第十七章能源的开发和利用
第一节原子核的组成
(一)教学目的
1.常识性了解射线的应用,强射线对人体的危害及防护。
2.常识性了解原子核的组成。
3.进行物理学研究方法的启蒙教育。
(二)教具
录像机,监视器,原子弹和氢弹爆炸的录像剪辑。(若没有上述器材可用原子弹、氢弹爆炸的挂图代替)
(三)教学过程
1.引入新课
教师:为了打破核垄断,抵制核讹诈,我国科技工作者自力更生、发奋图强,从1961年起自己进行核武器的研制,在党中央的亲切关怀下,全国一盘棋,用了短短4年时间就完成了研制工作,并于1964年10月16日成功地爆炸了第一颗原子弹。
播放录像:我国第一颗原子弹爆炸的实况。
教师:这是我国第一颗原子弹试爆的实况,其威力超过了第二次世界大战期间美国在日本广岛上空爆炸的原子弹。紧接着于1967年6月17日又成功地爆炸了第一颗氢弹,完成了其他国家要十几年或几十年才能做完的工作。
播放录像:我国第一颗氢弹试爆实况。
这是我国试爆第一颗氢弹的情况,与原子弹相比,氢弹所用的燃料更少,而威力则比原子弹大很多。
(若没有录像设备,就出示挂图,指着原子弹爆炸后形成的蘑菇云问学生:你们知道这是什么吗?然后教师再介绍上述情况)
原子弹和氢弹为什么会具有这么大的威力呢?因为它们都利用了核能。我们知道化学能是在原子发生变化时放出的能量,而核能是在原子核发生变化时放出的能量。为了了解核能,先要知道原子核的组成情况。
2.进行新课
板书课题:〈第二节原子核的组成〉
(1)电子的发现和放射性现象的发现
教师:我们已经学过,物质是由分子、原子构成的,原子已经是很小很小的微粒了,其直径只有10-10米,所以在十九世纪以前,人们一直认为原子是不可再分的中性粒子。1897年英国物理学家汤姆生在研究阴极射线时发现了电子,而电子比原子小得多,因而人们才认识到原子内部还有结构。
板书:〈电子的发现把人们带入了原子内部的世界〉
在同一时期人们还发现了天然放射现象,对放射性现象的进一步研究,人们认识到原子核内部还有结构,原子核由比它更小的粒子组成。可见人类对客观世界的认识是没有止尽的。我们先来学习放射性现象。
板书:〈放射性现象的发现把人们带入了原子核内部的世界〉
(2)放射性现象
①什么是放射性现象?
教师边写边说:像铀(U)、钋(Po)、镭(Rα)等元素能自发地放出一些人眼看不见的、能穿透黑纸使照相底片感光的射线,这种现象叫放射性现象。这些元素叫放射性元素。
②射线究竟是什么?
教师:在放射性现象中放出的射线是什么东西呢?它们除了能穿透黑纸使照相底片感光的性质以外,还有些什么性质?比如:这些射线带不带电呢?为了了解它们的性质,还得通过实验。
教师:我们做什么样的实验,才能判断它们带不带电呢?(放射性现象中放出的射线若是带电的,射线在磁场中将像通电导体那样发生偏转,由偏转的方向和磁体的N、S极位置还可判断射线带的是什么电。)
教师:我们利用已经掌握的知识可以去探索还不知道的现象和规律,最基本的研究方法是通过实验。把放射性元素装在一个壁很厚的铅盒里(射线穿不透),在盒壁上有一个小孔,放射线可由此孔射出,然后把它们放到两个很强的磁极之间,再用照相底片把射线的轨道记录下来。从照相底片上看到,放射线分成了三束,其中两束向相反方向偏转,说明这两束射线带异种电荷;中间一束偏转,说明它不带电,是中性的。
这三种射线有哪些性质呢?它们的实质是什么呢?
