分子热运动 能量守恒（推荐5篇）

第一篇：分子热运动 能量守恒

分子热运动

能量守恒教案

课题

一、物体是由大量分子组成的 教学目的：

1.知道物体是由大量分子组成的.2.知道用袖膜法测定分子大小的原理.3.知道分子的球形模型，知道分子大小，质量的数量级.4.知道阿伏加德罗常数，理解它是联系微观世界和宏观世界的桥梁，记住它的数值及单位,会用这个常数进行有关的计算或估算.教具：课件1分子热运动，课件2水面上的单分子油膜的示意图 教学过程： ●引入新课

前面的课程我们研究的是力学内容，从这节课开始我们学习热学，这一章从微观和宏观的角度分别讲述了分子的运动情况，从初中学习过的分子运动，我们知道“物体是由大量分子组成的”，这节课咱们就来研究这个问题。[板书]

一、物体是由大量分子组成的 ●进行新课

给大家五分钟时间看书，然后利用十分钟时间对下列问题进行分组讨论.投影显示:

讨论问题:(生生互动)

1.分子动理论的基本内容是什么?

2.标准状况下，气体的摩尔体积是多少升?

3.分子直径的测量方法是什么?

4.什么叫数量级，分子直径及分子质量的数量级是多少?

5.阿伏加德罗常数的数值及单位分别是什么?

6.阿伏加德罗常数的物理意义是什么?

7.已知某物体质量m，摩尔质量M，阿伏加德罗常数NA，求此物体中所含分子数.8.已知某物体摩尔质量M，密度p及分子体积V，求阿伏加德罗常数NA.9.0.5g水中含有多少个水分子?

分组讨论完毕，教师提问学生再对上述问题共同讨论和解答（师生互动）.问题1.物体是由大量分子组成的，分子永不停息地做无规则运动，（演示课件1）分子间存在着相互作用力.物体是由大量分子组成的，所谓分子就是保持原物质化学性质的最小粒子，根据不同的物质组成，它包括分子、原子、离子等粒子.问题2

22.4L，问题3(以油酸为例演示课件2)，测出一滴油酸体积V，将油酸滴到水面上，油酸均匀地在水面上扩散开.并且浮在水面上，我们可以把油酸看作一个一个紧密排列的小球，它在水面上的面积为S，由于油酸在滴入水中前后体积未变，所以V=SD(D为油酸分子的直径)，则D=V/S.在讨论此问题时简要介绍如何测一滴油酸体积V及面积S的测量方法.对微观量的估算，首先要建立微观模型，对于液体和固体，可以把它们看成是分子一个挨一个紧密排列的微观模型.计算时把物质的摩尔体积分成NA个等份，每个等份就是一个分子若把分子看成小立方体.则每个等份就是一个小立方体.若把分子看成小球每一等份就是一个小球.由此可估算出每个分 子的体积和直径.问题4.例如5×lO5N，中1O5N即为数量级.问题5.阿伏加德罗常数为6.02×1023moi-1

问题6.它是联系微观世界和宏观世界的桥梁.问题7.N=NAm/M

问题8.NA=M/ρV分

问题9.N=nN=1.5×1023(个)

对于分子个数求法一般用N=nNA(n为摩尔数)，其中n=m/M(m为物体实际质量，M为该物质摩尔质量)或“n=u/V(u为物体实际体积，V为读物质摩尔体积)

●课堂小结(投影显示)

这节课主要掌握每个物体都是由大量分子组成的.分子的直径的数量级是l0-10m分子质量的数量级在1O-27kg一1O-26kg之间.会运用阿伏加德罗常数进行有关计算.其中分子直径的测量方法简要了解即可.' ● 巩固练习.● 1.根据下列哪一组数据可以算出阿伏加德罗常数

()

A.水的密度和水的摩尔质量

B.水的摩尔质量和水分子的体积

C.水分子的体积和水分子质量

D.水分子质量和水分子靡尔质量

2.某种油剂的密度为8×1O2kg/m3，取这种油剂0.8g滴在水面上，最后形成油膜最大面积约为:

A.lO-10mB.lO4m2

C.lO10m2

D.104cm2

3.下面关于分子数量的说法正确的是

A.2g氢气和2g氦气中都分别有6.02×1023个分子

B.体积相等的固体和液体相比较，固体中的分子数较多

C.2m0l的任何物质中都有12.04×]023个分子

D.体积相等的不同物质中所含的分子数都相同 ●作业

1.复习本节课内容，预习下一节的内容.2.将课本练习一(1),(2),(4)写在作业本上.参考题

1下列关于分子质量的说法正确的是:

A.质量数相同的任何物质，分子数都相同

B.摩尔质量相同的物体，分子质量一定相同

C.分子质量之比一定等于它们的摩尔质量比

·

D.密度大的物质，分子质量一定大

2.已知铜的密度为8.9×103kg/m3，原子量为64，通过估算可知，铜中每个铜原子所占的体积为

A.7×10-6mB.l×lO-29m3

C.l×lO-26m3

D.8×1O-24m3 3.对于液体和固体，如果用M表示摩尔质量，m表示分子质量，ρ表示物质密度，V表 示体积，u表示分子体积，NA表示阿伏加德罗常数，那么下列关系式不正确的是:

A.NA=pV/m

B.NA=V/u

C.V二M/ρ

D.V=MNA/ρ 4.已知阿伏加德罗常数，试计算一下一个氧分子、一个氢分子的质量各是多少千克? 5.在标准状况下，空气的摩尔质量是M=29×l0-3kg/moi, 则空气中气体分子的平均质量多大？

成年人做一次深呼吸，约吸入4.5cm3的空气，则做一次深呼吸吸入空气的质量是多少? 吸入 分子个数大约是多少? 说明

1.分子的大小和阿伏加德罗常数能够定量地测出，而且用不同方法测出的结果相符合，这不但证明 物理学的和谐一致，正确地反映了自然，而且也是证实分子存在的重要方面，进一步为分子动理论的学习打下坚实基础.2.分子直径数量级为10-10m，分子质量的数量级为10-27一10-26kg.分子是极其微小的粒子，如果把分子看作球体，它的直径数量级为10-10m，其体积的数量级就是10-30m3.我们用油膜法可估测分子的直径，证明了上述分子数量级的正确，从而证明了一切物体都是由大量分子组成的.课题

