人教版高一物理必修2第七章机械能守恒定律：7.10 能量守恒定律和能源 教案设计

能量守恒定律与能源【教学目标】1．理解能量守恒定律，知道能源和能量耗散。

2．通过对生活中能量转化的实例分析，理解能量守恒定律的确切含义。

3．用能量的观点分析问题应该深入学生的心中，因为这是最本质的分析方法。

4．感知我们周围能源的耗散，树立节能意识。

5．学生在学习了机械能守恒定律之后拓展到能量守恒是不难接受的，特别是学生通过对自然界的认识、生物课的学习、化学课的学习，都学到了很多种类的能量，在这节课中把这些能量间的关系综合起来是有很大意义的。

【教学重点】1．能量守恒定律的内容。

2．应用能量守恒定律解决问题。

【教学难点】1．理解能量守恒定律的确切含义。

2．能量转化的方向性。

【教学思路】通过阅读让学生体会自然界中能量的确良转化与守恒关系，鼓励学生得出问题，理解能量品质、能量耗散等概念。

新课程更多地与社会实际相联系，鼓励学生提出问题。

本节“思考与讨论”对能源问题做了讨论，这是一个质疑的范例。

它引导我们考虑能量转化和转移的方向性。

从物理学的角度研究宏观过程的方向性，在现阶段只需用一些简单的实例，让学生初步地体会一下就可以了。

例如：摩擦力做功的过程，要损耗机械能而生热，产生的热不可能全部转化为机械功。

在其他的宏观过程中也是如此，例如：两种气体放到一个容器内，总会均匀地混合到一起，但不会再自发地分离开来。

通过实例说明。

在能量的转化和转移过程中，能量是守恒的，但能量的品质却降低了，可被人直接利用的能在逐渐减少，这是能量耗散现象。

所以，能量虽然守恒，但我们还要节约能源。

【教学方法】教师启发、引导，学生自主阅读、思考，讨论、交流学习成果。

【教学准备】玻璃容器、沙子、小铁球、水、小木块。

【拓展延伸】地热什么是地热资源地球是一个巨大的热库，它由地壳、地幔和地核组成。

我们知道越往地下温度越高，地热就是指地球内部蕴藏的能量。

从地球表面往下正常增温梯度是每1000米增加25—30℃，在地下约40公里处温度可达到1200℃，地球中心温度可达到6000℃。

由于构造原因，地球表面的热流量分布不匀，这就形成了地热异常，如果再具备盖层、储层、导热、导水等地质条件，就可以进行地热资源的开发利用。

地热资源可以按多种方式分类。

按赋存状态可分为水热型（可进一步划分为蒸汽型和热水型地热资源）、干热岩型和地压型地热资源；按技术经济条件可分为浅于2000米的经济型地热资源，和2000米至5000米的亚经济型地热资源；按成因可分为现（近）代火山型、岩浆型、断裂型、断陷盆地型和凹陷盆地型等；按温度可分为高温和中低温地热资源，其中大于150℃的高温地热资源带主要出现在地壳表层各大板块的边缘，如板块的碰撞带、板块开裂部位和现代裂谷带，小于150℃的中、低温地热资源则分布于板块内部的活动断裂带、断陷谷和凹陷盆地地区。

地热资源赋存在一定的地质构造部位，有明显的矿产资源属性，因而对地热资源要实行开发和保护并重的科学原则，北京的地热资源储量及分布，北京地区赋存有丰富的地热资源，根据北京平原区地热地质构造格局、主要断裂构造展布方向、热储层埋深及地温场特征，北京市平原具备地热开发利用条件的地区分为：延庆、沙河、小汤山、北京城区、良乡、天竺、后沙峪、李遂、双桥、凤河营这10个地热田。

