高中物理教学大纲中明确提出:物理教学要密切联系实际,联系实际的对象包括自然现象,现代生活科学实验,各种产业部门中的实际问题,以及现代科学技术的发展等。要注意联系当前普遍关心的社会经济问题,如能源、环境等问题,使学生理解物理学与技术进步、社会发展的关系,从更广阔的角度认识物理学的作用,要培养学生的应用意识,既重视科学家的发现,又重视发明家的发明,要引导学生关心实际问题,有志于把所学物理知识应用到实际中去。
　　高中学生已经历几年的物理学习过程了,有了一定的物理学基础,具备了一定的分析、解决实际问题的能力。因为高中阶段的能源教育不仅局限于知识、概念的一般性介绍,而是更加深入地把物理现象与所学知识相联系,让学生从原理、结构上真正了解与能源相关问题的本质。本人在此将多年教学中的一些想法与大家进行交流。
　　一、课堂教学
　　在学习了必修二《机械能守恒定律》这一章后,我们可以就势能与其它形式能的转化引导学生进行探讨,对书上的课题研究的问题也应真正拿出来让学生进行思考。
　　1.潮汐发电包含了哪些能量转化过程?
　　2.要建造一个潮汐电站,需要具备哪些自然条件?我国哪些地区适合建造潮汐电站?
　　3.讨论潮汐电站的优点和缺点。
　　还可以补充一下身边的事例加以强化:如一种新型节能电梯,在电梯满载下行和轻载上行时,采用双PWM变压调频调速技术将重力势能转化为电能,单项节能率可达30%以上。学生通过这一部分内容的学习,可以深刻地理解势能与其它形式的能的转换过程。
　　在《能量守恒定律与能源》这一节的学习过程中要重点解决学生的一个疑惑:既然能量是守恒的,不可能消灭,我们为什么还要节约能源?煤炭、石油等一类能源经过燃烧变成了二类能源——电,在这些能源使用后,最终都转化成了内能,散发到环境中去了,这些耗散的能源无法再回收再利用,能源耗散表明,能源在使用的过程中,总和虽然保持不变,但在可利用的品质上发生了变化,即由便于利用的变成不便于利用的,这也是一种深层次的能源危机。所以“能量虽然守恒,我们还要节约能源”。
　　在学习了选修3-1《闭合电路的欧姆定律》这一节后,让学生了解初中学习的电源都是理想化的情况,实际上电源都是有内阻的,它们也会消耗电能,这就是电池用久了会发热的缘故,这也给学生提供了一个新的认识,在电源的设计过程中要尽可能地减小内阻,从而减小能源的耗散。
　　减小能源损失的情况在《变压器》这一章也有所体现,尽管为了便于计算,高中阶段都把变压器进行理想化处理,认为它的转换效率达到100%,但实际使用过程中是有能量损耗的。变压器的线圈都绕在铁芯上,线圈中流过变化的电流,在铁芯中产生的涡流使铁芯发热,浪费了能量,还可能损坏电器。因此,我们要想办法减小涡流。途径之一是增大铁芯材料的电阻率,常用的铁芯材料是硅钢,它的电阻率比较大。另一个途径就是用互相绝缘的硅钢片叠成的铁芯来代替整块硅钢铁芯。同时介绍一下最新技术,我国已研制出某种非晶合金,利用该材料制作出的铁芯来装配变压器,可以大大降低能源损耗。
　　在学习《电能的输送》这一节时,首先要让学生认识到远距离输电过程中存在损耗,更正学生在初中形成的导线的电阻忽略不计、几乎没有能量损失的错误观念,给出具体的数据,让学生认识到电力传输中节能的重要性,从而提出如何减少电能损耗的问题,让学生进行思考,学生在讨论的基础上,得出解决问题的方案,即从二个方向进行解决:
　　(1)减小输电线电阻:
　　R=p·■{使用电阻率小的铜铝来制作输电导线;减小距离,尽量使用直线(由于输电距离要保证,不可行);增大S,但只能适当增大}
　　(2)减小I,在保证一定传输功率的情况下,提高输送电压。
　　现行的高压输电就是采用的这个原理。
　　整个高中教材中,象这一节将节能需求与解决方案完美结合的课程是不多的,所以从能源教育的意义上来讲,这一节的内容是非常难得的,需要多下功夫,将这一节的内容讲好、讲透,真正实现这一节课程的实际功效。
　　在《重核的裂变》这一节课中,沿着重核裂变→链式反应→核反应堆(可控链式反应)→核电站这条主线展开。结合核电站的教学,适当介绍世界上各发达国家以及一些发展中国家和地区在核能发电上取得的进展,介绍我国广东大亚湾和浙江秦山核电站的有关情况,指明发展核电站以适应对能源日益增长的需要是一种必然的趋势,使同学们能够正确认识我国对发展核电站建设采取的政策和措施。在《核聚变》这一节课中,主要说明聚变这一获得核能的又一重要途径、聚变的优点以及目前的研究进展。人类对聚变的研究已取得了一定的成果,但尚未能和平利用。人类能利用核聚变的能量主要是太阳能,它是在太阳内部发生的核聚变释放的能量。目前人类主要是使用太阳能电池,将太阳能转化成电能。还可简单介绍一下当前世界上太阳能电池的发展状况,对学生投身新能源研究提出要求和鼓励。