二、分子的热运动 教学目的

l.了解扩散现象是由于分子的热运动产生的

2.知道什么是布朗运动，理解布朗运动产生的原因 3知道什么是热运动 教具

实物投影仪、课件布朗运动（洪恩在线）、分别装有空气和二氧化氮气体的广口瓶、红墨水、装有清水的烧杯 教学过程

●引入新课

下面我们一起来做两个实验，请大家注意观察实验现象

实验1向清水中滴入一滴红墨水，过一会儿，整杯水都变成红色.实验2将一个装有无色空气的广口瓶倒扣在装有红棕色二氧化氮气体的广口瓶上，抽去中间玻板，过一段时间发现，上面瓶中气体变成了淡红棕色，下面气体的颜色变浅了，最后上下两瓶气体颜色一致.通过这两个实验，说明了组成物体的分子是在不停地做着无规则运动.下面我们通过另外一种实验现象—布朗运动，来研究分子的无规则运动.[板书]第二节

分子的热运动.●进行新课

1.前面大家已在课下预习了这节课，下面再给大家五分钟时间看书，然后利用十分钟时间对下列问题进行分组讨论;

投影显示:

讨论问题:

1.分子运动的激烈程度与什么因素有关?

2.什么叫扩散现象?它说明了什么?

3.布朗运动指的是什么运动?

4.为什么说布朗运动间接反映液体分子永不停息的无规则运动?

5.布朗运动的激烈程度与哪些因素有关?

6.讨论课本中的”思考与讨论“.2分组讨论完毕，教师提问学生再对上述问题共同进行讨论和解答.'

问题1.分子运动的激烈程度与温度有关.（演示课件）

实验演示:分别向冷水和热水中滴入一滴红墨水，可观察到热水很快全部变成红色而冷水变成红色要稍慢.问题2.(1)不同的物质互相接触时彼此进入对方的现象.例:实验1.实验2.(2)扩散现象直接说明了组成物体的分子总是不停地做无规则运动.[板书]1.扩散:不同的物质互相接触时彼此进入对方的现象.讨论此问题时，可进一步提问学生.扩散现象是否只在气体与气体，液体与液体之间才能发生呢?固体与固体之间能发生扩散现象吗?请举例说明.举例:1.冬天的墙角，堆一堆煤，过一段时间，墙的内部也变黑了.2.在真空，高温条件下，向半导体材料中掺入一些其它元素来制造各种元件.学生明确:气体、液体、固体都能发生扩散现象

问题3.布朗运动是指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动，它间接反映了液体分子永不停息的无规则运动.在解答此问题时，需要强调指出，布朗运动是固体微粒的运动，而不是固体分子的运动，同时指出也不是液体分子的无规则运动.这是学生容易产生错误认识的地方.错误原因在于对布朗运动产生的原因不理解，所以下一个讨论问题是本节课讨论的重点和难点.[板书]2.布朗运动是指悬浮在液体中的固体微粒的无规则运动

问题4:液体是由许许多多的液体分子组成的，分子不停地做无规则运动，对微粒产生撞击力，微粒受到各个方向的撞击作用不平衡，微粒越小，这种不平衡性越明显在不同时刻，受到的撞击作用不同，微粒在撞击力的作用下，做无规则运动.（演示课件）

[板书]布朗运动间接反映了液体分子的无规则运动

这一问题学生讨论起来，比较困难，教师需要介绍一些统计规律的基本知识加以引导

[板书]3.布朗运动的激烈程度与微粒的体积、质量及液体的温度有关.问题4.在讨论此问题时，由于前面讨论了扩散现象和布朗运动的产生原因，学生很容易讨论出与温度和体积有关，往往忽略了质量这一因素，需要教师从影响物体运动状态的原因来加以引导.问题6.在讨论此问题时，学生往往不加思索地答出在排除外界影响的情况下，布朗运动仍然存在，而没有从分析书中图象入手，这是背离题意的，应培养学生通过分析图象讨论问题的方法.通过分析图象，可得出以下结论:从显微镜中观测到的三颗微粒在不同位置连线，可分析出每个微粒的运动是不规则的，可以设想，如果微粒的运动是由外界引起的，则微粒的运动情况将和外界相同，那么，三颗微粒将随外界的运动规律一起运动，可以得出三颗微粒的位置连线情形就一致的相反结论，可推出布朗运动是由液体内部分子的运动而引起的.●课堂小结(投影显示)

1.做布朗运动的小颗粒本身不是分子;可它的无规则运动是液体分子无规则运动的反映.2.扩散现象，布朗运动的激烈程度与温度有关，所以把分子的无规则运动叫热运动

●巩固练习

1,”布朗运动"是说明分子运动的重要事实，则布朗运动是指:

()

A.液体分子的运动

B.悬浮在液体中的固体分子的运动

C.固体微粒的运动

D.液体分子与固体分子的共同运动

2关于布朗运动的剧烈程度下面说法，不正确的是:

()

A.固体微粒越小，布朗运动越显著

B.液体的温度越高，布朗运动越显著

C.与固体微粒碰撞的液体分子数目越多，布朗运动越显著

D.与固体微粒碰撞的液体分子数目越少，布朗运动越显著

3.对分子的热运动，以下叙述正确的是:

()

A.就是布朗运动

B.是分子的无规则运动，同种物质的分子的热运动激烈程度相同

C.气体分子的热运动不一定比液体分子激烈

D.物体运动的速度越大，其内部的分子热运动越激烈

●作业

1.复习本节课内容，并预习下节课.a

2.课本练习二第(1)、(2)、(3)题 参考题

1.关于布朗运动和扩散现象说法正确的是:

A.布朗运动和扩散现象都在气体、液体、固体中发出

B.布朗运动和扩散现象都是分子的运动

C.布朗运动和扩散现象都是温度越高越明显

D.布朗运动和扩散现象都是永不停息的

2.以下实验中，证实分子做无规则运动的实验是: A.布朗运动实验

B.油膜实验

C.酒精和水混合实验

D.离子显微实验

3..较大的悬浮颗粒不做布朗运动是由于:

A.液体分子不一定与颗粒相撞

B.各个方向的液体分子对颗粒冲力的平均效果相互平衡

C.颗粒的质量大，不易改变运动状态

D.颗粒分子本身的热运动缓慢

说明

I.扩散现象证明了分子是运动的，教学时可补充一些科技资料，说明扩散在生产和生活中的意义.2.布朗运动是本节教学的重点，布朗运动产生的原因不在外界而在液体内部.悬浮微粒做布朗运动是无规则的，反映了液体分子运动的无规则性.在布朗运动的教学中要重点说明:微粒越小时，来自各方向的液体分子的撞击作用的不平衡性越明显，布朗运动越激烈，这是产生布朗运动的原因.3.知道大量分子的无规则运动与温度有关，温度越高，分子的无规则运动越激烈.教学时要注意以实验事实为基础.(本教案参考人民教育出版社物理教案)

第二篇：单元练习题11-分子热运动 能量守恒

《分子热运动 能量守恒》同步练习

一、选择题

1、（3分）

两个分子甲、乙相距较远(此时它们之间的分子力可忽略)，设甲固定不动，乙逐渐向甲靠近直到不能再靠近的整个过程中

(A)分子力总是对乙做正功；

(B)乙总是克服分子力做功；

(C)先是乙克服分子力做功，然后分子力对乙做正功；

(D)先是分子力对乙做正功，然后乙克服分子力做功。

()

2、（3分）

在显微镜下观察放在水中的花粉,发现了布朗运动,这是指（）.(A)花粉的无规则运动(B)花粉分子的无规则运动(C)水分子的无规则运动

(D)布朗运动说明了水分子的无规则运动

3、（3分）

当两个分子之间的距离为r0时,正好处平衡状态.下面关于分子间相互作用的引力和斥力的说法中,正确的是（）.(A)两个分子间的距离小于r0时,它们之间只有斥力作用(B)两个分子间的距离小于r0时,它们之间只有引力作用

(C)两个分子间的距离小于r0时,它们之间既有斥力又有引力作用(D)两个分子间的距离大于r0时,它们之间一定没有斥力作用

4、（3分）

设r=r0，分子间作用力为零，则当一个分子从远处以某一动能向另一个分子趋近的过程中

（）(A)r＞r0 时，分子势能不断减小，动能不断增大(B)r=r0时，分子势能为零，动能最大(C)r＜r0 时，分子势能增大，动能减小

(D)r具有最小值时，分子动能为零，分子势能最大

5、（3分）

一滴水的体积大约是6.0×10－6cm3，这滴水里含有的分子个数约是（）(A)4×1018个

(B)4×1017个(C)2×1017个

(D)2×1013个

6、（3分）

图中容器A、B各有一个可自由移动的轻活塞，活塞下面是水，上面是大气，大气压恒定。A、B的底部由带有阀门K的管道相连，整个装置与外界绝热。原先，A中水面比B中的高，打开阀门，使A中的水逐渐向B中流，最后达到平衡。这个过程中（）

(A)大气压力对水做功，水的内能增加(B)水克服大气压力做功，水的内能减少(C)大气压力对水不做功，水的内能不变(D)大气压力对水不做功，水的内能增加

7、（3分）

从坝顶上流下的水，冲动水轮机，水轮机又带动发电机发出电来，这中间的能量转换关系最完整的叙述是（）

（A）由水的机械能转化为发电机的机械能

（B）由水的势能转化为水的动能，再转化为电能

（C）由水的势能转化为水的动能，再转化为水轮机的动能，最后转化为电能（D）由水流的动能转化为水轮机的动能，再转化为发电机的动能，最后转化为电能

8、（3分）

两个分子甲和乙相距较远(此时它们之间的分子力可以忽略).设甲固定不动，乙逐渐向甲靠拢直到不能再靠近为止的过程中，下面说法中正确的是(A)分子势能总是增大；(B)分子势能总是减小；

(C)分子势能先增大，后减小；(D)分子势能先减小，后增大.9、（3分）

将汽水倒入玻璃杯中，若汽水和玻璃杯之间没有热传递，这是因为(A)汽水和玻璃都是热的不良导体；(B)汽水和玻璃的比热容比较接近；(C)它们具有相同的温度；(D)它们具有相同的热量.10、（3分）

以下关于物体内能的叙述中正确的是

(A)真空中高速飞行的一颗铅弹的内能比它静止时的内能大；

(B)在空气中飞行的一颗铅弹，由于空气的摩擦作用温度可升高到沿的熔点，其内能比它静止时的内能大；

(C)在-273℃时，一切物体的内能都等于零；

(D)水电站水库中每一立方米水的内能，比它通过水轮机做功要大.11、（3分）

物体的温度高，说明了

(A)储存的热量多；(B)可以放出的热量多；(C)该物质的比热容大；(D)以上说法都不正确.12、（3分）

比较100℃时，18g的水、18g的水蒸汽和32g氧气可知(A)分子数相同，分子的平均动能相同；(B)分子数相同，分子的热力学能也相同；(C)分子数相同，分子的平均动能不相同；(D)分子数不相同，分子的平均动能相同

13、（3分）

固体很难被压缩，主要原因是(A)分子间只存在引力；(B)分子间只存在斥力；

(C)分子间存在的引力大于斥力；(D)分子间存在的斥力大于引力.14、（3分）

观察布朗运动的实验结果，下列说法中正确的是(A)图中记录是分子无规则运动情况；(B)图中记录的是微粒作布朗运动的轨迹；

(C)实验中可以看到，微粒越大，布朗运动越明显；(D)实验中可以看到，温度越高，布朗运动越激烈.15、（3分）

用显微镜观察放在水中的花粉，追踪三个花粉，每隔30 s记下它们的位置，用折线分别依次连接这些点，如图所示图形，下述说法中正确的是（）

(A)这是花粉无规则运动的径迹(B)它说明花粉分子的无规则运动(C)它说明水分子的无规则运动

(D)花粉颗粒越小，这种运动越显著

二、填空题

1、（3分）

雨滴从5米高的屋檐自由落下，落在地上，假定损失的机械能都转变为内能，其中一半被雨滴吸收，则雨滴的温度升高了___________℃。

2、（3分）

一热水瓶水的质量约为2.2千克，它所包含的水分子数目约为_________。(取二位有效数字，阿伏伽德罗常数取6.0×1023摩1)