北京的地热有了长足的发展，已查明的地热田面积超过了1000平方公里。

投入开发利用的地热田有：东南城区、小汤山、顺义、良乡以及延庆。

开凿成功的地热井有300余眼，出水温度在40—88℃之间，出水量达到1000方/日，开凿深度一般在2000米左右。

近年来随着房地产和旅游业的快速发展，也加速了地热资源的开发利用，热水井的开凿深度也由2000米增加到了3000米，有的甚至达到4000米。

北京平原地区具有地热开发利用条件的2372kM²范围内，每年可采地热水总量为1．087×108m³，可利用总热量1．903×1013KJ，仅相当于全部储存热量3．219×1017KJ的0.006%，其资源的潜力是十分巨大的。

北京的地热温泉水中富含有各种微量元素，其中锶、锂、偏硅酸已达到天然矿泉水标准，铁、氟等化学元素达到了医疗矿水标准。

PH值在7．5左右，属于偏碱性，矿化度较低，属于比较优良的地热温泉水。

地热资源是集热、矿、水三位一体的清洁而宝贵的矿产资源，在市政府治理大气污染、改善空气质量、举办2008年奥运会的今天，选择地热水用于采暖、洗浴、文化娱乐、医疗、种养殖等，越来越受到各单位的欢迎。

据介绍，世界上只有6个国家的首都具有地热资源，北京是具备开采条件的城市之一。

北京已发现有10个低温地热田，大多地热井水温约为50℃左右，个别达到70℃以上。

市内8个主要城区的地下都有热源，预计每年可以开采地下热水近1200万立方米，可以利用的热量折合成标准煤相当于9万多吨。

地热资源按温度可分为高温、中温和低温三类。

温度大于150℃的地热以蒸气形式存在，叫高温地热；90℃-150℃的地热以水和蒸气的混合物等形式存在，叫中温地热；温度大于25℃、小于90℃的地热以温水（25℃-40℃）、温热水（40℃-60℃）、热水（60℃-90℃）等形式存在，叫低温地热。

高温地热一般存在于地质活动性强的全球板块的边界，即火山、地震、岩浆侵入多发地区，著名的冰岛地热田、新西兰地热田、日本地热田以及我国的西藏羊八井地热田、云南腾冲地热田、台湾大屯地热田都属于高温地热田。

