第一篇：高二物理教案分子熱運動 能量守恒-熱力學(xué)第二定律

熱力學(xué)第二定律

課時：1 課時

教學(xué)要求：

1、以熱傳導(dǎo)和機械能與內(nèi)能的相互轉(zhuǎn)化為例，讓學(xué)生知道宏觀熱學(xué)過程是有方向性的；

2、讓學(xué)生知道第二類永動機是不可能制成的；

3、讓學(xué)生初步了解熱力學(xué)第二定律的兩種內(nèi)容 表述，并能用之去解釋一些簡單的現(xiàn)象；

教學(xué)過程：

一、引入新課：

有趣的問題：地球上有大量海水，它的總質(zhì)量約為1.4×1018 t，只要這些海水的溫度0.1℃，就能放出5.8×1023 J的熱量，這相當于1800萬個核電站一年的發(fā)電量。為什么人們不去研究這種“新能源”呢？原來，這樣做是不可能的。這涉及物理學(xué)的一個基本定律。

二、新課講授：

（一）熱傳導(dǎo)的方向性：

大家都有這樣的經(jīng)驗：兩個溫度不同的物體相互接觸時，熱量會自發(fā)地從高溫物體傳給低溫物體，使高溫物體的溫度降低，低溫物體的溫度升高。從未有過這樣的現(xiàn)象：熱量會自發(fā)地從低溫物體傳給高溫物體，使低溫物體的溫度越來越低，高溫物體的溫度越來越高。（這里所說的“自發(fā)地”，指的是沒有任何外界的影響或者幫助）也許會產(chǎn)生一個疑問：電冰箱內(nèi)部的溫度比外部低，為什么致冷系統(tǒng)還能不斷地把箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣？這是因為電冰箱消耗了電能，對致冷系統(tǒng)做了功。一旦切斷電源，電冰箱就不能把箱內(nèi)的熱量傳給外界的空氣了。相反，外界的熱量會自發(fā)地傳給電冰箱，使箱內(nèi)的溫度逐漸升高。

在這里，我們看到，熱傳導(dǎo)的過程是有方向性的，這個過程可以向一個方向自發(fā)地進行，但是向相反方向卻不能自發(fā)地進行。要實現(xiàn)相反方向的過程，必須借助外界的幫助，因而產(chǎn)生其化影響或引起其化變化。

（二）第二類永動機：

一個在水平地面上運動的物體，由于克服磨擦力做功，最后要停下來。在這個過程中，物體的動能轉(zhuǎn)化為內(nèi)能，使物體和地面的溫度升高。但是，人們決不會看到這樣的現(xiàn)象：一個放在水平地面上的物體，溫度降低，可以把內(nèi)能自發(fā)地轉(zhuǎn)化為動能，使這個物體運動起來！

有人可能提出一種設(shè)想：發(fā)明一種熱機，它可以把物體和地面磨擦所生的熱量都吸收過來，對物體做功，將內(nèi)能全部轉(zhuǎn)化為動能，使物體在地面上重新運動起來，而不引起其他變化。這是一個非常誘人的設(shè)想。這個設(shè)想并不違反能量守恒定律，若真能制成這種熱機，本節(jié)開始時提到的，單從海水中吸取熱量來做功，就成為可能了，“能源問題”也就解決了。

熱機是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的裝置。以內(nèi)燃機為例：氣缸中的氣體得到燃料燃燒時產(chǎn)生的熱量Q1，推動活塞做功W，然后排出廢氣，同時把熱量Q2。

我們把熱機做的功W和它從熱源吸收的熱量Q1的比值叫做熱機的效率，用表示，則有：

= W / Q1實際上，熱機不能把它得到的全部內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能。以汽車內(nèi)燃機為例：只有當氣缸中工作物質(zhì)的溫度比大氣溫度高時內(nèi)燃機才能工作，所以Q2這部分熱量是不可避免的。熱機工作時，總要向冷凝器散熱，總要由工作物質(zhì)帶走一部分熱量Q2，所以總有Q1＞W(wǎng)。因此，熱機的效率不可能達到100%，汽車上的汽油機，效率只有20%∽30%，燃氣輪機的效率比較高，也只能達到60%。即使是理想熱機，沒有磨擦，也沒有漏氣等能量損失，它也不可能把吸收的能量百分之百地轉(zhuǎn)化成機械能，總要有一部分熱量散發(fā)到冷凝器中。

第二篇：高二物理教案分子熱運動 能量守恒-熱力學(xué)第二定律2

熱力學(xué)第二定律

教學(xué)目標

①、了解熱力學(xué)第二定律的發(fā)展簡史，②、了解什么是第二類永動機，為什么第二類永動機不可以制成。③、了解熱傳導(dǎo)的方向性，④、了解熱力學(xué)第二定律的兩種表述方法，以及這兩種表述的物理實質(zhì)，⑤、了解什么是能量耗散 教學(xué)重點

熱力學(xué)第二定律及所反映出的熱現(xiàn)象的宏觀過程的方向性。教學(xué)難點

熱力學(xué)第二定律中所描述的 “不發(fā)生其他變化” 教學(xué)方法

多媒體輔助教學(xué)，分析討論講解相結(jié)合 教學(xué)器材

多媒體演示系統(tǒng)、自制電腦教學(xué)軟件 教學(xué)過程

一、引入新課

1、復(fù)習(xí)提問

①熱力學(xué)第一定律的內(nèi)容是什么？ ②第一類永動機為什么沒有制成？ ③能量守恒定律是怎樣表述的？

2、引入新課

教師說明：在能量守恒定律中，存在著能量的 “轉(zhuǎn)移”和 “轉(zhuǎn)化”，具體到熱力學(xué)第二定律，內(nèi)能和內(nèi)能之間存在著“轉(zhuǎn)移”以及內(nèi)能和機械能之間也存在著“轉(zhuǎn)化”的過程，引入課題：熱力學(xué)第二定律。