3、（3分）

一个房间的地面面积是15米2，高3米，试估算该房间内空气的质量，已知空气的平均摩尔质量是2.9×102千克/摩尔，答__________千克。

4、（3分）

某种物质的摩尔质量是kg/mol,密度是kg/m3,若用NA表示阿伏加德罗常数,则每个分子的质量是

kg,每立方米中这种物质包含的分子数目是

.5、（3分）

某种物质的摩尔质量是Mkgmol-1，密度是ρkgm-3，如果用N表示阿伏伽德罗常数，则每个分子的质量是____kg，每个分子所占据的空间是____m3，每立方米的这种物质含有的分子数是________个。

6、（3分）

一间教室的地面面积是15米

2、高3米，试估算这个教室内空气的质量m=____千克。（已知空气的摩尔质量是2.9×10－2千克/摩尔）

7、（3分）

体积是2×10－3cm3的一滴油,滴在湖面上,最终扩展成面积为6m2的油膜,由此可以估算出该种油分子直径大小是

m.(要求一位有效数字)

8、（3分）

某系统在初状态具有内能J焦耳，在外界对它做了J/2焦耳的功后，它放出J/5焦耳的热能，系统在这一过程中内能的增量是_______焦耳。

9、（3分）

从分子运动论的观点看，是物体分子平均动能的标志,物体里所有的分子的动能和势能的总和叫物体的.10、（3分）

氯化铯的摩尔质量为168克/摩，其分子结构如图所示，氯原子（白点）位于立方体中心，铯原子（黑点）位于立方体八个顶角上，这样的立方体紧密排列成氯化铯晶体。已知两个氯原子的最近距离为4×10－10米，则氯化我铯的密度为____千克/米3。

三、计算题

1、（5分）

一水平放置在光滑水平面上的气缸，用活塞封有部分理想气体，气缸和活塞的质量为m(如图)。现给活塞施一个向左冲量，大小为I，使其向左运动，则在以后的运动中被封闭气体内能改变的最大值是多少？

2、（5分）

用水平方向大小为80N的力沿水平地面推动一只原来静止的木箱前进了10m，阻碍运动的摩擦力是60N，则木箱的动能是多少?在此过程中有多少机械能转化为内能?

3、（5分）

在一块2×6cm2的铜板上攻螺丝孔，螺线上的螺距为0.75mm，已知螺丝攻在铜板上转动所用的力矩为4.9N·m，铜的比热容为0.4×103J/(kg·K)，铜的密度为338.9×10kg/m，设攻丝时发出的热量全部被铜板吸收，则每转动一圈铜板的温度将升高多少度?

4、（5分）

质量是0.1kg的铅弹，以200ms-1的速度射入质量是1.9kg可以自由移动的靶中而未穿出，若损失的动能全部变为热，其中一半被铅弹吸收，求铅弹温度升高几度？（铅的比热容量C=134J·kg-1K-1）

5、（5分）

有一壶水，水温是10℃，把它放到火力恒定的炉子上加热，当气压为标准大气压时，经20min即沸腾，若继续放在火上，估计再经过多少分钟后，这壶水将被烧干(结果取两位有效数字).

第三篇：高二物理教案分子热运动 能量守恒-热力学第二定律

热力学第二定律

课时：1 课时

教学要求：

1、以热传导和机械能与内能的相互转化为例，让学生知道宏观热学过程是有方向性的；

2、让学生知道第二类永动机是不可能制成的；

3、让学生初步了解热力学第二定律的两种内容 表述，并能用之去解释一些简单的现象；

教学过程：

一、引入新课：

有趣的问题：地球上有大量海水，它的总质量约为1.4×1018 t，只要这些海水的温度0.1℃，就能放出5.8×1023 J的热量，这相当于1800万个核电站一年的发电量。为什么人们不去研究这种“新能源”呢？原来，这样做是不可能的。这涉及物理学的一个基本定律。

二、新课讲授：

（一）热传导的方向性：

大家都有这样的经验：两个温度不同的物体相互接触时，热量会自发地从高温物体传给低温物体，使高温物体的温度降低，低温物体的温度升高。从未有过这样的现象：热量会自发地从低温物体传给高温物体，使低温物体的温度越来越低，高温物体的温度越来越高。（这里所说的“自发地”，指的是没有任何外界的影响或者帮助）也许会产生一个疑问：电冰箱内部的温度比外部低，为什么致冷系统还能不断地把箱内的热量传给外界的空气？这是因为电冰箱消耗了电能，对致冷系统做了功。一旦切断电源，电冰箱就不能把箱内的热量传给外界的空气了。相反，外界的热量会自发地传给电冰箱，使箱内的温度逐渐升高。

在这里，我们看到，热传导的过程是有方向性的，这个过程可以向一个方向自发地进行，但是向相反方向却不能自发地进行。要实现相反方向的过程，必须借助外界的帮助，因而产生其化影响或引起其化变化。

（二）第二类永动机：

一个在水平地面上运动的物体，由于克服磨擦力做功，最后要停下来。在这个过程中，物体的动能转化为内能，使物体和地面的温度升高。但是，人们决不会看到这样的现象：一个放在水平地面上的物体，温度降低，可以把内能自发地转化为动能，使这个物体运动起来！

有人可能提出一种设想：发明一种热机，它可以把物体和地面磨擦所生的热量都吸收过来，对物体做功，将内能全部转化为动能，使物体在地面上重新运动起来，而不引起其他变化。这是一个非常诱人的设想。这个设想并不违反能量守恒定律，若真能制成这种热机，本节开始时提到的，单从海水中吸取热量来做功，就成为可能了，“能源问题”也就解决了。