中低温地热田广泛分布在板块的内部，我国华北、京津地区的地热田多属于中低温地热田。

地热能的利用主要有两种方式。

中低温地热一般直接利用，即地热采暖、温室等，目前北京市地热利用就是这种方式。

另一种是将高温地热转化为蒸汽，进而发电。

lC _s在我国，高温地热资源（温度高于150℃）主要集中在西藏南部、云南西部和台湾东部。

我国最大的西藏羊八井地热电站，装机容量达25兆瓦，占拉萨电网供电量的一半左右。

与相对集中的高温地热不同，温度低于150℃的中低温地热资源则遍及全国各地，可以说整个中国大陆就是一个巨大的“地热田”。

尤其是东部沿海地区储埋藏浅、水质好，同时又多处在人口集中、城镇密布的地区，地热水的利用价值更高。

专家们最看重的是其作为可替代能源具有清洁、无污染及经济效益好的特点。

国际上也普遍利用地热资源。

爱尔兰几乎全部家庭和大楼都用地热。

美国和新西兰的许多城市也在使用地热采暖，还有不少地方用地热加热温室。

有专家预计，如果有效开发地热能源，地热能将供应全世界所需用电与热量的25％—50％。

高温地热能主要用于发电，中低温地热能一般可直接利用（供热、温室、旅游和疗养等）。

在人们日益关注全球气候变暖和矿物燃料利用带来的各种环境污染的今天，地热能作为一种清洁、无污染的能源而备受各国重视。

地下热水和地热蒸气是由地球表面的大气降水渗漏到地壳下面，在地下不同深处被热岩体加热了所形成的。

地下水的深处循环和来自极深处的岩浆侵入到地壳后，把热量从地下深处带至近表层。

在有些地方，热能可随断层裂缝自然涌出，以热蒸气和热水的形式到达地面。

这些天然出露的地下热水或蒸气叫做温泉。

温泉是在当前技术水平下最容易直接利用的一种地热资源。

地热开发热背后的隐患。

地热是一种宝贵资源，如果不开采而任其沉睡地下，并不会增值，是对资源的浪费。

但如果缺少统筹计划而一哄而上，乱开乱采，也很容易造成资源的巨大浪费甚至破坏环境。

地下热水位于地层深处，形成过程长，开采后难以用天然降水迅速补给。

开采过多会造成资源枯竭，水位下降。

已经有专家指出，地热的开发热将诱发地震。

地热水是地球壳体的重要组成部分，具有缓冲地基岩石板块应力的作用，并承受和分散地表压力。

地下热水在被人类强行钻透深部岩层采集抽吸后，因自然降水难以进入地下热水库存，不可避免地产生空隙，导致大地的稳定性受到破坏。

在山脉地区和城市高层建筑密集区域，地表压力更大，因此该区域的地下热水资源受破坏程度，将直接威胁到地理稳定性。

一些专家指出：有的开发商不顾水文地质条件强行打井。

在上个世纪70年代，北京的地热井一般只打到1000米深，而现在很多井打了3000多米，甚至4000米才出水。

有的开发商的态度是：不管花多少钱，我的楼盘在这里我就要在这里打井。

这样打的井已经很不经济。

北京没打出水的井已有10多口，最典型的一口井打到4070米也没出水，因钻机的能力达到极限而作罢。

这种穷尽耗竭式的开采会破坏地质结构。

目前的地热温泉开发热还造成地质勘探队伍的不稳定。

据业内人士介绍，地质勘探队原来都有各自的专业分工，有的负责找煤矿，有的负责找铁矿，如此等等。

从90年代后，地矿系统也走向市场化，地热开发的热潮使得地矿队纷纷转向水文地质。

这种现象在全国很普遍，长此下去，将影响国家的后备资源储备。

有专家认为，实事求是地讲，任何情况下，即使从技术上来说地热能也不是可再生能源。

但如果有限度的开采，热量提取的速度不超过补充的速度，并采取回灌措施，那么地热能便可以再生。

中国能源研究会地热专业委员会副秘书长郑克棪告诉记者，地热开发已出现过度开采。

天津由于冬季大量抽取地热水用于供暖，每年地热水位下降2米。

西安近年有大批洗浴场非法开采地热水，每年地热水位下降达5米。

北京每年下降1米至1．5米，略微超过了国家标准允许的1米。

郑克棪副秘书长认为，现在我们应大力提倡地热水回灌，将用过的热水经处理后重新注回到含水层中，可以提高再生的性能，因为这样可以使含水层不枯竭。

这是国际上目前普遍采用的方法。

巴黎大量开采地热供暖，但由于100%的回灌，水位没有下降。

而北京虽然每年开采1000万立方米，目前回灌却只有17万立方米。

据介绍，我国目前尚无统一的地热管理部门，也没有全国性的地热开发规划。

据作者了解，北京市的地热开发规划已出台。

规划要求对地热资源勘察、开发的项目进行严格的审核、登记，开采后必须采取回灌措施，避免地下水损失。

北京市国土资源和房屋管理局地热管理处陈建平处长透露，今后北京市每年地热井开发数量将控制在20眼井左右。

梯级利用和回灌———保护好珍贵的地热。

据业内人士介绍，北京现有的300多口地热井中，超过40%是仅仅用于洗浴。

也就是说，在地下几千米的地方经年累月而形成的宝贵温泉被抽出来后，有40%只被用来洗一下澡就排放掉，任其流走了。

地热的利用方式可以有多种。

据专家介绍，目前国际上提倡对温泉一水多用、梯级利用，除了用于沐浴保健和治疗外，冬天人们可以用温泉直接供暖，也可以用来开发休闲娱乐和旅游，还可以搞温泉种植、温泉养殖，最后还可以搞余热供暖。

北京北苑家园2001年开始采用地热供暖，这是全国最大也是北京首项集中地热供暖项目。

这里居民的取暖及生活用热水，都来自地下热水。