能源环境
——理化生综合课
安徽省庐江第二中学束义福
教学目标
知识目标
1、了解能源的概念、分类、了解能源及开发、利用与环境污染的关系。
2、探讨用“物理、化学、生物”的综合知识分析能源问题及解决相关的热点问题。
能力目标
1、学会处理“理、化、生”综合问题的方法，培养学生综合分析问题的能力。
2、培养学生“悟学、创新”的高层次学习习惯和能力。
情感目标
1、提高学生的爱国主义、辩证唯物主义观点。
2、增强环保意识和社会责任感。
教学重点学会用“理、化、生”综合知识分析并解决与能源相关的热点问题。
教学难点：培养学生综合分析和解决问题的能力。
教学器材：多媒体计算机、投影显示仪。
教学过程
一、[新课引入]
能源：能够提供可利用能量的物质。能源是现代社会生活的重要物质基础，能源和信息、材料是科学技术三大支柱。
提问：同学们，我们知道，人类的衣食住行都离不开能源，那么，据你所知，自然界中有哪些能源呢？（生答：煤、石油、天然气、水能、风能、太阳能、核能、海洋能、地热能等）。
讲授：我们常把煤、石油、天然气等能源叫常规能源，把核能、太阳能、海洋能、地热能等能源叫新能源（边讲边用大屏幕展示各种形式的能源）。
风力风车机发电机
水力水轮机械电动机
能电能
常
规天然气
能石油燃烧热机电热器
源煤
内能
新地热能
能海洋能
源核能核反应堆
太阳灶
太阳能光电池
二、新课讲授
现代工农业生产中，大规模使用的是煤、石油、天然气等能源。请大家新阅读材料一、二、三并思考有关问题。（大屏幕展示材料和问题如下）：
材料一：
发电厂及生活、生产用的煤炭燃烧时产生二氧化硫、三氧化硫等物质，使雨水的酸度升高，形成酸雨；汽车尾气含有的氢氧化物也会形成酸雨。酸雨是世界性的瘟神。它使北美、北欧的千百个湖泊成为死湖，湖中的鱼虾贝全部死绝；它使森林大批地枯死，绿色的森林变成了枯林；它淋洗了土壤中的钾、磷等营养元素，使农作物大幅度地减产，单是中国的酸雨，就减产了63亿千克粮食；它使古老的文物毁坏，著名的埃及狮身人面像、印度的仄姬陵、英国的圣保罗大教堂、中国四川的乐山大佛和北京的故宫等，都受到不同程度的侵蚀。
酸雨更危害着人类的健康。酸雨增多，使大地中的铝原子不断地溶入水中，并通过饮水进入人体。它影响了人的中枢神经系统，造成老年痴呆病的增加；它使人的呼吸系统患疾病。
石油和煤炭燃烧时产生的二氧化碳增加了大气中二氧化碳的含量，由此产生了“温室效应”，使得地面的气温上升，南极的冰雪融化，海洋面上升，淹没沿海城市，海水向河流倒灌，耕地盐碱化。
内燃机工作时的高温给空气中及燃料中氮、氧、碳、氢等物质发生化学反应，产生的氮氧化合物和碳氢化合物在大气中受到阳光中强烈的紫外线照射后产生的污染物质——光化学烟雾；其主要成份的臭氧。二氧化硫、氢氧化物、臭氧以及未完全燃烧时产生的一氧化碳都是有毒气体，能引起人的多种疾病。
材料二：煤、石油、天然气是多年来大规模使用的能源，它们各自的主要成分为C，CnH2n+2、CH4。
材料三：地球上捕获太阳能的生物主要是绿色植物，绿色植物通过光合作用把太阳能转化为化学能。经实验测定：绿色植物光合作用时，每放出1个氧分子要吸收8个波长为6.88×10-7m的光子，同时每放出1molO2，植物储存469kJ的能量。
分析思考：
1、写出煤、石油、天然气燃烧过程的化学反应方程式。指出它们质量相同时哪种燃料的燃烧对环境造成的负面影响（产生温室效应）最小？
2、写出光合作用的总反应式。光合作用产生的氧气中的氧来自于参加反应的哪种物质？绿色植物的能量转化效率约为多少？（h=6.63×10-34J·s）。