热机是一种把内能转化为机械能的装置。以内燃机为例：气缸中的气体得到燃料燃烧时产生的热量Q1，推动活塞做功W，然后排出废气，同时把热量Q2。

我们把热机做的功W和它从热源吸收的热量Q1的比值叫做热机的效率，用表示，则有：

= W / Q1实际上，热机不能把它得到的全部内能转化为机械能。以汽车内燃机为例：只有当气缸中工作物质的温度比大气温度高时内燃机才能工作，所以Q2这部分热量是不可避免的。热机工作时，总要向冷凝器散热，总要由工作物质带走一部分热量Q2，所以总有Q1＞W。因此，热机的效率不可能达到100%，汽车上的汽油机，效率只有20%∽30%，燃气轮机的效率比较高，也只能达到60%。即使是理想热机，没有磨擦，也没有漏气等能量损失，它也不可能把吸收的能量百分之百地转化成机械能，总要有一部分热量散发到冷凝器中。

第四篇：高二物理教案分子热运动 能量守恒-能源与环境

§11~7 能源＆环境

【教学目的】

1、了解什么是能源，什么是常规能源，知道常规能源的储量和人类需求的矛盾

2、了解常规能源的使用和环境污染方面的关系

3、了解哪些是清洁能源，哪些是可再生能源 【教学重点】

1、能源、常规能源、可再生能源的教学

2、能源和环境之间的关系 【教学难点】

能源和环境之间的关系 【教具】

投影仪 【教学过程】

○、引入

热力学第二定律告诉我们，很多与热现象有关的物理过程都是不可逆的。涉及内能的能量转化过程具有方向性，这在上一节已经提到过了。在本节，我们讨论这种方向性的现实意义。

一、能源

一段木料燃烧后化为灰烬，能够释放给我们所需要的能量。然而，灰烬却不能立即被合成而成为一段木料。但是，我们至少可以将灰烬作为肥料施在一颗小树苗上，促成它长成一段未来的木料，以供人类（可能是种树、施肥者的子孙，也可能是别人的子孙）再次燃烧。

在这一人与资源的交互行为中，我们会发现，首先，能量转化的方向性并没有被破坏，也就是说，热力学第二定律仍被得到尊重。其次，这将形成了一个循环，因为只要时间足够，让树苗成长成为木料的数目大于我们燃烧木料的数目，它就不会破坏需求与资源的动态平衡关系。其三，在这个循环中，必须要有第三者参与——如果没有太阳的光合作用，循环就终止了——所以人与资源（树木）之间并不是“今天你给我，明天我还给你”的关系（我们与其说在燃烧树木，还不如说是在利用储存的太阳能）。其四，这种循环还有一种隐忧，那就是：灰烬“成为”树木的速度要远远小于树木变成灰烬的速度，表面的平衡是以内部数量上的不平衡为代价的。

以上的四点中，第三点事实上已经决定了循环“返回”过程的速度（不能由人类操控），第二点和第四点则意味着人类的行为、世界观对“平衡”能否被破坏有着直接的关系。

在工业化时代到来之前，人们过着田园牧歌式的生活，没有电器、没有汽车、没有空调，人类使用大自然的资源只是为了满足最基本的生活需求，因此，这种“平衡”没有被破坏。

随着工业化时代的到来，这种状况立即显现出危机，循环就要被终止了。于是，人们想到了地底下的资源：煤和石油。他们提供的能量很有用，燃烧的速度和效能和木材相差无几。但是，形成煤和石油的速度比长成树木的速度，就不能同日而语了！可以这样说，人们自从使用煤的第一天起，就没有想到一个可能形成循环的问题，更不用说什么平衡了。所以，煤和石油事实上是一种坐吃山空的资源：我们今天用得越多，我们的子孙将来可以使用的就越少。

在不久的将来，人们用完了所有的煤和石油，会怎么办？这是一个令社会学家睡不安枕的问题。然而，经济学家们却不这样看。经济学教授给学生们讲课，出了这样一个题目：地底下现有石

油储量X吨，近五年的开采量是Y吨/年，请预测石油将在多少年后被开采完？有的学生开始用计算器摁键：X/Y = ? „这样的学生被认为是经济学的盲者。教授的观点是：永远也开采不完。因为，随着石油储量的减少，开采的成本会加大，成本大于销售价格时，市场规律决定了人们在也不会去开采石油了。此时石油存在事实已经失去了利用价值，任它在地底下沉睡多少年也和我们没有关系了。

那么人们会使用什么能源呢？巨大的市场潜力和利润空间将驱使人们去研究一种石油的替代品。因此，能源的危机也就解决了。

是社会学家们悲天悯人，还是经济学家们盲目乐观？这需要我们冷静地去判断。至少，以下的一些事实可以显示，这两派观点都有一定的道理——

世界上石油储量最大的中东地区一直是发达国家关注的焦点，外交、军事莫不围绕着这片从地表上看毫无魅力的区域打转。世界警察（美国）和他的随从们最愿意去管中东的事情：两次海湾战争、伊拉克战争等等„说明能量消耗巨大的富国们对石油的心痛程度。

令以一方面，“替代品”——新能源的研发、形式层出不穷。

1、水能：水作为能量的载体，被太阳能驱动地球上三栖（水、陆、空）循环。地表水的流动时，在落差大、流量大的地区，形成可利用的水能资源。目前世界上水力发电还处于起步阶段。

2、海洋能：由于地球受月球和太阳引力的周期性不均衡，海水发生非气候性的涨潮和落潮现象，形成潮汐。潮汐蕴含着巨大能量，既可以用来推动机械装置，又可以用来发电。

此外，由于海水表层和深层间的存在很大的温差，利用这种温差也可以发电（*因为水的沸点与气压有关，如果建造一个装置，用抽真空的方法使表层的海水在20摄氏度时汽化，并推动汽轮机，再将深层的冷水提上来使蒸汽冷却，如此周而复始，就可以发电了。除这种方法外，还可以用低沸点的流体如丙烷和氨来作为热机的工作介质）。法国已经建成了世界上第一座温差发电站，发电容量为14,000kW。

3、风能：利用风的机械能发电，风能是一种重要的自然能源。据有关专家估算，在全球边界层内的总能量为1.3×1015瓦，一年中约为1.4×1016千瓦时电力的能量，相当于目前全世界 每年所燃烧能量的3000倍。其中1/10为可取用的极限量。