　　在本章还可以介绍一下新型电池——核电池,它是将放射性元素的核能转变成电能的装置,可从原理上介绍几种不同类型的核电池。核电的优点:具有结构紧凑,运行可靠,不受周围环境影响,能长期工作而无须看管等优点,可用于宇宙航行、空间考察、海上灯塔、海底电缆(增音器)、沙漠、高山和险滩中的自动气象站、地震观测站等,5-10年不需要更换电源。医用的心脏起搏器也要使用核电池。
　　应该说与能源教育相关的内容在课本中还有很多,需要我们多多挖掘,多作介绍,为学生深入接受能源教育打下基础。
　　二、习题教学
　　将能源教育的内容与习题相结合,即是对课本基本知识的强化,又是对课外知识的充分补充,一些与节能减排需求结合比较紧密的题目常常在高考中出现。下面以几个简单的例子加以说明。
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　　例1:(2001年上海高考第33题)随着人类能源消耗的迅速增加,如何有效地提高能源利用率是人类所面临的一项重要任务。图1是上海“明珠线”某轻轨车站的设计方案,与站台连接的轨道有一个小的坡度。请你从提高能源利用效率的角度,分析这种设计的优点。
　　解析:列车进站时,利用上坡使部分动能转化为重力势能,减少因为刹车而损耗的机械能;列车出站时利用下坡把储存的重力势能又转化为动能,起到节能作用。虽然看上去小小的坡度所节省的能量并不多,但是长期、大量的列车使用的话所节省的能源就相当可观了。
　　例2:(2006年江苏省高考第10题)我省沙河抽水蓄能電站自2003年投入运行以来,在缓解用电高峰电力紧张方面,取得了良好的社会效益和经济效益。抽水蓄能电站的工作原理是,在用电低谷时(如深夜),电站利用电网多余电能把水抽到高处蓄水池中,到用电高峰时,再利用蓄水池中的水发电。如图2,蓄水池(上游水库)可视为长方体,有效总库容量(可用于发电)为V,蓄水后水位高出下游水面H,发电过程中上游水库水位最大落差为d。统计资料表明,该电站年抽水用电为2.4×108kW·h,年发电量为1.8×108kW·h。则下列计算结果正确的是(水的密度为ρ,重力加速度为g,涉及重力势能的计算均以下游水面为零势能面)
　　A.能用于发电的水的最大重力势能Ep=ρVgH
　　B.能用于发电的水的最大重力势能Ep=ρVg(H-■) ?
　　C.电站的总效率达75%
　　D.该电站平均每天所发电能可供给一个大城市居民用电(电功率以105kW计)约10h
　　这一道关于抽水蓄能发电的题目,学生通过分析计算可更加深刻地了解水力发电的实际意义。
　　例3:两节干电池电动势均为1.5V,其中一节新电池内阻为0.4Ω,一节旧电池的内阻为16Ω。现在将二节电池串联,并向标有“3V,2.5W”字样的小电珠供电,试分析这种做法是否能省电?(即指节约电能),就你的结论进行简要的论证。
　　学生通自己的计算得出结论:新旧电池混用并不能起到节约电能的效果。这样的习题在能源教育中就具有很高的价值,一方面考查了学生的基本概念、基本公式的掌握情况,另一方面又为学生正确使用能源打下基础,用科学的方法告诉学生,生活中一些常见的“节省的好习惯”也存在着误区。
　　例4:某同学设计了一个路灯自动控制门电路如图3所示:天黑了,让路灯自动接通,天亮了,让路灯自动熄灭。图中R0是光敏电阻,有光线照线时,光敏电阻会显著地减小。R是可调电阻,起分压作用。J为路灯开关控制继电器。
　　(1)请在虚线框内填入需要的门电路符号。
　　(2)如果路灯开关自动接通时天色还比较亮,需要调节自动控制装置,使得它在天色更暗时才会自动接通开关,应如何调节R?说明道理。
　　通过对这一习题的详细讲解,让学生了解门电路在路灯控制中的巧妙应用,深入了解科学技术在节能中的应用。同时可对路灯的最新发展情况向学生进行介绍:如太阳能路灯,风电路灯等。
　　当然能源教育渗透在教学的方方面面,我们还可以在课外活动中加以引导,在具体活动的过程中,学生们的很多想法很有创意,也有许多闪光点,需要老师及时加以总结和引导。让学生发挥聪明才智,把自己学到的知识与实际应用结合起来。