二、新課教學(xué)

（一）內(nèi)能的轉(zhuǎn)移

內(nèi)能轉(zhuǎn)移實質(zhì)就是熱傳遞。舉例： 冰箱中的冰激凌在停電時的融化過程，引導(dǎo)學(xué)生分析融化的原因。（熱量可以從高溫物體傳遞給低溫物體）冰箱里的冰激凌在冰箱正常工作時并沒有融化。

進一步引導(dǎo)學(xué)生思考熱量只能從高溫物體傳遞給低溫物體這種說法是否妥當。如果不妥當應(yīng)該怎樣說。從而得出所謂的熱量從高溫物體向低溫物體傳遞是一個自發(fā)的過程，熱量從低溫物體向高溫物體轉(zhuǎn)移需要其他的物理過程參與。以模擬動畫說明內(nèi)能轉(zhuǎn)移過程的方向性）得出熱力學(xué)第二定律克勞修斯表述：不可能使熱量從低溫物體傳遞到高溫物體而不產(chǎn)生其他變化。

內(nèi)能轉(zhuǎn)移過程的方向性

說明: 不產(chǎn)生其他變化是指沒有其他物理過程參與

（二）內(nèi)能和機械能之間的轉(zhuǎn)化

瓦特蒸汽機的發(fā)明說明人們開始了熱機理論的研究，（“熱機”就是一種把內(nèi)能轉(zhuǎn)化為機械能的機械）

1824年，卡諾在《論火的動力》中指出 “凡是有溫度差的地方就能夠發(fā)生動力” 1834年，克拉珀龍把卡諾這一思想幾何化為“卡諾循環(huán)” 熱機從高溫?zé)嵩次諢崃縌，其中一部分對外做功W，另一部分被釋放給低溫?zé)嵩?，根?jù)能量守恒定律

Q1 = Q2 + W η=W/ Q1 =(Q1-Q2)/Q1 =1-Q2/ Q1

可以知道Q2 越少，η越高

于是人們就考慮能否讓Q2不存在，這樣就可以產(chǎn)生一個η=100％的熱機，就可以產(chǎn)生另一種永動機，可以看到這種機械并不違反能量守恒定律，這一類永動機叫第二類永動機。第二類永動機：能從單一熱源吸收熱量全部用來做功而不引起其他變化的機械。

如果這一類永動機能夠制成，它就可以從外界諸如空氣、海洋、土壤等單一熱源中不斷地吸取能量，而對外做功。眾所周知在空氣和海洋中內(nèi)能是取之不盡的，這樣的話飛機不用帶油箱，輪船不用帶燃料。人們?yōu)榇俗龀隽嗽S多努力，做了大量的嘗試，但是第二類永動機始終還是沒能制成。伴隨著一次次的失敗，終于認識到第二類永動機是不可能制成的。這個結(jié)論是開爾文首先提出來的。

開爾文表述：不可能從單一熱源吸收熱量并把它全部用來做功，而不產(chǎn)生其他變化。即:第二類永動機是不可能制成的。

說明熱力學(xué)第二定律兩種表述形式實質(zhì)是一樣的，只是側(cè)重角度不同：

1、克勞修斯表述體現(xiàn)熱傳導(dǎo)的方向性

2、開爾文表述體現(xiàn)機械能和內(nèi)能之間轉(zhuǎn)化的方向性 能量耗散

引導(dǎo)學(xué)生閱讀46頁能量耗散的內(nèi)容并歸納出自然界中的能量有的便于利用而有的不便于利用，內(nèi)能作為能量發(fā)展的最終形式是沒有辦法把這些流散的內(nèi)能重新收集起來加以利用。

舉例：電能轉(zhuǎn)化為光能再轉(zhuǎn)化為內(nèi)能：烤火時高溫物體的內(nèi)能變?yōu)榈蜏匚矬w的內(nèi)能都是無法將散失的內(nèi)能重新再利用能量耗散是從能量轉(zhuǎn)化的角度反映出自然界中的宏觀過程具有的方向性。說明能量耗散不是能量損失，只是可便于利用的能量減少了。第四環(huán)節(jié)：強調(diào)“方向性”進行小結(jié)，使課堂難點、重點突出。

總結(jié)擴展：熱力學(xué)第二定律提示了有大量分子參與的宏觀過程的方向性，使得它成為獨立于熱力學(xué)第一定律的一個重要自然規(guī)律。

說明：不僅僅在物理上存在這種“方向性”，在其他領(lǐng)域也都存在。比如：化學(xué)中的不可逆反應(yīng);生物中的進化過程的不可逆都說明了這一點。

第五環(huán)節(jié)：思考練習(xí)：以簡答的形式來鞏固“方向性”和對熱力學(xué)第二定律內(nèi)容的理解。

第三篇：高二物理教案分子熱運動_能量守恒-能源與環(huán)境

能源與環(huán)境

玉屏名族中學(xué) 安力

(一)教學(xué)目標 1.知識與技能

（1）了解什么是常規(guī)能源，什么是新型能源（2）了解能源與人類生存環(huán)境的關(guān)系，使學(xué)生認識能源的合理利用與環(huán)境保護對可持續(xù)發(fā)展的重要意義

2.過程與方法

（1）通過指導(dǎo)學(xué)生分析事例，培養(yǎng)學(xué)生分析問題和理論聯(lián)系實際的能力（2）通過指導(dǎo)學(xué)生閱讀教材，培養(yǎng)學(xué)生的自學(xué)能力

(3)未來的能源應(yīng)該是安全、環(huán)保、高效的能源．對能源標準的討論，將有助于學(xué)生樹立有關(guān)能源的正確觀點 3.情感、態(tài)度與價值觀