风能的优点是：总能量巨大，利用简单、无污染、可再生。缺点是：能量密度低（当流速同为3米/秒时，风力的能量密度仅为水力的1/1000）、不稳定性大，连续性、可靠性差，时空分布不均匀。

4、生物质能：利用厌氧微生物在密闭条件下分解（废弃）有机物，产生沼气，沼气具有很高的热值，燃烧后生成二氧化碳和水，不污染空气，不危害农作物和人畜健康。生成沼气的原料本身就是各种废弃物，生产过程可以减少（有机物）垃圾的数量。

在农村到处可以看到许多生物质的废弃物，如人畜粪便、秸秆、杂草和不能食用的果蔬，等等。将这些废弃物收集起来，经过细菌发酵可以产生沼气，用沼气做燃料和照明，也可以发电。

5、太阳能：太阳能是一种可广泛利用的清洁能源。我们目前的利用方式主要是两种—— 一是将阳光聚焦，将光能转化为热能（传说阿基米德就曾经利用聚光镜反射阳光，烧毁了来犯的敌舰）。在日照充分的地方，人们在生产和生活中已大量使用太阳灶、干燥器和太阳能热水器（太阳能热水器的构造要简单的多。因为不需要它产生太高的温度。在大多数情况下，可以将太阳能热水器的集热器制成箱式、蛇型管式、直管式、平板式或枕式，通过管道与水源和储水箱相连。太阳能热水器在我国北方比较常见）。

二是将太阳能转化为化学能，再用化学能发电。比较常见的光电池是硅电池（它能将13%-20%的日光能转化为电能）。许多电子计算器和其他小型电子仪器现在已经采用太阳能电池供电，人造卫星和宇宙飞船更是主要依靠太阳能电池来提供电力。

但是阳光在达到地面以前要经过大气的反射、散射和吸收，能量损失较大，加上阴天、昼夜变化和雨雪等降水过程的影响，目前地面上利用日光发电受到一定限制。

无论是生物质能、风能，还是水力、温差和潮汐能，归根结底都是太阳能的转化形式。即使矿物燃料，也是通过生物的化石形式保存下来的亿万年以前的太阳能。

6、地热能：用地热采暖、将地热用于农业、水产养殖业、工业生产等，在全世界范围内受到关注。（从直接利用地热的规模来说，最常用的是地热水淋浴，占总利用量的1/3以上，其次是地热水养殖和种植约占20%，地热采暖约占13%，地热能工业利用约占2%）。

利用地热能，占地很少，无废渣、粉尘污染，用后的弃（尾）水既可综合利用，又可回注到地下储层，达到增加压力、保护储层、保护地热资源的双重目的。*据美国地热资源委员会（GRC）1990年的调查，世界上18个国家有地热发电，总装机容量5827.55兆瓦，装机容量在100兆瓦以上的国家有美国、菲律宾、墨西哥、意大利、新西兰、日本和印尼。我国的地热资

源也很丰富，但开发利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省区。除以上利用外，从热水中还可提取盐类、有益化学组分和硫磺等。

7、核能：铀在自然界中有三种放射性同位素：U235、U238、U234，在衰变过程中放出热量。在军事上铀主要用来制造核武器和核动力燃料。铀的和平用途十分广泛，其中最主要的是用作核电反应堆的燃料。

由于核电具有发电成本低、对环境污染小和安全等优点，世界各国，尤其是工业发达的国家和地区都大力发展核电，估计到2000年核电将达到世界总发电量的25%左右。我国已建成秦山、大亚湾核电站，目前还有多处正在筹建。

铀裂变时产生的同位素及其射线，在工农业生产和科学技术领域中有广泛的用途。例如，在工业上利用射线实现生产自动控制，无损伤检查等；在农业上利用射线培育良种，防止病虫害等；在医学上用于灭菌消毒，临床诊断及治疗；在地质勘探工作中用来找矿等等。

从种种迹象看来，能源危机的解决也许并不是难事。但这是不是就意味着人类可以高枕无忧呢？答案是否定的——

二、环境

可以说，自打人类寻找到木材的替代品——煤和石油开始，就已经意识到了“替代”绝不就是“等同”。我们前面说过，木料的灰烬能够作为肥料施在小树下，这样就促进了循环的完整与良性发展，而煤渣并不能做到这一点。也许学过化学的我们会说，煤和石油的衍生物也可以制成肥料，但是，请大家不要忘了，木料的灰烬可以被大自然“照单全收”地降解、燃烧的二氧化碳也是植物（新树苗）呼吸作用的必须，可煤燃烧的废渣、石油的衍生物（塑料等）却不能或很难被降解，他们燃烧的废气（二氧化硫等）是天怨人怒的有害物质（石油燃烧的废气还是城市人们致癌的罪魁祸首）。所以说，垃圾问题、大气问题，共同构成了——环境问题。

在新的能源中，环境问题是不是彻底解决了呢？从前面介绍的1~6种能源中，人们确实充分考虑了这个问题，理论上是不会有环境问题的。但是，不知大家注意到了没有，它们都会受自然条件和资源条件的制约（没有风，风车能转吗？太阳能需要面积，你能把热效应管架在别人的房子上去吗？潮汐能需要海岸线的长度，你去侵略别人的海域吗？）。随着人们需求的增长，可以说，这前6能源的供应量必然不能满足要求，所以第7种能源成为人们关注的焦点：核能（因为它有一个突出的优点，那就是能量巨大）。在发达国家，核能的使用量日益增多„但是，核能的直接或潜藏的环境问题比煤合石油的要严重得多„

人类要在以上问题中寻求一种协调与和谐，在调整需求意识、珍惜资源、科研开发等多个方面都有工作要做。无论今后大家会致力于哪一方面的工作，今天的意识形成都会大有必要。

三、小结

本节我们介绍了能源于环境的问题，通过介绍，希望大家能够了解：

1、能量和能源是两回事；

2、非再生能源和可再生能源是两回事；

3、人类不能打破与环境的和谐，破坏环境等于摧毁自己的生存家园。

四、作业布置

阅读教材；

《优化设计》P68“同步练习”部分，做在书上。【板书设计】

注意“教学过程”的灰色部分，即是板书计划。【教后感】

纯讲座式的课很难控制速度，第一堂只“说”了23分钟，第二堂加了一点板书，把网页内容机械的复述了一下，差不多35分钟。是太激动了吗？语言的润色和激情的控制看来要动脑筋。