板书:〈射线由两种带异种电荷的粒子和一种不带电的中性粒子组成〉
(3)三种射线
①α射线
根据射线的偏转方向和磁场方向的关系可以确定,偏转较小的一束由带正电荷的粒子组成,我们把它叫做α射线,α射线由带正电的α粒子组成。科学家们研究发现每个α粒子带的正电荷是电子电荷的2倍,α粒子质量大约等于氦原子的质量。进一步研究表明α粒子就是氦原子核。
板书:〈α射线的实质就是高速运动的氦核流〉
由于α粒子的质量较大,所以α射线的穿透本领最小,我们用一张厚纸就能把它挡住。
②β射线
与α射线偏转方向相反的那束射线带负电荷,我们把它叫做β射线。研究发现β射线由带负电的粒子(β粒子)组成。进一步研究表明β粒子就是电子。
板书:〈β射线的实质就是高速运动的电子流〉
实验还表明,β射线的穿透本领较强,很容易穿透黑纸,还能穿透几厘米厚的铝板。
③γ射线
中间不发生偏转的那束射线叫做γ射线,研究表明,γ射线的实质是一种波长极短的电磁波,它不带电,是中性的。
板书:〈γ射线是一种电磁波〉
γ射线的穿透本领极强,一般薄金属板都挡不住它,它能穿透水泥墙和几厘米厚的铅板。
(4)γ射线的应用和防护
由于γ射线穿透性极强,照到动、植物上还能对细胞发生生物化学作用,因此在工业、农业和医学上都有重要应用。在工业上可用它作金属探伤,或检查金属板的厚度。例如,飞机、火车、轮船上的主轴是用钢材锻压而成的,里面有没有砂眼或裂缝呢?以前是用破坏法抽样检查的,可靠性差,又浪费材料,现改用γ射线来探查,准确度高,又不损耗材料;在农业上用γ射线来适当照射种子,能使农作物增产,还能增强某些作物的抗病能力,改良农作物的品质;在医学上还可用γ射线作放疗,医治恶性肿瘤。
事物总是一分为二的,γ射线能杀死癌细胞,也能杀死正常细胞,或使正常细胞癌变,因此在使用放射性元素时,要注意射线的防护,要防止放射性物质泄漏,以免对水源、空气和工作场所造成污染。
(5)原子核的组成
深入研究表明,放射性现象中放出的三种射线都是从放射性元素的原子核内释放出来的,这表明原子核也有内部结构。
原子核内究竟还有什么结构?原子核又是由什么粒子组成的呢?这是个很复杂的问题,直到目前原子核内部的细微组成情况仍是科学研究的尖端项目之一。现在我们只是粗浅地、简单地介绍原子核内部的基本组成情况。
①英国物理学家卢瑟福在1919年做核反应时发现了质子,经过研究证明,质子带正电荷,其电量和一个电子的电量相同,它的质量等于一个电子质量的1836倍。进一步研究表明,质子的性质和氢原子核的性质完全相同,所以质子就是氢原子核。
②1932年英国物理学家查德威克又发现了中子,通过研究证明中子的质量和质子的质量基本相同,但是不带电,是中性粒子。在对各种原子核进行的实验中,发现质子和电子是组成原子核的两种基本粒子。
板书:〈原子核是由质子和中子组成的〉
现在我们已经知道:氢原子核(H)最简单,它就是一个质子,核外有一个电子绕着它转;氦原子核(He)是由2个质子和2个中子组成的,核外有2个电子绕着它转;锂原子核(Li)是由3个质子和4个中子组成的,核外有3个电子分两层绕着它转;铍原子核(Be)由4个质子和5个中子组成,核外有4个电子分两层绕着它转……同学们可以发现一个规律:
板书:〈各种原子核内质子的个数(核的电荷数)和核外电子的个数都相同,它也等于该种元素在元素周期表中的原子序数;原子核内质子和中子的总数叫做核的质量数,它等于该元素原子量的整数部分。〉
③在某种核反应中,一个中子变成一个电子和一个质子。这就是原子核内没有电子,又会放出电子,产生β射线的原因。
3.小结(略)
4.布置作业
阅读课本,了解放射性现象和原子核组成的基本情况。