（1）了解大量的能源消耗帶來的全球性環(huán)境問題（2）提高學(xué)生的節(jié)能、環(huán)保意識

（二）教學(xué)重難點

重點：

1、能源、常規(guī)能源、可再生能源的教學(xué)

2、能源和環(huán)境之間的關(guān)系

難點：能源和環(huán)境之間的關(guān)系

（三）教學(xué)過程

引入

熱力學(xué)第二定律告訴我們，很多與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程都是不可逆的。涉及內(nèi)能的能量轉(zhuǎn)化過程具有方向性，這在上一節(jié)已經(jīng)提到過了。在本節(jié)，我們討論這種方向性的現(xiàn)實意義。

一、能源

一段木料燃燒后化為灰燼，能夠釋放給我們所需要的能量。然而，灰燼卻不能立即被合成而成為一段木料。但是，我們至少可以將灰燼作為肥料施在一顆小樹苗上，促成它長成一段未來的木料，以供人類（可能是種樹、施肥者的子孫，也可能是別人的子孫）再次燃燒。

在這一人與資源的交互行為中，我們會發(fā)現(xiàn)，首先，能量轉(zhuǎn)化的方向性并沒有被破壞，也就是說，熱力學(xué)第二定律仍被得到尊重。其次，這將形成了一個循環(huán)，因為只要時間足夠，讓樹苗成長成為木料的數(shù)目大于我們?nèi)紵玖系臄?shù)目，它就不會破壞需求與資源的動態(tài)平衡關(guān)系。其三，在這個循環(huán)中，必須要有第三者參與——如果沒有太陽的光合作用，循環(huán)就終止了——所以人與資源（樹木）之間并不是“今天你給我，明天我還給你”的關(guān)系（我們與其說在燃燒樹木，還不如說是在利用儲存的太陽能）。其四，這種循環(huán)還有一種隱憂，那就是：灰燼“成為”樹木的速度要遠遠小于樹木變成灰燼的速度，表面的平衡是以內(nèi)部數(shù)量上的不平衡為代價的。

以上的四點中，第三點事實上已經(jīng)決定了循環(huán)“返回”過程的速度（不能由人類

操控），第二點和第四點則意味著人類的行為、世界觀對“平衡”能否被破壞有著直接的關(guān)系。

在工業(yè)化時代到來之前，人們過著田園牧歌式的生活，沒有電器、沒有汽車、沒有空調(diào)，人類使用大自然的資源只是為了滿足最基本的生活需求，因此，這種“平衡”沒有被破壞。

隨著工業(yè)化時代的到來，這種狀況立即顯現(xiàn)出危機，循環(huán)就要被終止了。于是，人們想到了地底下的資源：煤和石油。他們提供的能量很有用，燃燒的速度和效能和木材相差無幾。但是，形成煤和石油的速度比長成樹木的速度，就不能同日而語了！可以這樣說，人們自從使用煤的第一天起，就沒有想到一個可能形成循環(huán)的問題，更不用說什么平衡了。所以，煤和石油事實上是一種坐吃山空的資源：我們今天用得越多，我們的子孫將來可以使用的就越少。

在不久的將來，人們用完了所有的煤和石油，會怎么辦？這是一個令社會學(xué)家睡不安枕的問題。

然而，經(jīng)濟學(xué)家們卻不這樣看。經(jīng)濟學(xué)教授給學(xué)生們講課，出了這樣一個題目：地底下現(xiàn)有石油儲量X噸，近五年的開采量是Y噸/年，請預(yù)測石油將在多少年后被開采完？有的學(xué)生開始用計算器摁鍵：X/Y = ? ?這樣的學(xué)生被認為是經(jīng)濟學(xué)的盲者。教授的觀點是：永遠也開采不完。因為，隨著石油儲量的減少，開采的成本會加大，成本大于銷售價格時，市場規(guī)律決定了人們在也不會去開采石油了。此時石油存在事實已經(jīng)失去了利用價值，任它在地底下沉睡多少年也和我們沒有關(guān)系了。

那么人們會使用什么能源呢？巨大的市場潛力和利潤空間將驅(qū)使人們?nèi)パ芯恳环N石油的替代品。因此，能源的危機也就解決了。

是社會學(xué)家們悲天憫人，還是經(jīng)濟學(xué)家們盲目樂觀？這需要我們冷靜地去判斷。至少，以下的一些事實可以顯示，這兩派觀點都有一定的道理——

世界上石油儲量最大的中東地區(qū)一直是發(fā)達國家關(guān)注的焦點，外交、軍事莫不圍繞著這片從地表上看毫無魅力的區(qū)域打轉(zhuǎn)。世界警察（美國）和他的隨從們最愿意去管中東的事情：兩次海灣戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭等等?說明能量消耗巨大的富國們對石油的心痛程度。

令以一方面，“替代品”——新能源的研發(fā)、形式層出不窮。

1、水能：水作為能量的載體，被太陽能驅(qū)動地球上三棲（水、陸、空）循環(huán)。地表水的流動時，在落差大、流量大的地區(qū)，形成可利用的水能資源。目前世界上水力發(fā)電還處于起步階段。

2、海洋能：由于地球受月球和太陽引力的周期性不均衡，海水發(fā)生非氣候性的漲潮和落潮現(xiàn)象，形成潮汐。潮汐蘊含著巨大能量，既可以用來推動機械裝置，又可以用來發(fā)電。

此外，由于海水表層和深層間的存在很大的溫差，利用這種溫差也可以發(fā)電（*因為水的沸點與氣壓有關(guān)，如果建造一個裝置，用抽真空的方法使表層的海水在20攝氏度時汽化，并推動汽輪機，再將深層的冷水提上來使蒸汽冷卻，如此周而復(fù)始，就可以發(fā)電了。除這種方法外，還可以用低沸點的流體如丙烷和氨來作為熱機的工作介質(zhì)）。法國已經(jīng)建成了世界上第一座溫差發(fā)電站，發(fā)電容量為14,000kW。

