Tải bản chuẩn giáo án chuyên đề Vật lí 10 Cánh diều CĐ 3 Bài 2: Sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả (P1)

HĐ CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV cho HS đọc mục I SGK trang 52 và trả lời các câu hỏi:

+ Những hoạt động nào cần sử dụng năng lượng?

+ Lí do nào dẫn đến nhu cầu sử dụng năng lượng ngày càng lớn?

+ Việc khai thác sử dụng năng lượng không hợp lí có thể gây ra các hậu quả nào?

- GV yêu cầu HS trả lời câu hỏi 1:

Những loại năng lượng nào sẽ bị cạn kiệt theo thời gian?

a. Năng lượng từ khí thiên nhiên

b. Năng lượng gió

c. Năng lượng từ dầu mỏ

d. Năng lượng từ than đá

- GV đặt câu hỏi gợi mở:

+ Trong những loại năng lượng trên, những loại năng lượng nào là nguồn năng lượng tái tạo? Loại năng lượng nào là nguồn năng lượng không tái tạo?

+ Khi sử dụng bừa bãi, quá nhiều nguồn năng lượng không tái tạo sẽ dẫn đến hậu quả gì?

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, hoàn thành các yêu cầu, thảo luận nhóm.

- GV quan sát hỗ trợ.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

I. Nhu cầu sử dụng năng lượng

 Cuộc sống hằng ngày cũng như các hoạt động sản xuất hàng hoá, kinh doanh dịch vụ đều cần sử dụng năng lượng.

 Dân số tăng lên và mức sống ngày càng cao đặt ra nhu cầu sử dụng năng lượng của các nền kinh tế ngày càng lớn.

 Mặt khác, việc khai thác, sử dụng năng lượng không hợp lí có thể gây ô nhiễm môi trường và làm biến đổi khí.

TL Câu hỏi 1:

 Năng lượng từ khí thiên nhiên, năng lượng từ dầu mỏ, năng lượng từ than đá là những năng lượng sẽ dần bị cạn theo thời gian. Vì:

+ Đây là những nguồn năng lượng không tái tạo, chúng phải mất hàng triệu năm, thậm chí là trăm triệu năm mới có thể hình thành, khi con người khai thác bừa bãi, sử dụng quá nhiều thì nguồn năng lượng này sẽ cạn kiệt.

+ Năng lượng gió là nguồn năng lượng tái tạo, gần như vô hạn.

HOẠT ĐỘNG CỦA GV VÀ HS

SẢN PHẨM DỰ KIẾN

Bước 1: Chuyển giao nhiệm vụ:

- GV đặt câu hỏi: Các nhiên liệu hoá thạch được hình thành từ đâu? Cho Ví dụ?

Nhiệm vụ 1: Tìm hiểu về than đá

- GV yêu cầu HS đọc SGK trang 52, tìm hiểu về than đá, trả lời câu hỏi:

+ Khi đốt cháy than đá, lượng nhiệt toả ra như thế nào?

+ Trước đây, than đá được dùng để làm gì?

+ Hiện nay, than được dùng để làm gì?

+ Khai thác và đốt than đá gây ra những ảnh hưởng gì đến môi trường?

- HS trả lời Câu hỏi 2:

 Sử dụng than đá có những ưu điểm và nhược điểm gì?

- GV đặt câu hỏi để gợi mở HS trả lời câu hỏi 2:

+ Than đá dễ hay khó khai thác? Giá thành khi sử dụng công nghệ đốt than như thế nào?

+ Khai thác than gây ảnh hưởng gì đến môi trường?

- HS trả lời tìm hiểu thêm 1: Trong những ngày trời lạnh, sưởi bằng bếp than trong phòng kín có nguy cơ gây ngạt thở, thậm chí tử vong. Bạn hãy tìm hiểu nguyên nhân tại sao.

- GV đặt câu hỏi để gợi ý HS trả lời tìm hiểu thêm 1:

+ Khi đốt bếp than, các khí nào được tạo ra?

+ Nếu trong phòng kín, khi lượng lớn các khí được tạo ra từ bếp than chiếm trọn không gian phòng thì điều gì sẽ xảy ra?  

