亿吨标准煤燃烧时所放出的热量。
（6）未来能源的希望——核能：在当前开发和利用的新能源中，核能尤其重要。核能包括裂变能和聚变能，其中受控热核聚变的原料氘和氚可取自海洋，足够人类使用几十亿年，是取之不尽的能源。
[例题] 某地的平均风速为5m/s，已知空气密度是1.2kg/m3，有一风车，它的车叶转动时可形成半径为12m的圆面，如果这个风车能将此圆内10%的气流的动能转变为电能，则该风车带动的发电机功率是多大？
解析：首先可以求出在时间t内作用于风车的气流质量为 m=лr2υtρ
，这些气流的动能为mυ2；转变的电能为，故风车带动发电机发电的功率为
代入数据以后得P=3.4kW
6、课堂小结
师生共同总结本节课的内容。
7、课后作业
完成课本P71-72“问题与练习”，第2、3题书面作业。
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