几种“新能源”的准备不够充分，没有化为自己的语言，说来就很别扭。刚才化时间改了一下。调动学生的效果好象不是太好，有一种吃亏不讨好的感觉。距自己的期望值有不小的距离。

第五篇：高二物理教案分子热运动_能量守恒-能源与环境

能源与环境

玉屏名族中学 安力

(一)教学目标 1.知识与技能

（1）了解什么是常规能源，什么是新型能源（2）了解能源与人类生存环境的关系，使学生认识能源的合理利用与环境保护对可持续发展的重要意义

2.过程与方法

（1）通过指导学生分析事例，培养学生分析问题和理论联系实际的能力（2）通过指导学生阅读教材，培养学生的自学能力

(3)未来的能源应该是安全、环保、高效的能源．对能源标准的讨论，将有助于学生树立有关能源的正确观点 3.情感、态度与价值观

（1）了解大量的能源消耗带来的全球性环境问题（2）提高学生的节能、环保意识

（二）教学重难点

重点：

1、能源、常规能源、可再生能源的教学

2、能源和环境之间的关系

难点：能源和环境之间的关系

（三）教学过程

引入

热力学第二定律告诉我们，很多与热现象有关的物理过程都是不可逆的。涉及内能的能量转化过程具有方向性，这在上一节已经提到过了。在本节，我们讨论这种方向性的现实意义。

一、能源

一段木料燃烧后化为灰烬，能够释放给我们所需要的能量。然而，灰烬却不能立即被合成而成为一段木料。但是，我们至少可以将灰烬作为肥料施在一颗小树苗上，促成它长成一段未来的木料，以供人类（可能是种树、施肥者的子孙，也可能是别人的子孙）再次燃烧。

在这一人与资源的交互行为中，我们会发现，首先，能量转化的方向性并没有被破坏，也就是说，热力学第二定律仍被得到尊重。其次，这将形成了一个循环，因为只要时间足够，让树苗成长成为木料的数目大于我们燃烧木料的数目，它就不会破坏需求与资源的动态平衡关系。其三，在这个循环中，必须要有第三者参与——如果没有太阳的光合作用，循环就终止了——所以人与资源（树木）之间并不是“今天你给我，明天我还给你”的关系（我们与其说在燃烧树木，还不如说是在利用储存的太阳能）。其四，这种循环还有一种隐忧，那就是：灰烬“成为”树木的速度要远远小于树木变成灰烬的速度，表面的平衡是以内部数量上的不平衡为代价的。

以上的四点中，第三点事实上已经决定了循环“返回”过程的速度（不能由人类

操控），第二点和第四点则意味着人类的行为、世界观对“平衡”能否被破坏有着直接的关系。

在工业化时代到来之前，人们过着田园牧歌式的生活，没有电器、没有汽车、没有空调，人类使用大自然的资源只是为了满足最基本的生活需求，因此，这种“平衡”没有被破坏。

随着工业化时代的到来，这种状况立即显现出危机，循环就要被终止了。于是，人们想到了地底下的资源：煤和石油。他们提供的能量很有用，燃烧的速度和效能和木材相差无几。但是，形成煤和石油的速度比长成树木的速度，就不能同日而语了！可以这样说，人们自从使用煤的第一天起，就没有想到一个可能形成循环的问题，更不用说什么平衡了。所以，煤和石油事实上是一种坐吃山空的资源：我们今天用得越多，我们的子孙将来可以使用的就越少。

在不久的将来，人们用完了所有的煤和石油，会怎么办？这是一个令社会学家睡不安枕的问题。

然而，经济学家们却不这样看。经济学教授给学生们讲课，出了这样一个题目：地底下现有石油储量X吨，近五年的开采量是Y吨/年，请预测石油将在多少年后被开采完？有的学生开始用计算器摁键：X/Y = ? „这样的学生被认为是经济学的盲者。教授的观点是：永远也开采不完。因为，随着石油储量的减少，开采的成本会加大，成本大于销售价格时，市场规律决定了人们在也不会去开采石油了。此时石油存在事实已经失去了利用价值，任它在地底下沉睡多少年也和我们没有关系了。

那么人们会使用什么能源呢？巨大的市场潜力和利润空间将驱使人们去研究一种石油的替代品。因此，能源的危机也就解决了。

是社会学家们悲天悯人，还是经济学家们盲目乐观？这需要我们冷静地去判断。至少，以下的一些事实可以显示，这两派观点都有一定的道理——

世界上石油储量最大的中东地区一直是发达国家关注的焦点，外交、军事莫不围绕着这片从地表上看毫无魅力的区域打转。世界警察（美国）和他的随从们最愿意去管中东的事情：两次海湾战争、伊拉克战争等等„说明能量消耗巨大的富国们对石油的心痛程度。

令以一方面，“替代品”——新能源的研发、形式层出不穷。

1、水能：水作为能量的载体，被太阳能驱动地球上三栖（水、陆、空）循环。地表水的流动时，在落差大、流量大的地区，形成可利用的水能资源。目前世界上水力发电还处于起步阶段。

2、海洋能：由于地球受月球和太阳引力的周期性不均衡，海水发生非气候性的涨潮和落潮现象，形成潮汐。潮汐蕴含着巨大能量，既可以用来推动机械装置，又可以用来发电。

此外，由于海水表层和深层间的存在很大的温差，利用这种温差也可以发电（*因为水的沸点与气压有关，如果建造一个装置，用抽真空的方法使表层的海水在20摄氏度时汽化，并推动汽轮机，再将深层的冷水提上来使蒸汽冷却，如此周而复始，就可以发电了。除这种方法外，还可以用低沸点的流体如丙烷和氨来作为热机的工作介质）。法国已经建成了世界上第一座温差发电站，发电容量为14,000kW。

3、风能：利用风的机械能发电，风能是一种重要的自然能源。据有关专家估算，在全球边界层内的总能量为1.3×1015瓦，一年中约为1.4×1016千瓦时电力的能量，相当于目前全世界 每年所燃烧能量的3000倍。其中1/10为可取用的极限量。