板书：煤、石油、天然气燃烧过程的化学反应方程式。（由学生回答）
讲授：我们看到，煤、石油、天然气燃烧均可产生CO2，由材料一可知CO2是引起温室效应的主要原因。那么，相同质量的煤、石油、天然气燃烧谁对环境的负面影响最小呢？（启发学生通过计算相同质量的煤、石油、天然气燃烧产生的CO2质量，从而比较得出燃烧天然气对环境的负面影响最小的结论。）
讲授：随着煤、石油、天然气等燃料消耗日益增多，产生的CO2也越来越多，与此同时，森林面积大幅度减少，使绿色植物吸收CO2的功能大为减弱，从而加剧了温室效应，而日益加剧的温室效应应会使气候恶化，自然灾害增加，为人类和生物带来不定期的灾难，所以我们必须控制温室效应。
追问：那么我们可以采取哪些可行措施呢？（生答：一可合理开发和利用能源，减少CO2的排放，二可大力植树造林，加强绿色植物吸收CO2功能）。
反问：那么绿色植物是怎样吸收CO2的呢？（生答：通过光合作用）请写出光合作用的总反应式。（板书光合作用总反应式）
讲授：我们看到，绿色植物通过光合作用吸收CO2，释放CO2改善了环境，同时又把太阳能转变成了化学能储存到有机物中，供人类和生物使用。请根据有前材料计算绿色植物的能量转化效率。（板书计算过程）
提问：刚才我们讲过，减少CO2排放也可控制温室效应。开发使用哪些能源可以减少CO2的排入，或无CO2产生呢？（生答：水能、风能、海洋能、核能、太阳能等）
我国水域辽阔，水能资源丰富，所以我们可以利用水位落差将水的热能转变成电能，供生活、生产使用，目前我国正在兴建的“三峡工程”就是利用水能发电的典范。请思考下下，“三峡工程是怎样将水能转变成电能的，并试着画出简单设计图。（引导启发学生画出水力发电站的简单模型图，并利用大屏幕给学生展示“三峡工程”的模拟效果图）。
提问：现若有一个小型水力发电站，平均流量为5(m3/s)，落差为3（m），发电效率为70%，则全年发电量是多少kWh？（上游水的流速忽略）（板书解题过程）
讲授：我国不仅具有丰富的水能资源，而且具有丰富的海洋能资源，那么我们怎样来利用海洋能呢？请大家阅读材料四并思考有关问题。（大屏幕展示材料和问题如下）：
材料四：海洋占地面积的71%，它接受来自太阳的辐射比陆地要大的多，根据联合国教科文组织提供的材料显示：全世界海洋能大，海洋潮夕是由于月球和太阳引力的作用而引起的海水周期性涨落现象，理论证明：月球和太阳对海水的引潮力、?月潮、?日潮分别与
M月、M日成正比，与r3月地、r3日地成反比，即：?月潮=K（M月/r3月地）、?日潮=K（M日/r3日地）。
海水潮汐能的大小随潮差而变，潮差越大则潮汐能越大。加拿大的芬迪湾、法国的塞纳河口、我国的钱塘江、印度和孟加拉国的恒河口等等都是世界上潮差较大的地区。1980年我国建成的浙江温岭县江夏潮夕电站年发电量为1100万瓦，规模居世界第三，仅次于法国的朗斯潮夕电站和加拿大安纳波里斯潮汐电站。
分析思考：
已知M月=7.35×1022kg,M日=1.99×1030,r月地=3.84105km,r日地=1.50×108km。试根据所给数据解释：为什么月球对潮汐现象起主要作用？
启发引导学生从材料中获取有关信息解决有关问题，并总结处理大容量信息题的思维方法。
讲授；随着社会经济的高速发展，人们迫切需要大量的能源，核能就是一种受人闪普遍重视的新能源。请大家阅读材料五并思考有关问题。（大屏幕展示材料和问题如下：）