3、風(fēng)能：利用風(fēng)的機械能發(fā)電，風(fēng)能是一種重要的自然能源。據(jù)有關(guān)專家估算，在全球邊界層內(nèi)的總能量為1.3×1015瓦，一年中約為1.4×1016千瓦時電力的能量，相當于目前全世界 每年所燃燒能量的3000倍。其中1/10為可取用的極限量。

風(fēng)能的優(yōu)點是：總能量巨大，利用簡單、無污染、可再生。缺點是：能量密度低（當流速同為3米/秒時，風(fēng)力的能量密度僅為水力的1/1000）、不穩(wěn)定性大，連續(xù)性、可靠性差，時空分布不均勻。

4、生物質(zhì)能：利用厭氧微生物在密閉條件下分解（廢棄）有機物，產(chǎn)生沼氣，沼氣具有很高的熱值，燃燒后生成二氧化碳和水，不污染空氣，不危害農(nóng)作物和人畜健康。生成沼氣的原料本身就是各種廢棄物，生產(chǎn)過程可以減少（有機物）垃圾的數(shù)量。

在農(nóng)村到處可以看到許多生物質(zhì)的廢棄物，如人畜糞便、秸稈、雜草和不能食用的果蔬，等等。將這些廢棄物收集起來，經(jīng)過細菌發(fā)酵可以產(chǎn)生沼氣，用沼氣做燃料和照明，也可以發(fā)電。

5、太陽能：太陽能是一種可廣泛利用的清潔能源。我們目前的利用方式主要是兩種——

一是將陽光聚焦，將光能轉(zhuǎn)化為熱能（傳說阿基米德就曾經(jīng)利用聚光鏡反射陽光，燒毀了來犯的敵艦）。在日照充分的地方，人們在生產(chǎn)和生活中已大量使用太陽灶、干燥器和太陽能熱水器（太陽能熱水器的構(gòu)造要簡單的多。因為不需要它產(chǎn)生太高的溫度。在大多數(shù)情況下，可以將太陽能熱水器的集熱器制成箱式、蛇型管式、直管式、平板式或枕式，通過管道與水源和儲水箱相連。太陽能熱水器在我國北方比較常見）。

二是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，再用化學(xué)能發(fā)電。比較常見的光電池是硅電池（它能將13%-20%的日光能轉(zhuǎn)化為電能）。許多電子計算器和其他小型電子儀器現(xiàn)在已經(jīng)采用太陽能電池供電，人造衛(wèi)星和宇宙飛船更是主要依靠太陽能電池來提供電力。

但是陽光在達到地面以前要經(jīng)過大氣的反射、散射和吸收，能量損失較大，加上陰天、晝夜變化和雨雪等降水過程的影響，目前地面上利用日光發(fā)電受到一定限制。

無論是生物質(zhì)能、風(fēng)能，還是水力、溫差和潮汐能，歸根結(jié)底都是太陽能的轉(zhuǎn)化形式。即使礦物燃料，也是通過生物的化石形式保存下來的億萬年以前的太陽能。

6、地?zé)崮埽河玫責(zé)岵膳?、將地?zé)嵊糜谵r(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)等，在全世界范圍內(nèi)受到關(guān)注。（從直接利用地?zé)岬囊?guī)模來說，最常用的是地?zé)崴茉?，占總利用量?/3以上，其次是地?zé)崴B(yǎng)殖和種植約占20%，地?zé)岵膳s占13%，地?zé)崮芄I(yè)利用約占2%）。

利用地?zé)崮?，占地很少，無廢渣、粉塵污染，用后的棄（尾）水既可綜合利用，又可回注到地下儲層，達到增加壓力、保護儲層、保護地?zé)豳Y源的雙重目的。*據(jù)美國地?zé)豳Y源委員會（GRC）1990年的調(diào)查，世界上18個國家有地?zé)岚l(fā)電，總裝機容量5827.55兆瓦，裝機容量在100兆瓦以上的國家有美國、菲律賓、墨西哥、意大利、新西蘭、日本和印尼。我國的地?zé)豳Y 源也很豐富，但開發(fā)利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省區(qū)。除以上利用外，從熱水中還可提取鹽類、有益化學(xué)組分和硫磺等。

7、核能：鈾在自然界中有三種放射性同位素：U235、U238、U234，在衰變過程中放出熱量。在軍事上鈾主要用來制造核武器和核動力燃料。鈾的和平用途十分廣泛，其

中最主要的是用作核電反應(yīng)堆的燃料。

由于核電具有發(fā)電成本低、對環(huán)境污染小和安全等優(yōu)點，世界各國，尤其是工業(yè)發(fā)達的國家和地區(qū)都大力發(fā)展核電，估計到2000年核電將達到世界總發(fā)電量的25%左右。我國已建成秦山、大亞灣核電站，目前還有多處正在籌建。

鈾裂變時產(chǎn)生的同位素及其射線，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中有廣泛的用途。例如，在工業(yè)上利用射線實現(xiàn)生產(chǎn)自動控制，無損傷檢查等；在農(nóng)業(yè)上利用射線培育良種，防止病蟲害等；在醫(yī)學(xué)上用于滅菌消毒，臨床診斷及治療；在地質(zhì)勘探工作中用來找礦等等。