能源与可持续发展1
能源与可持续发展1
第十六章能源与可持续发展比较与案例分析
一、知识点教学要求和内容标准的知识目标比较
知识点教学大纲(试用)对知识的教学要求教学大纲(修订本)对知识的教学要求课程标准中内容标准知识目标
原子和原子核常识性了解原子和原子核的组成知道原子和原子核的组成
*放射现象常识性了解射线的应用、强射线对人体的危害的防护了解核能的优点和可能带来的问题。
*核能常识性了解裂变反应和核能发电的大致情况
能的转化和守恒知道各种形式的能可以相互转化,转化过程中能量守恒知道各种形式的能可以相互转化,转化过程中能量守恒知道能量守恒定律。能举出日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析物理现象的意识。
通过能量的转化和转移,认识效率。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。
*能源的开发和利用常识性了解几种主要能源、节能的重要性、能源的开发利用和环境保护能通过具体事例,说出能源与人类生存和社会发展的关系。
能结合实例,说出不可再生能源和可再生能源的特点。
了解世界和我国的能源状况。对于能源的开发利用有可持续发展的意识。
二、实验、技能要求和内容标准科学探究的比较
教学大纲规定的演示实验和学生实验教学大纲对技能的教学要求课程标准中内容标准的科学探究和实验课程标准中内容标准的技能目标
原子和原子核(挂图)
射线(挂图)
射线的防护(挂图)
链式反应(挂图)
核电站(挂图)
热电站(挂图)
蓄能电站(挂图)
太阳能电站(挂图)
三、、变化部分逐条分析
1、增加了“能举出日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析物理现象的意识”。
分析:教学大纲对能的转化和守恒定律的教学要求是“知道各种形式的能可以相互转化,转化过程中能量守恒”,可以看出教学目标主要是从知识的角度来提出的。由于能量守恒定律是自然界中最普遍、最基本的定律之一,它是人类认识自然、改造自然的有力武器,所以课程标准对这部分内容提出了更高的要求,却增加了“能举出日常生活中能量守恒的实例。有用能量转化与守恒的观点分析物理现象的意识”。第一点要求属于“了解”水平,要求学生能从宏观的角度大致说明日常生活中有关能量守恒的实例即可。第二点要求属于“理解”水平,目的是进一步发展学生用能量转化与守恒的观点分析物理现象的意识。增加的这两点要求充分体现了STS的观点和强调与其他学科相联系的新课程理念。新教材在编写这部分内容时,首先让学生利用身边的器材完成一组小实验来讨论自然界各种现象的内在联系,体会能量之间的相互转化。然后介绍能量守恒定律。同时专门安排了科学世界栏目:向地球要热。让学生了解地热这种新能源以及人们如何利用地热供暖、发电,给人们的生活带来方便等。针对这部分内容的增加,新教材也增加了相应的创新性的练习和习题。如:
例1:释放化学能的过程不断地发生在你的体内。食物也是一种“燃料”,营养成分在人体细胞里与氧结合,提供细胞组织所需能量。这种过程没有火焰,但化学能同样可以转变为内能,因此人的体温保持在37℃左右。从能量守恒的角度说说,食物提供的化学能还转变为哪些能量?
人体摄入的能量(营养师称之为热量)过多、过少,都有损于健康。对于正在长身体的初中学生,每天应该摄入多少热量?应该如何调整饮食?查阅资料,进行调查,写一篇科学报告,并与同学交流。
例2:课本图155-5(P125)的构思图表现的是一种不需要耗用任何能量而能永远不停工作的机器---“永动机”。讨论一下,这种构思能够实现吗?