Nhiệm vụ 2: Tìm hiểu về dầu mỏ

- GV yêu cầu HS đọc SGK trang 53, 54 tìm hiểu về dầu mỏ, trả lời câu hỏi: Dầu mỏ mới được khai thác được gọi là gì

- GV cho HS đọc mục bạn có biết SGK trang 54. GV giới thiệu xe téc chở xăng, dầu tới trạm xăng:

- HS trả lời Câu hỏi 3:

 Sử dụng dầu mỏ có những ưu điểm và nhược điểm gì?

- GV đặt câu hỏi để gợi ý HS trả lời câu hỏi 3:

+ Dầu thô qua quá trình chế biến tạo ra các sản phẩm nào?

+  Hầu hết các phương tiện giao thông vận tải sử dụng xăng, dầu, phát thải khí độc hại nào?

+ Khai thác và chế biến dầu có thể gây ra những hậu quả gì tới môi trường?

- HS trả lời tìm hiểu thêm 2:

+ Bạn hãy tìm hiểu thêm về các cách thu hồi dầu loang: sử dụng phao quây dầu, dùng vật liệu hấp thụ dầu và đốt tại chỗ. Phân tích sự vận dụng của các tính chất, quy luật vật lí trong các cách này.

+ Theo quy định của Chính phủ, phạt cảnh cáo hoặc phạt tiền đối với hành vi sử dụng diệm, bật lửa, điện thoại di động ở những nơi có quy định cấm như ở trạm xăng.

Vì sao không được dùng điện thoại di động ở trạm xăng?

Nhiệm vụ 3: Tìm hiểu về khí thiên nhiên

- GV hướng dẫn HS thảo luận rút ra khái niệm về khí thiên nhiên và công dụng của nó trong đời sống vật chất.

- HS thảo luận trả lời Câu hỏi 4:

Sử dụng khí thiên nhiên có những ưu điểm và nhược điểm gì?

- GV đặt câu hỏi gợi ý:

+ Khí thiên nhiên có để lại tàn dư môi trường không?

+ Quá trình khai thác và phân phối và lưu trữ như thế nào? Tạo ra các khí gì? Gây ảnh hưởng gì tới môi trường?

- GV cho HS tìm hiểu mục bạn có biết để trả lời câu hỏi: Nếu phát hiện rò rỉ khí ga, cần phải làm gì? (nhanh chóng tắt bếp, khoá van bình ga và mở các cửa sổ, cửa ra vào để khí ga thoát ra ngoài.

Nhiệm vụ 4: Tìm hiểu về mưa acid – hậu quả tiêu cực của việc sử dụng quá mức nhiên liệu hoá thạch

- GV chiếu hình ảnh sơ đồ mô tả quá trình hình thành mưa acid, yêu cầu HS mô tả lại quá trình hình thành mưa acid:

+ Các khí NO₂, SO₂ được sinh ra từ đâu? Làm thế nào để các khí này tạo thành acid sulfuric và acid nitric?

+ Độ pH của nước mưa giảm do đâu? Nước mưa có độ pH bao nhiêu được gọi là mưa acid?

- GV cho HS thảo luận và nêu những ảnh hưởng tiêu cực của mưa acid đến môi trường.

- GV đặt câu hỏi thêm: Thảo luận nhóm, đề xuất giải pháp hạn chế mưa acid và giải pháp khắc phục hậu quả mưa acid?

Bước 2: Thực hiện nhiệm vụ:

- HS theo dõi SGK, chú ý nghe, tiếp nhận kiến thức, suy nghĩ trả lời câu hỏi, hoàn thành các yêu cầu.

- GV: quan sát và trợ giúp HS.

Bước 3: Báo cáo, thảo luận:

- HS giơ tay phát biểu, lên bảng trình bày

- Một số HS khác nhận xét, bổ sung cho bạn.

Bước 4: Kết luận, nhận định: GV tổng quát lưu ý lại kiến thức trọng tâm và yêu cầu HS ghi chép đầy đủ vào vở.

II. Sử dụng nhiên liệu hoá thạch

 Nhiên liệu hoá thạch như than đá, dầu mỏ, khí thiên nhiên,... được hình thành nhờ sự phân huỷ xác động vật, thực vật và quá trình biến đổi của địa chất trong hàng triệu năm.

1. Than đá

- Than đá cháy trong không khí toả ra nhiều nhiệt

- Trước đây, than đá được dùng chủ yếu để đun nấu, sưởi ấm, vận hành động cơ hơi nước, đầu máy xe lửa

- Hiện nay, than đá được sử dụng làm nhiên liệu trong công nghiệp nhiệt điện, luyện kim, hoá chất.