從種種跡象看來，能源危機的解決也許并不是難事。但這是不是就意味著人類可以高枕無憂呢？答案是否定的——

二、環(huán)境

可以說，自打人類尋找到木材的替代品——煤和石油開始，就已經(jīng)意識到了“替代”絕不就是“等同”。我們前面說過，木料的灰燼能夠作為肥料施在小樹下，這樣就促進了循環(huán)的完整與良性發(fā)展，而煤渣并不能做到這一點。也許學(xué)過化學(xué)的我們會說，煤和石油的衍生物也可以制成肥料，但是，請大家不要忘了，木料的灰燼可以被大自然“照單全收”地降解、燃燒的二氧化碳也是植物（新樹苗）呼吸作用的必須，可煤燃燒的廢渣、石油的衍生物（塑料等）卻不能或很難被降解，他們?nèi)紵膹U氣（二氧化硫等）是天怨人怒的有害物質(zhì)（石油燃燒的廢氣還是城市人們致癌的罪魁禍首）。所以說，垃圾問題、大氣問題，共同構(gòu)成了——環(huán)境問題。

在新的能源中，環(huán)境問題是不是徹底解決了呢？從前面介紹的1~6種能源中，人們確實充分考慮了這個問題，理論上是不會有環(huán)境問題的。但是，不知大家注意到了沒有，它們都會受自然條件和資源條件的制約（沒有風(fēng)，風(fēng)車能轉(zhuǎn)嗎？太陽能需要面積，你能把熱效應(yīng)管架在別人的房子上去嗎？潮汐能需要海岸線的長度，你去侵略別人的海域嗎？）。隨著人們需求的增長，可以說，這前6能源的供應(yīng)量必然不能滿足要求，所以第7種能源成為人們關(guān)注的焦點：核能（因為它有一個突出的優(yōu)點，那就是能量巨大）。在發(fā)達國家，核能的使用量日益增多?但是，核能的直接或潛藏的環(huán)境問題比煤合石油的要嚴重得多?

人類要在以上問題中尋求一種協(xié)調(diào)與和諧，在調(diào)整需求意識、珍惜資源、科研開發(fā)等多個方面都有工作要做。無論今后大家會致力于哪一方面的工作，今天的意識形成都會大有必要。

三、小結(jié)

本節(jié)我們介紹了能源于環(huán)境的問題，通過介紹，希望大家能夠了解：

1、能量和能源是兩回事；

2、非再生能源和可再生能源是兩回事；

3、人類不能打破與環(huán)境的和諧，破壞環(huán)境等于摧毀自己的生存家園。

（四）作業(yè) 閱讀教材；

《優(yōu)化設(shè)計》P68“同步練習(xí)”部分，做在書上。

第四篇：高二物理教案分子熱運動 能量守恒-能源與環(huán)境

§11~7 能源＆環(huán)境

【教學(xué)目的】

1、了解什么是能源，什么是常規(guī)能源，知道常規(guī)能源的儲量和人類需求的矛盾

2、了解常規(guī)能源的使用和環(huán)境污染方面的關(guān)系

3、了解哪些是清潔能源，哪些是可再生能源 【教學(xué)重點】

1、能源、常規(guī)能源、可再生能源的教學(xué)

2、能源和環(huán)境之間的關(guān)系 【教學(xué)難點】

能源和環(huán)境之間的關(guān)系 【教具】

投影儀 【教學(xué)過程】

○、引入

熱力學(xué)第二定律告訴我們，很多與熱現(xiàn)象有關(guān)的物理過程都是不可逆的。涉及內(nèi)能的能量轉(zhuǎn)化過程具有方向性，這在上一節(jié)已經(jīng)提到過了。在本節(jié)，我們討論這種方向性的現(xiàn)實意義。

一、能源

一段木料燃燒后化為灰燼，能夠釋放給我們所需要的能量。然而，灰燼卻不能立即被合成而成為一段木料。但是，我們至少可以將灰燼作為肥料施在一顆小樹苗上，促成它長成一段未來的木料，以供人類（可能是種樹、施肥者的子孫，也可能是別人的子孫）再次燃燒。

在這一人與資源的交互行為中，我們會發(fā)現(xiàn)，首先，能量轉(zhuǎn)化的方向性并沒有被破壞，也就是說，熱力學(xué)第二定律仍被得到尊重。其次，這將形成了一個循環(huán)，因為只要時間足夠，讓樹苗成長成為木料的數(shù)目大于我們?nèi)紵玖系臄?shù)目，它就不會破壞需求與資源的動態(tài)平衡關(guān)系。其三，在這個循環(huán)中，必須要有第三者參與——如果沒有太陽的光合作用，循環(huán)就終止了——所以人與資源（樹木）之間并不是“今天你給我，明天我還給你”的關(guān)系（我們與其說在燃燒樹木，還不如說是在利用儲存的太陽能）。其四，這種循環(huán)還有一種隱憂，那就是：灰燼“成為”樹木的速度要遠遠小于樹木變成灰燼的速度，表面的平衡是以內(nèi)部數(shù)量上的不平衡為代價的。

以上的四點中，第三點事實上已經(jīng)決定了循環(huán)“返回”過程的速度（不能由人類操控），第二點和第四點則意味著人類的行為、世界觀對“平衡”能否被破壞有著直接的關(guān)系。

在工業(yè)化時代到來之前，人們過著田園牧歌式的生活，沒有電器、沒有汽車、沒有空調(diào)，人類使用大自然的資源只是為了滿足最基本的生活需求，因此，這種“平衡”沒有被破壞。

隨著工業(yè)化時代的到來，這種狀況立即顯現(xiàn)出危機，循環(huán)就要被終止了。于是，人們想到了地底下的資源：煤和石油。他們提供的能量很有用，燃燒的速度和效能和木材相差無幾。但是，形成煤和石油的速度比長成樹木的速度，就不能同日而語了！可以這樣說，人們自從使用煤的第一天起，就沒有想到一個可能形成循環(huán)的問題，更不用說什么平衡了。所以，煤和石油事實上是一種坐吃山空的資源：我們今天用得越多，我們的子孫將來可以使用的就越少。

在不久的將來，人們用完了所有的煤和石油，會怎么辦？這是一個令社會學(xué)家睡不安枕的問題。然而，經(jīng)濟學(xué)家們卻不這樣看。經(jīng)濟學(xué)教授給學(xué)生們講課，出了這樣一個題目：地底下現(xiàn)有石