2、增加了“通过能量的转化和转移,认识效率。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”。
分析:这部分知识在教学大纲里没有作要求,原教材也没有编写这部分内容。但由于这部分知识与我们生活和社会联系非常紧密,课程标准对这部分知识提出了两点要求。第一点要求“通过能量的转化和转移,认识效率”属于“认识”水平层次,要求能通过生产生活中的一些常见实例,分析能量在转化和转移的过程中,有能量损耗,从而进一步从更广义的范围认识效率的概念。第二点要求“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”属于“初步了解”水平层次,强调在分析能量的转化和转移时,同时还要考虑方向性,说明分析物理现象时都是有规律可循的道理。新教材在处理这部分内容时,一是结合燃料的热值让学生讨论怎样提高各种热机及炉子的效率;二是让学生阅读、讨论人类历史上不断进行着的能源革命,使学生进一步认识到科技给人类带来的便利。三是通过具体实例让学生初步认识到能量的转化与转移是有方向性的。同时还安排了STS栏目:灾害----失控的能量释放。这些都充分体现了STS观点。针对这部分内容的增加,新教材也增加了相应的练习和习题。如:
例1:分析汽车(拖拉机)中燃料释放内能的去向,讨论提高效率的可能方法。
例2:调查本地历史上火灾发生的事例,从能量转化的角度分析其成因并讨论如何防止火灾。
例3:指出你生活中存在哪些浪费能源的现象,可以采取哪些节能措施?
3、将“常识性了解几种主要能源、节能的重要性、能源的开发利用和环境保护”变为“能通过具体事例,说出能源与人类生存和社会发展的关系”、“能结合实例,说出不可再生能源和可再生能源的特点”。
分析:这部分内容在教学大纲里是作为选学内容的,教学大纲的要求也是作为常识性了解,在实际教学中,学生只是作为外课阅读材料,教师不作任何说明和解释。随着能源问题在社会生活中越来越突出,课程标准提出了明确的要求。第一点属于“了解”水平层次,要求能通过具体事例,了解自然界有哪些能源,能说出人类开发和利用能源的历程与人类生活和社会发展的关系。体现了科学、技术和社会的紧密联系。第二点属于“理解”水平层次,要求通过不可再生能源和可再生能源的理解,了解人类所面临的能源危机,使学生有一种紧迫感,责任感。注重了学生情感态度与价值观的培养。新教材在处理这部分内容时,从“能源家庭”入手,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。在学生的练习和习题里也安排了相应的题目。如:
例1:调查自己家庭目前的能源使用状况和能源使用的变迁。必须说明使用了哪几种能源、每种能源的特点和类别、每种能源的计量单位及意义、每个月各种能源的大约使用量。
例2:结合实例说明不可再生能源和可再生能源的特点。
4、增加了“了解世界和我国的能源状况。对于能源的开发利用有可持续发展的意识”。
分析:这部分内容在大纲里没有作要求,原教材里也没有列出来。课程标准明确提出了两点要求。第一是要求“了解世界和我国的能源状况”,属于“了解”水平层次,要求学生通过具体的资料和事实,来了解我国和世界的能源状况,我国发展能源的方针和对策。第二是要求“对于能源的开发利用有可持续发展的意识”,属于“体验性目标的“领悟”水平层次,要求学生要关心科学发展前沿,具有可持续发展的意识,树立科学的世界观,有将科学服务于人类的使命感与责任感。充分体现了从物理走向社会的基本课程理念。新教材在编写这部分内容时,一是介绍了21世纪的能源趋势;二是结合实例让学生分析说明能源消耗对环境的影响;三是让学生讨论怎样探索和使用未来的理想能源。课后的练习和习题也安排了一些创新性的题目。如:
例1:你认为风能、太阳能、核能……以及你所想到的可能的能源,哪些有可能成为今后的理想能源?
例2:调查你周围使用能源中的不安全因素及其对环境的影响,提出几种可行的改进措施。
例3:科学作文:能源与我们的生活。
能源与可持续发展3
能源与可持续发展3
节能教案示例之一
(一)教学目的
1.知道能源利用率的概念.
2.了解解决能源问题的两条途径——开发新能源和提高能源利用率.
3.知道能源问题的最终解决要靠科学技术的进步,激发学生努力向上的精神.
(二)教学过程
1.引入新课
教师:我们学习热机的时候提出过一个概念叫热机的效率,同学们还记得它的含意吗?
学生:在热机里用来做有用功的那部分能量和燃料完全燃烧所放出的能量之比叫做热机的效率.
教师:回答正确.我们知道煤燃烧放出热量的过程是碳和氧反应生成二氧化碳的过程,那么一般情况下放入炉膛的煤能不能完全燃烧光呢?
学生:不能,总会留下没有烧透的煤碴.
