1、高考资源网（） 您身边的高考专家2.4能源与可持续发展素材一、新课标本节知识与大纲教材的对比变化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，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
2、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.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
3、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
4、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.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，学生只是作为课外阅读材料，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
5、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.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
6、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.二、潮汐能的产生及利用到过海边的人都知道，海水有涨潮和落潮现象.涨潮时，海水上涨，波浪滚滚，景色十分壮观；退潮时，海水悄然退去，露出一片海滩.我国古书上说：“大
7、海之水，朝生为潮，夕生为汐.”那么，潮汐是怎样产生的？古时候，很多贤者都探讨过这个问题，提出过一些假想.古希腊哲学家柏拉图认为地球和人一样，也要呼吸，潮汐就是地球的呼吸.他猜想这是由于地下岩穴中的振动造成的，就像人的心脏跳动一样.随着人们对潮汐现象的不断观察，对潮汐现象的真正原因逐渐有了认识.我国古代余道安在海潮图序一书中说：“潮之涨落，海非增减，盖月之所临，则之往从之.”汉代思想家王充在论衡中写到：“涛之起也，随月盛衰.”他们都指出了潮汐与月球有关系.到了17世纪80年代，英国科学家牛顿发现了万有引力定律以后，提出了潮汐是由于月球和太阳对海水的吸引力引起的假设，从而科学地解释了潮汐产生的原因
8、.原来，海水随着地球自转也在旋转，而旋转的物体都具有离开旋转中心的倾向，这就好像旋转张开的雨伞，雨伞上水珠将要被甩出去一样.同时海水还受到月球、太阳和其他天体的吸引力，因为月球离地球最近，所以月球的吸引力较大.这样海水在这两个力的共同作用下形成了引潮力.由于地球、月球在不断运动，地球、月球与太阳的相对位置在发生周期性变化，因此引潮力也在周期性变化，这就使潮汐现象周期性地发生.大海的脉搏，每天都在不停地运动，涨潮时它把海水向岸边冲去，落潮时又把海水退回海中.潮汐这样往复不停地而又有规律地运送海水，就携带了巨大的能量.条条江河归大海，在每条大河出海的河口处，往往会出现汹涌澎湃的潮汐现象，如英国的塞
9、汶河，法国的塞纳河，印度的恒河，巴西的亚马孙河等等著名的河口.最为壮观的是我国钱塘江的潮涌，早就闻名于世.每年农历八月十八日，我国钱塘江都出现一种奇特的潮涌现象.放眼远望，碧海茫茫，天水相连，瞬间汹涌的潮水，前呼后拥，推波助澜，从远到近，由天边滚滚而来.潮声震天动地，其势如万马奔腾，平静的海面上很快地形成十多米高的潮浪，又掀起七米多高的水花，一派“滔天浊浪排空来，翻江倒海山为摧”的壮丽景色.几千年来，钱塘江潮汐总是滚滚而来，默默而去，只作为供人欣赏的自然美景，一直没有开发利用.对于这个得天独厚的自然资源，中国科学家将发挥自己的聪明才智，在二十一世纪时，钱塘江口不光有震天动地的潮汐为游人欣赏，而
10、且有一座座潮汐发电站点缀其间.发电站的水轮机在汹涌澎湃的潮水推动下飞快地运转，把巨大的水能转变成现代化生活中必不可少的电能.潮水缓缓退去时，被钱塘江外大坝上的无数个大闸锁住，水位提高，造成一个个水位的落差，再一次利用其巨大的能量为人类服务.据估计，世界上约有十亿千瓦的潮汐能.我国大陆海岸线长达一万八千多公里，潮汐资源的蕴藏量在二亿千瓦以上.潮汐能潜力是无限的，条条河流都可开发利用，而且对环境无污染，无影响，确实值得人们去探求、思考，为人类所用.三、燃料电池简介1839年英国的Grove发明了燃料电池，并用这种以铂黑为电极催化剂的简单的氢氧燃料电池点亮了伦敦讲演厅的照明灯.1889年Mood和L
11、anger首先采用了燃料电池这一名称，并获得200mA/m2电流密度.由于发电机和电极过程动力学的研究未能跟上，燃料电池的研究直到20世纪50年代才有了实质性的进展，英国剑桥大学的Bacon用高压氢氧制成了具有实用功率水平的燃料电池.60年代，这种电池成功地应用于阿波罗(Appollo)登月飞船.从60年代开始，氢氧燃料电池广泛应用于宇航领域，同时，兆瓦级的磷酸燃料电池也研制成功.从80年代开始，各种小功率电池在宇航、军事、交通等各个领域中得到应用.燃料电池是一种将储存在燃料和氧化剂中的化学能，直接转化为电能的装置.当源源不断地从外部向燃料电池供给燃料和氧化剂时，它可以连续发电.依据电解质的不
12、同，燃料电池分为碱性燃料电池（AFC）、磷酸型燃料电池（PAFC）、熔融碳酸盐燃料电池（MCFC）、固体氧化物燃料电池（SOFC）及质子交换膜燃料电池（PEMFC）等.燃料电池不受卡诺循环限制，能量转换效率高，洁净、无污染、噪声低，模块结构、积木性强、比功率高，既可以集中供电，也适合分散供电.大型电站，火力发电由于机组的规模足够大才能获得令人满意的效率，但装有巨型机组的发电厂又受各种条件的限制不能贴近用户，因此只好集中发电由电网输送给用户.但是机组大了其发电的灵活性又不能适应户户的需要，电网随用户的用电负荷变化有时呈现为高峰，有时则呈现为低谷.为了适应用电负荷的变化只好备用一部分机组或修建抽水
13、蓄能电站来应急，这在总体上都是以牺牲电网的效益为代价的.传统的火力发电站的燃烧能量大约有近70%要消耗在锅炉和汽轮发电机这些庞大的设备上，燃烧时还会排放大量的有害物质.而使用燃料电池发电，是将燃料的化学能直接转换为电能，不需要进行燃烧，没有转动部件，理论上能量转换率为100%，装置无论大小实际发电效率可达40%60%，可以实现直接进入企业、饭店、宾馆、家庭，实现热电联产联用，没有输电输热损失，综合能源效率可达80%，装置为集木式结构，容量可小到只为手机供电、大到和目前的火力发电厂相比，非常灵活.燃料电池其原理是一种电化学装置，其组成与一般电池相同.其单体电池是由正负两个电极(负极即燃料电极，正极即氧化剂电极)以及电解质组成.不同的是一般电池的活性物质贮存在电池内部，因此，限制了电池容量.而燃料电池的正、负极本身不包含活性物质，只是个催化转换元件.因此燃料电池是名副其实的把化学能转化为电能的能量转换机器.电池工作时，燃料和氧化剂由外部供给，进行反应.原则上只要反应物不断输入，反应产物不断排除，燃料电池就能连续地发电.燃料电池被称为是继水力、火力、核能之后第四代发电装置和替代内燃机的动力装置.国际能源界预测，燃料电池是21世纪最有吸引力的发电方法之一.高考资源网版权所有，侵权必究！