油儲量X噸，近五年的開采量是Y噸/年，請預(yù)測石油將在多少年后被開采完？有的學(xué)生開始用計算器摁鍵：X/Y = ? ?這樣的學(xué)生被認為是經(jīng)濟學(xué)的盲者。教授的觀點是：永遠也開采不完。因為，隨著石油儲量的減少，開采的成本會加大，成本大于銷售價格時，市場規(guī)律決定了人們在也不會去開采石油了。此時石油存在事實已經(jīng)失去了利用價值，任它在地底下沉睡多少年也和我們沒有關(guān)系了。

那么人們會使用什么能源呢？巨大的市場潛力和利潤空間將驅(qū)使人們?nèi)パ芯恳环N石油的替代品。因此，能源的危機也就解決了。

是社會學(xué)家們悲天憫人，還是經(jīng)濟學(xué)家們盲目樂觀？這需要我們冷靜地去判斷。至少，以下的一些事實可以顯示，這兩派觀點都有一定的道理——

世界上石油儲量最大的中東地區(qū)一直是發(fā)達國家關(guān)注的焦點，外交、軍事莫不圍繞著這片從地表上看毫無魅力的區(qū)域打轉(zhuǎn)。世界警察（美國）和他的隨從們最愿意去管中東的事情：兩次海灣戰(zhàn)爭、伊拉克戰(zhàn)爭等等?說明能量消耗巨大的富國們對石油的心痛程度。

令以一方面，“替代品”——新能源的研發(fā)、形式層出不窮。

1、水能：水作為能量的載體，被太陽能驅(qū)動地球上三棲（水、陸、空）循環(huán)。地表水的流動時，在落差大、流量大的地區(qū)，形成可利用的水能資源。目前世界上水力發(fā)電還處于起步階段。

2、海洋能：由于地球受月球和太陽引力的周期性不均衡，海水發(fā)生非氣候性的漲潮和落潮現(xiàn)象，形成潮汐。潮汐蘊含著巨大能量，既可以用來推動機械裝置，又可以用來發(fā)電。

此外，由于海水表層和深層間的存在很大的溫差，利用這種溫差也可以發(fā)電（*因為水的沸點與氣壓有關(guān)，如果建造一個裝置，用抽真空的方法使表層的海水在20攝氏度時汽化，并推動汽輪機，再將深層的冷水提上來使蒸汽冷卻，如此周而復(fù)始，就可以發(fā)電了。除這種方法外，還可以用低沸點的流體如丙烷和氨來作為熱機的工作介質(zhì)）。法國已經(jīng)建成了世界上第一座溫差發(fā)電站，發(fā)電容量為14,000kW。

3、風(fēng)能：利用風(fēng)的機械能發(fā)電，風(fēng)能是一種重要的自然能源。據(jù)有關(guān)專家估算，在全球邊界層內(nèi)的總能量為1.3×1015瓦，一年中約為1.4×1016千瓦時電力的能量，相當于目前全世界 每年所燃燒能量的3000倍。其中1/10為可取用的極限量。

風(fēng)能的優(yōu)點是：總能量巨大，利用簡單、無污染、可再生。缺點是：能量密度低（當流速同為3米/秒時，風(fēng)力的能量密度僅為水力的1/1000）、不穩(wěn)定性大，連續(xù)性、可靠性差，時空分布不均勻。

4、生物質(zhì)能：利用厭氧微生物在密閉條件下分解（廢棄）有機物，產(chǎn)生沼氣，沼氣具有很高的熱值，燃燒后生成二氧化碳和水，不污染空氣，不危害農(nóng)作物和人畜健康。生成沼氣的原料本身就是各種廢棄物，生產(chǎn)過程可以減少（有機物）垃圾的數(shù)量。

在農(nóng)村到處可以看到許多生物質(zhì)的廢棄物，如人畜糞便、秸稈、雜草和不能食用的果蔬，等等。將這些廢棄物收集起來，經(jīng)過細菌發(fā)酵可以產(chǎn)生沼氣，用沼氣做燃料和照明，也可以發(fā)電。

5、太陽能：太陽能是一種可廣泛利用的清潔能源。我們目前的利用方式主要是兩種—— 一是將陽光聚焦，將光能轉(zhuǎn)化為熱能（傳說阿基米德就曾經(jīng)利用聚光鏡反射陽光，燒毀了來犯的敵艦）。在日照充分的地方，人們在生產(chǎn)和生活中已大量使用太陽灶、干燥器和太陽能熱水器（太陽能熱水器的構(gòu)造要簡單的多。因為不需要它產(chǎn)生太高的溫度。在大多數(shù)情況下，可以將太陽能熱水器的集熱器制成箱式、蛇型管式、直管式、平板式或枕式，通過管道與水源和儲水箱相連。太陽能熱水器在我國北方比較常見）。

二是將太陽能轉(zhuǎn)化為化學(xué)能，再用化學(xué)能發(fā)電。比較常見的光電池是硅電池（它能將13%-20%的日光能轉(zhuǎn)化為電能）。許多電子計算器和其他小型電子儀器現(xiàn)在已經(jīng)采用太陽能電池供電，人造衛(wèi)星和宇宙飛船更是主要依靠太陽能電池來提供電力。

但是陽光在達到地面以前要經(jīng)過大氣的反射、散射和吸收，能量損失較大，加上陰天、晝夜變化和雨雪等降水過程的影響，目前地面上利用日光發(fā)電受到一定限制。

無論是生物質(zhì)能、風(fēng)能，還是水力、溫差和潮汐能，歸根結(jié)底都是太陽能的轉(zhuǎn)化形式。即使礦物燃料，也是通過生物的化石形式保存下來的億萬年以前的太陽能。