教师:对,我们在利用燃料时,一部分被有效利用了,还有一部分没被利用就扔掉了;那么被有效利用的燃料放出的内能能全部被有效利用吗?同学们在学习内燃机时知道,内燃机在工作时能不能把汽油或柴油燃烧时放出的内能全部变成机械能呢?
学生:不能,还有相当一部分内能被排出的废气带走了,内燃机的效率只有20~40%.
教师:回答得很好.由此可见,能源在利用时,能够有效利用的能量只占其中的一部分,还有相当一部分未被利用而散失了,所以我们要想办法提高能量的有效利用部分,减少未被利用的部分.这就是今天我们要学习的内容.
2.进行新课
板书:<第六节节能>
(1)什么叫能源利用率
板书:<有效利用的能量占消耗的能源所含能量的比值叫做能源利用率.>
(2)提高能源利用率就可以节约能源的消耗
教师:以热机为例,有效利用的能量仅为用来做有用功的那部分内能,如果能把从内燃机中排出的废气带走的热量也利用起来,从整体来讲也就提高了能源的利用率了.
板书:<提高能源利用率可以减少能源的消耗>
教师:我国目前总的能源利用率只有30%,比发达国家的50%还有很大差距,如果我国能把能源利用率提高到50%,按1989年的数据计算,每年就可节约标准煤3.8亿吨,这是个多么大的数字啊!所以节省能源消耗,既可提高经济效益,又能缓解能源紧张局面,意义是十分巨大的.
(3)提高能源利用率要靠科学技术的进步
教师:在热机那一章的学习中,同学们已经知道,使用蒸汽机的效率只有10%左右,后来发明了内燃机,效率提高到30%以上.从火电站到热电站,能源利用率从30%提高到50%以上.采用超高压送电,大大减少了输电线上的能量损失,又等于提高了能源的利用率.
板书:<能源利用率的提高离不开科学技术的进步.>
(4)我国挣取的节能措施
请同学阅读该节课文第5自然段,然后共同总结,并板书:
<1.把火电站改成热电站.
2.把分散供热改为集中供热.
3.开发节能新产品,淘汰能耗高的旧产品.>
教师:同学们可以算一笔帐:如果把60瓦的白炽灯都换成11瓦的小高效节能灯(亮度相当),那么消耗的电能将是原来的百分之几呢?从这里可以看到淘汰老、旧设备,开发节能新产品,在节能上的潜力是很大的.目前我国正在进行社会主义四个现代化建设,能源的需求量很大,而能源的供应往往跟不上生产发展的需要,所以每个人都要提高节能意识,从自己做起,从家庭、学校做起.节约能源消耗,也是为祖国建设做贡献.
(5)全章结束语
①要开发利用新能源
教师:能源问题,关系到人类的衣食住行,关系到国家的兴旺发达,关系到社会的繁荣和进步,随着社会的发展,人类对能源的需求必将越来越大,更多地开发利用能源,就成为关系到人类生存发展的重大社会问题.人类现在还不能利用可挖核聚变的能量,随着科学技术的进步,一旦可挖核聚变能够很方便地实现,可以说将永远地解决人类的能源需求了.因为核聚变使用的原料氘,储量非常丰富,1升海水中就含有0.03克氘,经计算:1升海水中的氘聚变释放的核能相当于300升汽油燃烧时放出的能量.地球上的水总共含有约40多万亿吨氘,假如这些氘的1%作为核聚变的燃料,按现在的能源消耗计算,就足以满足全世界几亿年对能源的需求,所以只此一项就足够人类使用了.何况现在人类对太阳能的利用规模还很小,如果找到了光电转换效率高的材料和技术,人们可以大规模地直接利用太阳能来发电,这也是一个诱人的前景.
②科学技术的进步,会使能源的开发和利用出现新局面
随着科学技术的进步,今天还不能充分利用的能源,明天可能会发现一种新方法而利用得更充分;另外今后也还会发现更加巨大的新能源,这些都不是不可能实现的幻想.世世代代的中外科学家、发明家、工程师为人类开发利用能源已经做出了巨大的贡献,人类还一直在不断发现、不断前进.在座的同学们都是21世纪的建设者,希望同学们将来在能源问题上,或在其他科学技术问题上能够大显身手,为祖国的四个现代化,为人类的进步作出重大的贡献.