- Khai thác than đá tạo ra lượng lớn bụi than, nước thải chứa tro than, kim loại nặng gây ô nhiễm đất, nước.

 Đốt than đá tạo ra các khí độc như SO₂, CO, NO₂,... và bụi mịn gây hại cho phổi, tim và hệ thần kinh của con người.

TL Câu hỏi 2:

- Ưu điểm:

 Dễ khai thác, dễ chế biến, dễ trao đổi mua bán, dễ vận chuyển hơn so với dầu mỏ và khí tự nhiên. Hơn nữa, công nghệ đốt than tương đơn giản, có thể phát triển ở quy mô công nghiệp lớn

- Nhược điểm:

+ Khai thác than đá tạo ra lượng lớn bụi than, nước thải chứa tro than, kim loại nặng gây ô nhiễm đất, nước.

+ Đốt than đá tạo ra các loại khí độc như SO₂, CO, NO₂,... và bụi mịn gây hại cho phổi, tim và hệ thần kinh của con người.

TL tìm hiểu thêm 1:

Khi đốt than, chúng ta có nguy cơ bị ngộ độc khí CO, CO₂, ảnh hưởng trực tiếp đến sức khoẻ của con người nhất là người già, phụ nữ và trẻ em. Khí CO, CO₂ toả ra từ bếp than chiếm trọn không gian phòng kín, rút hết khí oxy, khiến chúng ta không có khí oxy để thở, dẫn đến tử vong. Khí CO hít phải sẽ nhanh chóng ngấm vào máu và lấy đi lượng oxy mà máu cung cấp cho cơ thể, dẫn đến đau đầu, chóng mặt, hoa mắt, cơ thể yếu ớt, buồn nôn, đau ngực,… Nếu hít phải lượng lớn có thể bất tỉnh, tử vong nhanh.

2. Dầu mỏ

- Dầu mỏ mới được khai thác gọi là dầu thô.

TL câu hỏi 3:

- Ưu điểm:

+ Chế tạo ra nhiều nhiên liệu: Khí hoá lỏng, xăng dầu, các sản phẩm hoá dầu như dung môi, phân bón hoá học, chất dẻo, thuốc trừ sâu,...

+ Cung cấp năng lượng cho hầu hết các phương tiện giao thông: xe máy, ô tô, tàu hoả,...

- Nhược điểm:

+ Hầu hết các phương tiện giao thông vận tải sử dụng xăng, dầu, phát thải khí độc hại như carbon monoxide, hydrocarbon, nitrogen oxide và bụi mịn.

+ Chế biến dầu có thể gây ô nhiễm dầu, phát tán kim loại nặng, trong đó có cả chất phóng xạ.

+ Thăm dò ngoài khơi và khai thác dầu làm xáo trộn môi trường biển. Những sự cố tràn dầu đã làm hư hại nghiêm trọng hệ sinh thái tự nhiên.

TL tìm hiểu thêm 2:

Phân tích sự vận dụng các tính chất, quy luật vật lí trong các cách thu hồi dầu loang.

Bản chất vật lí là dầu nhẹ hơn nước nên sẽ nổi lên trên

- Sử dụng phao quây dầu: Các loại phao này có thể cuộn tròn, xả hết khí ra và cất giữ trong kho trên bờ hoặc trên tàu. Trước khi thả xuống để ngăn dầu phải bơm đầy khí vào từng chiếc phao. Trong khi tiếp tục bơm khí vào các chiếc phao sau, phần đầy khí sẽ được một tàu kéo đi theo hướng xác định vây quanh vùng dầu ô nhiễm.

- Dùng vật liệu hấp thụ dầu: hệ vật liệu bọt composite dựa trên việc kết hợp acid stearic với các sợi nano Al₂O₃. Acid stearic vốn là một acid béo, có đặc tính kị nước thân dầu và đặc biệt có khả năng phân huỷ sinh học tốt. Việc gắn kết các phân tử acid stearic với các sợi nano Al₂O₃ cứng chắc sẽ giúp hình thành khung nền cho cấu trúc bọt conposite, từ đó tạo thành vật liệu xốp và kị nước, cho phép vừa có khả năng thu hồi dầu loang nhanh chóng, vừa có đặc tính nhẹ, nổi trên mặt nước, giúp dễ dàng thu hồi vật liệu sau sử dụng.