6、地?zé)崮埽河玫責(zé)岵膳⒌責(zé)嵊糜谵r(nóng)業(yè)、水產(chǎn)養(yǎng)殖業(yè)、工業(yè)生產(chǎn)等，在全世界范圍內(nèi)受到關(guān)注。（從直接利用地?zé)岬囊?guī)模來說，最常用的是地?zé)崴茉?，占總利用量?/3以上，其次是地?zé)崴B(yǎng)殖和種植約占20%，地?zé)岵膳s占13%，地?zé)崮芄I(yè)利用約占2%）。

利用地?zé)崮?，占地很少，無廢渣、粉塵污染，用后的棄（尾）水既可綜合利用，又可回注到地下儲層，達到增加壓力、保護儲層、保護地?zé)豳Y源的雙重目的。*據(jù)美國地?zé)豳Y源委員會（GRC）1990年的調(diào)查，世界上18個國家有地?zé)岚l(fā)電，總裝機容量5827.55兆瓦，裝機容量在100兆瓦以上的國家有美國、菲律賓、墨西哥、意大利、新西蘭、日本和印尼。我國的地?zé)豳Y

源也很豐富，但開發(fā)利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省區(qū)。除以上利用外，從熱水中還可提取鹽類、有益化學(xué)組分和硫磺等。

7、核能：鈾在自然界中有三種放射性同位素：U235、U238、U234，在衰變過程中放出熱量。在軍事上鈾主要用來制造核武器和核動力燃料。鈾的和平用途十分廣泛，其中最主要的是用作核電反應(yīng)堆的燃料。

由于核電具有發(fā)電成本低、對環(huán)境污染小和安全等優(yōu)點，世界各國，尤其是工業(yè)發(fā)達的國家和地區(qū)都大力發(fā)展核電，估計到2000年核電將達到世界總發(fā)電量的25%左右。我國已建成秦山、大亞灣核電站，目前還有多處正在籌建。

鈾裂變時產(chǎn)生的同位素及其射線，在工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)和科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中有廣泛的用途。例如，在工業(yè)上利用射線實現(xiàn)生產(chǎn)自動控制，無損傷檢查等；在農(nóng)業(yè)上利用射線培育良種，防止病蟲害等；在醫(yī)學(xué)上用于滅菌消毒，臨床診斷及治療；在地質(zhì)勘探工作中用來找礦等等。

從種種跡象看來，能源危機的解決也許并不是難事。但這是不是就意味著人類可以高枕無憂呢？答案是否定的——

二、環(huán)境

可以說，自打人類尋找到木材的替代品——煤和石油開始，就已經(jīng)意識到了“替代”絕不就是“等同”。我們前面說過，木料的灰燼能夠作為肥料施在小樹下，這樣就促進了循環(huán)的完整與良性發(fā)展，而煤渣并不能做到這一點。也許學(xué)過化學(xué)的我們會說，煤和石油的衍生物也可以制成肥料，但是，請大家不要忘了，木料的灰燼可以被大自然“照單全收”地降解、燃燒的二氧化碳也是植物（新樹苗）呼吸作用的必須，可煤燃燒的廢渣、石油的衍生物（塑料等）卻不能或很難被降解，他們?nèi)紵膹U氣（二氧化硫等）是天怨人怒的有害物質(zhì)（石油燃燒的廢氣還是城市人們致癌的罪魁禍首）。所以說，垃圾問題、大氣問題，共同構(gòu)成了——環(huán)境問題。

在新的能源中，環(huán)境問題是不是徹底解決了呢？從前面介紹的1~6種能源中，人們確實充分考慮了這個問題，理論上是不會有環(huán)境問題的。但是，不知大家注意到了沒有，它們都會受自然條件和資源條件的制約（沒有風(fēng)，風(fēng)車能轉(zhuǎn)嗎？太陽能需要面積，你能把熱效應(yīng)管架在別人的房子上去嗎？潮汐能需要海岸線的長度，你去侵略別人的海域嗎？）。隨著人們需求的增長，可以說，這前6能源的供應(yīng)量必然不能滿足要求，所以第7種能源成為人們關(guān)注的焦點：核能（因為它有一個突出的優(yōu)點，那就是能量巨大）。在發(fā)達國家，核能的使用量日益增多?但是，核能的直接或潛藏的環(huán)境問題比煤合石油的要嚴重得多?

人類要在以上問題中尋求一種協(xié)調(diào)與和諧，在調(diào)整需求意識、珍惜資源、科研開發(fā)等多個方面都有工作要做。無論今后大家會致力于哪一方面的工作，今天的意識形成都會大有必要。

三、小結(jié)

本節(jié)我們介紹了能源于環(huán)境的問題，通過介紹，希望大家能夠了解：

1、能量和能源是兩回事；

2、非再生能源和可再生能源是兩回事；

3、人類不能打破與環(huán)境的和諧，破壞環(huán)境等于摧毀自己的生存家園。

四、作業(yè)布置

閱讀教材；

《優(yōu)化設(shè)計》P68“同步練習(xí)”部分，做在書上。【板書設(shè)計】

注意“教學(xué)過程”的灰色部分，即是板書計劃?！窘毯蟾小?/p>

純講座式的課很難控制速度，第一堂只“說”了23分鐘，第二堂加了一點板書，把網(wǎng)頁內(nèi)容機械的復(fù)述了一下，差不多35分鐘。是太激動了嗎？語言的潤色和激情的控制看來要動腦筋。

幾種“新能源”的準備不夠充分，沒有化為自己的語言，說來就很別扭。剛才化時間改了一下。調(diào)動學(xué)生的效果好象不是太好，有一種吃虧不討好的感覺。距自己的期望值有不小的距離。