3.布置作业
阅读课本:了解提高能源利用率的有关问题,提高学习科学知识的兴趣和认识.
节能教案示例之二
(一)教学目的
1.常识性了解什么是能源利用率.
2.常识性了解节能的重要性、紧迫性,明确节能是每个公民的职责,自觉树立节能意识,培养节能的良好习惯.
3.常识性了解人类从根本上解决能源问题的出路是依靠科学技术进步.
(二)教学过程
1.指导学生自学教材
告诉学生,这节课主要采取自学教材和分组讨论的方式来学习节约能源的问题.要求学生在自学中就下面板书的几个问题做好参加讨论的准备.
板书:
(1)举例说说什么叫能源利用率?
(2)提高能源利用率、节约能源的重要性?
(3)提高能源利用率、节约能源的根本措施是什么?
(4)人类从根本上解决能源问题的出路在哪里?
(5)如果每人一年节约用电1千瓦时,那么全国近12亿人一年节约的电能相当于多少吨标准煤完全燃烧放出的能量?(标准煤的燃烧值为2.93×10焦/千克)
2.学生阅读教材,教师巡视,了解学生阅读情况
3.组织学生分组讨论
4.由各组推出代表向全班汇报本组的讨沦结果
5.教师进一步归纳学生的讨论结果,进行这节课的总结
在总结中着重强调:
(1)节能的重要性和紧迫性.
由于目前人们使用的能源主要还是煤、石油和天然气,或者是由煤和石油转化而来的电能.因此,节约能源不仅能提高经济效益,缓解能源供应紧张的局面,而且能减少对环境的污染.例如,每节约1千瓦时电能,如用于工业生产,则可增加约8元的工业产值;而少烧1吨煤,则可少向大气中排放约20千克二氧化硫、440千克二氧化碳和15千克烟尘.可见,提高能源利用率、节约能源对促进国民经济发展和保护环境都有很重要的意义.
现在,我国的能源生产和供应情况与社会主义现代化建设的需求还有较大差距.据报纸公布的资料介绍:近几年,全国工农业生产因缺能而少创造的产值,每年都高达千亿元以上.另一方面,由于设备、技术、管理等各方面的原因,不少地方存在着高能耗、低效益的问题.例如,每生产1万块砖,大工厂的耗能量是0.87吨标准煤,而农村砖厂的耗能量则是1.05—3吨标准煤.据统计,我国人均能源资源的拥有量低于世界平均值,能源利用率低于发达国家,随着国民经济的发展和人民生活的改善,能源的需求量还要继续增加.因此,提高能源利用率、节约能源,对我国来说,是既重要又紧迫的事情.
(2)自觉树立节能意识,培养节能的良好习惯.
能源问题与我们每个人的生活息息相关.节能是利国利民、造福子孙的事情,而不仅仅是某个部门、某些人的事情.因此,每个人都要自觉树立节能意识,积极宣传节能的重大意义,培养节能的良好习惯,从节约1千瓦时电、1克煤、1滴油做起,那么,日久天长,就能为我国社会主义现代化建设做出应有的贡献.
6.布置作业
(6)调查了解本地开发和利用能源的情况.
(2)对学校、家庭提出节能的建议.
(三)设想、体会
1.根据九年义务教育初中物理教学大纲关于“常识性了解能源的开发利用和环境保护”的教学要求,本教案在强调节能可以提高经济效益、缓解能源供应紧张局面的同时,专门举出数据补充说明节能还可以减少环境的污染.
2.在教学中,注意联系我国国情,教育学生对待节能问题要有紧迫感.
3.这节课采取教师提示,学生自学教材和分组讨论,教师进一步归纳总结的方式.实践证明,这样做,既有利于学生抓住教材重点,对能源问题获得较深的印象,也有利于教师及时了解所教学生的实际认识和想法,以便按照大纲和教材的要求,有针对性地进行教学,提高普及能源常识教育的实效. 文章来源:http://m.jab88.com/j/5456.html
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