- Đốt tại chỗ: Phương pháp này có thể loại bỏ hiệu quả 98 tổng lượng dầu bị đổ. Nó hoạt động hiệu quả khi ánh sáng ban ngày với gió nhẹ hoặc ngoài khơi và biển phẳng, lớp dầu đủ dày và cần phải thực hiện nhanh chóng trước khi dầu bị lan rộng hơn. Phương pháp này cũng không thân thiện với môi trường vì nó giải phóng khí độc từ quá trình đốt dầu ra môi trường cũng như gây ra nhiều hệ luỵ cho môi trường sinh thái.

Giải thích việc không được sử dụng điện thoại di động ở trạm xăng:

 Nguyên do chính là hiện tượng bốc hơi ở xăng tạo nên ion tích điện xung quanh cây xăng. Mỗi khi người dùng điện thoại hoặc kết nối không dây như 3D, Wifi hay Bluetooth sẽ làm tăng gấp nhiều lần công suất phát sóng của điện thoại di động. Theo lý thuyết, sự cộng hưởng và tương tác điện từ sẽ dễ dàng gây cháy nổ.

3. Khí thiên nhiên

- Khí thiên nhiên (gas, khí đốt) là hỗn hợp chất khí cháy được, thường tìm thấy cùng với các mỏ dầu.

- Khí thiên nhiên được đốt trong các bếp ga để nấu nướng; trong các lò gạch, gốm, nấu thuỷ tinh, luyện kim loại và trong các lò đốt làm quay tua bin nhiệt điện. Khí thiên nhiên làm nguyên liệu cho ngành hoá dầu, sản xuất ra phân đạm, dược phẩm,...

TL câu hỏi 4:

- Ưu điểm:

+ Khí thiên nhiên được coi là một trong những năng lượng thân thiện nhất với môi trường, vì dư lượng của nó phân tán nhanh chóng trong khí quyển và không nhất quán.

+ Khai thác và phân phối của nó tương đối rẻ. Nó có thể được lưu trữ theo nhiều cách, thích ứng với yêu cầu của người dùng.

- Nhược điểm:

+ Quá trình khai thác, lưu trữ, vận chuyển và sử dụng khí tự nhiên phát thải chất phóng xạ, khí độc CO và khí metan – khí gây hiệu ứng nhà kính mạnh hơn so với CO₂.

+ Rò rỉ khí thiên nhiên có thể gây cháy nổ rất nguy hiểm, tổn hại tài sản và cả tính mạng con người.

4. Mưa acid – hậu quả tiêu cực của việc sử dụng quá mức nhiên liệu hoá thạch

- NO₂, SO₂ được sinh ra trong quá trình khai thác, đốt cháy nhiên liệu hoá thạch, kết hợp với hơi ẩm tạo thành acid sulfuric (H₂SO₄) và acid nitric (HNO₃) trong khí quyển (hình 2.7)

- Khi trời mưa, các hạt acid này tan lẫn vào nước mưa, làm độ pH của nước mưa giảm. Nước mưa có độ pH dưới 5,6 được gọi là mưa acid.

- Mưa acid gây ảnh hưởng tiêu cực đến đất, nước, thực vật, động vật,... trên phạm vi rộng lớn làm tróc sơn, ăn mòn các kết cấu thép, phong hoá các toà nhà, tượng bằng đá.

 Do có độ chua khá lớn, nước mưa acid có thể hoà tan được một số bụi kim loại và oxide kim loại có trong không khí nên còn độc hại hơn nữa.

Giải pháp hạn chế mưa acid:

- Sử dụng các nguồn năng lượng sạch, năng lượng tái tạo để hạn chế các khí thải gây mưa acid.

- Phát triển các giải pháp công nghệ lọc khí thải nhằm phát thải sulfur dioxide (SO₂), các oxide của nitrogen (NO_x) cũng như các khí thải độc hại khác.

Giải pháp khắc phục hậu quả mưa acid:

- Rắc bột vôi để khử độ chua cho đất

- Dùng nước vôi trong để trung hoà acid trong nước.

- Sử dụng bể lọc để lọc nước trước khi dùng làm nước ăn uống sinh hoạt.