第五篇：高二物理教案分子熱運動 能量守恒-分子間的相互作用力

11-3 分子間的相互作用力

【教學(xué)目的】

1、知道分子間同時存在引力和斥力，實際表現(xiàn)出來的分子力是引力和斥力的合力

2、知道分子力的引力、斥力和合力隨間距變化的規(guī)律

3、知道合力為零時的特殊值r0的數(shù)量級，知道合力趣于零時的分子間距是10 r0

4、能用分子力的規(guī)律解釋某些簡單的現(xiàn)象 【教學(xué)重點】

分子力的引力、斥力和合力隨間距變化的規(guī)律；用分子力規(guī)律解釋一些簡單的現(xiàn)象 【教學(xué)難點】

分子間同時存在引力和斥力的理解 【教具】

鉛塊、小刀 【教學(xué)過程】

○、引入

學(xué)生答問：

1、擴散現(xiàn)象能夠說明什么樣的問題？

2、大的布朗微粒和小的布朗微粒誰受到的分子撞擊力的合力較大？

前面介紹了分子動理論的兩個觀點，今天繼續(xù)學(xué)習(xí)第三個——

一、分子間存在相互作用力

理論論證：間隙→力的約束。

實驗證明：演示——兩塊鉛能夠被壓迫后粘在一起。學(xué)生上臺體驗…

正面介紹其它素材?（粉筆的筆跡能留在黑板上；膠水?）過渡：分子間的作用力的實質(zhì)是什么？

二、分子間同時存在引力和斥力

探討1：是不是由萬有引力引起？

相距4×10-10 m的兩個氦分子，萬有引力是7×10-42 N，但測量表明，其間的分子力是6×10-23 N，他們相差1019倍！

探討2：是不是彈力？

學(xué)生進行…

正面介紹：分子間的相互作用力是一種極其復(fù)雜的力，但從性質(zhì)（產(chǎn)生的根源）上來講，并不是一種基本力。它們是由組成一分子的電子及原子核與另一分子的電子及原子核相互作用而產(chǎn)生的。雖然每一個分子整體顯現(xiàn)電中性，但當它們距離很近時，分子之間的電荷相互作用力會使每個分子的正電、負電物質(zhì)的分布發(fā)生微妙的變化（可以理解為正電荷的“重心”和負電荷的“重心”不再重合；而且，距離越近，這種偏離就越嚴重），致使整體的合力不為零。計算表明，這種分析是合理。所以，分子力的實質(zhì)是電磁力。

分子力的復(fù)雜性不僅僅體現(xiàn)在實質(zhì)分析較難，還體現(xiàn)在另一個重要的事實：那就是，分子力同時存在引力和斥力。而我們通常感覺到的分子力則是引力和斥力的合力。

這一事實是怎么被檢測和發(fā)現(xiàn)的呢？這里我們不便介紹?，F(xiàn)在先介紹一下這兩種力、以及它們的合力的變化規(guī)律——

三、分子力跟分子間距的關(guān)系

板圖：教材P75圖11-6

1、引力圖象介紹；

2、斥力圖象介紹；

提問：這個圖象表明，引力函數(shù)和斥力函數(shù)各自是增函數(shù)還是減函數(shù)（提示：對于矢量，這里只能談大小的增減）？

學(xué)生：均為減函數(shù)。（補充介紹：它們是一個比較復(fù)雜的冪函數(shù)。）提問：除了方向外，這兩條圖線還有什么區(qū)別？ 學(xué)生：減小的幅度不同。（補充介紹：冪次方不同。）

3、合力圖象介紹。描點；特殊點的位置描述（標示在圖上：r0的數(shù)量級為10-10）?

提問：我們又該怎樣描述合力函數(shù)的增減性？ 學(xué)生：先減后增再減。（補充描述、板書：當r→10r0時，合力趣于零。）提問：方向變化若何？ 學(xué)生：排斥變?yōu)槲?/p>

這個合力的變化情況顯然比較復(fù)雜，但我們?nèi)绻鸵恍┫嚓P(guān)的事實聯(lián)系起來理解，就會發(fā)現(xiàn)這個規(guī)律的正確性——

事實1：固體或液體在常態(tài)下，既不會自發(fā)膨脹，也不會自發(fā)收縮… 事實2：當我們壓縮固體或液體時，會感到非常吃力… 事實3：當我們拉伸物體時，會感到吃力… 事實4：被拉斷的物體一般很難接上…

思考啟示：從某種程度來講，分子力合力的這種變化規(guī)律，有點象什么力的變化

學(xué)生：彈簧彈力。（說明：定量規(guī)律當然復(fù)雜得多。）

四、小結(jié)

本節(jié)我們學(xué)習(xí)了分子力、分子力的變化規(guī)律。通過學(xué)習(xí)，我們知道了分子力是一種極其特殊的力，象這樣性質(zhì)相同又會同時施加兩種作用的情形我們過去還沒有遇到過。而且，人們宏觀上的感受，必然只能感到分子力合力的效果。這就使得我們要記住分子力的特征很不容易。

五、作業(yè)布置

閱讀教材；

教材P76第（1）（2）（3）（4）上作業(yè)本；

《優(yōu)化設(shè)計》P61“夯實基礎(chǔ)”部分，做在書上?！景鍟O(shè)計】

注意“教學(xué)過程”的灰色部分，即是板書計劃?！窘毯蟾小?/p>

好，真的很好，一堂如此“邊緣”的物理課能夠上出這樣的感覺，非常不易。充分的準備是關(guān)鍵。對“變化規(guī)律”的挖掘程度很合適，事實的調(diào)用方面，分量也很恰當。學(xué)生能積極地反映，和諧地完成教與學(xué)的合作，整個課堂活躍、融洽。

板書很少，但是少得有理、少得有力。

演示實驗很費力，第二堂差一點沒做成，上臺的學(xué)生也基本上都是失望而歸。這是一個遺憾，有不有改進的空間？