材料五：随着社会经济的发展，迫切需要大量的能源，核能作为第三次技术革命的标志之一受到人们普遍重视。核电站采用核反应堆中的重核裂变，释放出巨大的核能转化成电能。
分析思考：
1、完成下面的核反应方程式：
（）反中微子（反中微子的质量数和电荷数均为零）。
2、核电站在热量传递循环系统中，应用了钾合金作为传热介质。试根据钠钾合金的性质说明这一应用的两点理由。
3、核反应除释放出巨大的能量外，还可以用来生产各种放射性同位素。请分别阐明放射性同位素的诱变育种和临床治癌原理。
启发学生根据材料所给信息并结合所学知识解释有关问题。
讲授：“大海航行靠舵手，万物生长靠太阳”。那么太阳能又是怎样产生的呢？请大家阅读材料六、七并思考有关问题。（大屏幕展示材料和问题如下）：
材料六：事实上地球上的绝大部分的能量都来自于太阳能，太阳时刻都在向其周围喷射着巨大能量。太阳辐射的能量实际上是由质子所参与的一系列反应所产生的，而这一系列的反应效果相当于热核反应。
分析思考：
1、请完成热核反应方程式：_________。
2、若1克氢完全聚变，能释放多少焦的能量？相当于多少吨煤完全燃烧放出的能量（煤的燃烧q=8000千卡/千克）。已知氢核质量为1.008142u,氦核质量为4.001509u。
材料七：太阳与地球的距离为1.5×1011m，太阳光以平行光束入射到地面，地球表面2/3的面积被水面所覆盖，太阳在一年中辐射到地球表面水面部分的总能量W约为1.87×1024J，设水面对太阳辐射的平均反射率为7%，而且将吸收到的35%能量重新辐射出去，太阳辐射可将水面的水蒸发（设在常温常压下蒸发1kg水需要2.2×106J的能量），而后凝结成雨滴降落到地面。（地球半径R=6.37×106m）
（1）估算整个地球表面的年平均降雨量。（以毫米表示，球面积为）
（2）太阳辐射到地球的能量中只有约50%到达地面，W只是其中的一部分，太阳辐射到地球的能量没有全部到达地面，这是为什么？请说明两个理由。
材料八：火箭可用肼（）作燃料，肼作火箭的推进剂，用作氧化剂。
（1）为什么看到火箭尾部为一片桔红色的烟雾？
师生共同讨论解释：与两者反应生成氮气和水，但喷出时有部分来不及反应而被喷出，所以我们看到的火箭尾部总有一片桔红色的烟雾。
（2）有人认为用代替作氧化剂，1mol反应后放出的能量更大，你认为正确吗？
（3）随着航天事业的不断发展，你如何看待使用、等氧化剂？从长远来看航天燃料可选择何种燃料？
[讨论]学生讨论得出、会造成一些列污染，不宜长期使用。（由实例让学生看到解决自然科学问题不能仅仅考虑性能、经济、还应考虑环保）长远来看航天燃料可选择何种燃料？（氢燃料）氢燃料有哪些好处？（无污染——燃料产物是水、热效应大——由热化学方程式可知、经济——能质比大、来源广——太空中也存在大量氢）
[主板书]性能、经济和环保的综合
[小结]环保意识是现代意识的体现，我们追求性以、经济、环保的综合，实际上就是要提高性能、降低成本、力求人与自然的和谐发展，因此我们追求性能、经济、环保的综合是我们自然科学必须要培养的价值观。
[副板书]自然科学的价值观：性能、经济和环保的综合。
[总结]综上所述，我们必须要培养自然科学正确的科学观和价值观，才能找到正确的解决自然科学问题的方法。
讲授：通过上面的学习，我们发现，能源的开发和利用过程，实质上是各种形式的能之间的转化的过程，同时又遵循能的转化和守恒定律。下面让我们一起来总结各种形式的能是怎样通过各种方式进行转化的。（学生总结的同时，用大屏幕展示能的转化和利用一览表，见附图）。