风能的优点是：总能量巨大，利用简单、无污染、可再生。缺点是：能量密度低（当流速同为3米/秒时，风力的能量密度仅为水力的1/1000）、不稳定性大，连续性、可靠性差，时空分布不均匀。

4、生物质能：利用厌氧微生物在密闭条件下分解（废弃）有机物，产生沼气，沼气具有很高的热值，燃烧后生成二氧化碳和水，不污染空气，不危害农作物和人畜健康。生成沼气的原料本身就是各种废弃物，生产过程可以减少（有机物）垃圾的数量。

在农村到处可以看到许多生物质的废弃物，如人畜粪便、秸秆、杂草和不能食用的果蔬，等等。将这些废弃物收集起来，经过细菌发酵可以产生沼气，用沼气做燃料和照明，也可以发电。

5、太阳能：太阳能是一种可广泛利用的清洁能源。我们目前的利用方式主要是两种——

一是将阳光聚焦，将光能转化为热能（传说阿基米德就曾经利用聚光镜反射阳光，烧毁了来犯的敌舰）。在日照充分的地方，人们在生产和生活中已大量使用太阳灶、干燥器和太阳能热水器（太阳能热水器的构造要简单的多。因为不需要它产生太高的温度。在大多数情况下，可以将太阳能热水器的集热器制成箱式、蛇型管式、直管式、平板式或枕式，通过管道与水源和储水箱相连。太阳能热水器在我国北方比较常见）。

二是将太阳能转化为化学能，再用化学能发电。比较常见的光电池是硅电池（它能将13%-20%的日光能转化为电能）。许多电子计算器和其他小型电子仪器现在已经采用太阳能电池供电，人造卫星和宇宙飞船更是主要依靠太阳能电池来提供电力。

但是阳光在达到地面以前要经过大气的反射、散射和吸收，能量损失较大，加上阴天、昼夜变化和雨雪等降水过程的影响，目前地面上利用日光发电受到一定限制。

无论是生物质能、风能，还是水力、温差和潮汐能，归根结底都是太阳能的转化形式。即使矿物燃料，也是通过生物的化石形式保存下来的亿万年以前的太阳能。

6、地热能：用地热采暖、将地热用于农业、水产养殖业、工业生产等，在全世界范围内受到关注。（从直接利用地热的规模来说，最常用的是地热水淋浴，占总利用量的1/3以上，其次是地热水养殖和种植约占20%，地热采暖约占13%，地热能工业利用约占2%）。

利用地热能，占地很少，无废渣、粉尘污染，用后的弃（尾）水既可综合利用，又可回注到地下储层，达到增加压力、保护储层、保护地热资源的双重目的。*据美国地热资源委员会（GRC）1990年的调查，世界上18个国家有地热发电，总装机容量5827.55兆瓦，装机容量在100兆瓦以上的国家有美国、菲律宾、墨西哥、意大利、新西兰、日本和印尼。我国的地热资 源也很丰富，但开发利用程度很低。主要分布在云南、西藏、河北等省区。除以上利用外，从热水中还可提取盐类、有益化学组分和硫磺等。

7、核能：铀在自然界中有三种放射性同位素：U235、U238、U234，在衰变过程中放出热量。在军事上铀主要用来制造核武器和核动力燃料。铀的和平用途十分广泛，其

中最主要的是用作核电反应堆的燃料。

由于核电具有发电成本低、对环境污染小和安全等优点，世界各国，尤其是工业发达的国家和地区都大力发展核电，估计到2000年核电将达到世界总发电量的25%左右。我国已建成秦山、大亚湾核电站，目前还有多处正在筹建。

铀裂变时产生的同位素及其射线，在工农业生产和科学技术领域中有广泛的用途。例如，在工业上利用射线实现生产自动控制，无损伤检查等；在农业上利用射线培育良种，防止病虫害等；在医学上用于灭菌消毒，临床诊断及治疗；在地质勘探工作中用来找矿等等。

从种种迹象看来，能源危机的解决也许并不是难事。但这是不是就意味着人类可以高枕无忧呢？答案是否定的——

二、环境

可以说，自打人类寻找到木材的替代品——煤和石油开始，就已经意识到了“替代”绝不就是“等同”。我们前面说过，木料的灰烬能够作为肥料施在小树下，这样就促进了循环的完整与良性发展，而煤渣并不能做到这一点。也许学过化学的我们会说，煤和石油的衍生物也可以制成肥料，但是，请大家不要忘了，木料的灰烬可以被大自然“照单全收”地降解、燃烧的二氧化碳也是植物（新树苗）呼吸作用的必须，可煤燃烧的废渣、石油的衍生物（塑料等）却不能或很难被降解，他们燃烧的废气（二氧化硫等）是天怨人怒的有害物质（石油燃烧的废气还是城市人们致癌的罪魁祸首）。所以说，垃圾问题、大气问题，共同构成了——环境问题。

在新的能源中，环境问题是不是彻底解决了呢？从前面介绍的1~6种能源中，人们确实充分考虑了这个问题，理论上是不会有环境问题的。但是，不知大家注意到了没有，它们都会受自然条件和资源条件的制约（没有风，风车能转吗？太阳能需要面积，你能把热效应管架在别人的房子上去吗？潮汐能需要海岸线的长度，你去侵略别人的海域吗？）。随着人们需求的增长，可以说，这前6能源的供应量必然不能满足要求，所以第7种能源成为人们关注的焦点：核能（因为它有一个突出的优点，那就是能量巨大）。在发达国家，核能的使用量日益增多„但是，核能的直接或潜藏的环境问题比煤合石油的要严重得多„

人类要在以上问题中寻求一种协调与和谐，在调整需求意识、珍惜资源、科研开发等多个方面都有工作要做。无论今后大家会致力于哪一方面的工作，今天的意识形成都会大有必要。

三、小结

本节我们介绍了能源于环境的问题，通过介绍，希望大家能够了解：

1、能量和能源是两回事；

2、非再生能源和可再生能源是两回事；

3、人类不能打破与环境的和谐，破坏环境等于摧毁自己的生存家园。

（四）作业 阅读教材；

《优化设计》P68“同步练习”部分，做在书上。