科学技术，是一把双面刀，它对于生态环境起着双重的作用。一方面，随着科学技术的发展，带来了一系列的生态和环境问题。杀虫剂在杀灭害虫的同时，引起了生物的大量死亡。汽车是科技带来的一种重要的交通工具，但是，汽车的尾气又引起了大气的污染和酸雨形成。核研究为人们带来了能源的、医学的革命，但是，又造成了严重的核污染。
不过，科学技术又是防止污染、克服污染的重要手段，运用先进的科学技术，能有效地发现污染，避免、减少和克服污染，又离不开科学技术。现代科学正在发展绿色科技和绿色产业，以用于对付环境的污染和生态的破坏。这里，科学技术又充当着生态环境的保护神的角色。
三、课堂结语
同学们，这堂课我们学习了能源和环境，通过学习，我们真切地感到；能源是进行社会主义现代化建设的重要保证，也是提高人民生活水平的重要物质基础。希望大家努力学习，将来在能源科学技术领域中为祖国现代化建设作出贡献！同时，我们每个人都要提高环保意识，讲究生态伦理，如果欠每个人都能爱护环境、保护环境，地球的未来将碧空常蓝、绿水长流，人类的生活更加美好！
四、课后练习
能源是人类社会活动的重要物质基础，任何国家发展生产、巩固国防、提高人民生活水平，都离不开能源的支撑。能源与人类现代生活的关系非常密切。
1、能源可分为一次能源和二次能源。自然界中以现成形式提供的能源称为一次能源，需要依靠其他能源的能量间接制取的能源称为二次能源。下列叙述正确的是（）
A、电能是二次能源B、水力是二次能源
C、天然气是二次能源D、焦炉气是一次能源
2、氢气是一种高效而没有污染的二次能源，它可以由自然界中大量存在的水来制取：。关于用水制取氢气，以下研究方向不正确的是（）
A、设法利用太阳能使水分解产生氢气
B、寻找高效催化剂，使水分解产生氢气，同时释放能量
C、寻找特殊化学物质和水作用制得氢气
D、利用某些微生物、藻类的光合制氢作用使水产生氢气
3、第二次科技革命时期，广泛应用的能源是（）
煤②电力③石油④原子能
A、①②B、②③C、③④D、①④
4、太阳能是无污染、不需要开采费用的能源，而且取之不尽，用之不竭。太阳能的产生主要来自太阳内部的（）
A、化学反应B、放射性衰变
C、重核裂变反应D、轻核聚变反应
二、环境污染可通过多种途径和方法加以综合治理
1、下列保护臭氧层措施中合理有效的是（）
A、人工制备大量臭氧释放到高空中B、减少排放氟氯烃
C、向大气中补充氮氧化合物D、减少二氧化碳的排放量
2、下列实验尾气处理方法不正确的是（）
A、将含的尾气用导管通入盛有蒸馏水的烧杯中
B、将含的尾气用导管通入盛有溶液的烧杯中
C、将含的尾气用导管通入盛有NaOH溶液的烧杯中
D、将含CO的尾气用尖嘴导管放在酒精灯火焰处
3、据《中国环境状况公报》载：1992年长江干支流在评价的8831km河流中，水质符合一、二类标准的只占58%，下列做法不利于保护长江水资源的是（）
A、严禁乱砍滥伐两岸树木
B、两岸工厂废水经处理达标后向长江排放
C、船上垃圾集中到岸上处理
D、在江边建立垃圾站，集中堆垃圾
[课后记]
建议参考书目：
《现代科学技术讲座》第三册朱永超等编上海科技出版社1999.7
“为核能说几句”吴正铠《百科知识》1985.3
“核电前途无量”诸葛蒿《知识就是力量》1995.8
“大亚湾核电站及有关知识简介”孙家宁等《物理教学》1996.5
231500安徽省庐江第二中学束义福
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