关注“低碳”让物理教学紧跟时代步伐

徐建荣

(江苏省昆山第二中等专业学校,江苏昆山 215300)

关注“低碳”让物理教学紧跟时代步伐

徐建荣

(江苏省昆山第二中等专业学校,江苏昆山 215300)

所谓低碳,就是在生产、生活过程中尽量减少温室气体的排放.2009年,新能源和其他能源、环境科技正迅猛发展,全球气候变暖、冰川融化、海平面上升这些字眼,随着电影《2012》的热映仿佛从遥远的未来一下子闯进了我们的生活,令我们心惊胆颤.不仅对未来,甚至对眼下的生活都充满了恐慌.谁能阻止世界末日的到来?电影中的各国政府在不得以的情况下开始联手制造方舟.值得庆幸的是现实中的地球还未到那一地步,地球村的村民们还有能力来拯救我们的家园.哥本哈根气候大会正是在这样的目的下召开,虽然会议的过程更像是一部闹剧,但毕竟让我们都认识到,要阻止世界末日,低碳必将成为一个趋势,一个发展的新方向.物理教学中我们要紧跟时代热点和步伐,努力培养学生的科学素养和时代的责任感.

1 跟踪物理发展前沿,树立全新教育理念

我们在教学中应当让学生体验到物理学是一门发展中的科学,是现代前沿科学中最激励人心的学科之一,这就要求我们每个物理教师对物理学现代进展的各个前沿领域,有一概括、清晰的了解.物理教师应树立全新的教育理念,物理教学理应走在创新教育的前列,应该去抢占创新教育的先机和制高点.我们不能仅仅停留在“传道,授业,解惑”这一层面上,更要善于“启疑”,追踪物理学的现代前沿领域,努力提高自身的学术水平,才能对现代物理学知识理解得更深刻,才有可能深入浅出、简明生动地向学生阐述深奥的物理学理论.“低碳”时代的来临,每个人如何为“低碳”作出自己应有的贡献,有利于激发学生的求知欲,创造欲,只有这样,才可能改变目前中等学校普遍存在着物理学“难教难学”的状态,才能使更多的学生爱学物理,学好物理.物理教师要成为21世纪的合格教师,就要追踪物理学的现代进展的前沿,教学中通过展示物理学发展的历程,让学生学习一些科学方法和科学家的探索精神,关心科技发展的动态,关注技术应用带来的社会进步和问题,树立正确的科学观.

2 联系生活实际,激发学习物理兴趣

从生活走向物理,从物理走向社会,只有让学生体会到物理知识的作用,才能激发学生的好奇心和求知欲.低碳经济是以能源高效利用和清洁能源开发为基础,以低能耗、低污染、低排放为基本特征的经济发展模式.发展低碳经济与我国坚持节约资源、保护环境的基本国策,建设资源节约型、环境友好型社会,走新型工业化道路是一致的.在能量守恒的教学中,有学生问既然能量是守恒的,为什么还会出现能源危机呢?我们说能量是守恒的,但由于能量的转化和转移是有方向的,能源却不是取之不尽、用之不竭的,化石能源等是不可再生的能源,现在开采得越多,留给子孙后代的就越少.为了人类的未来,我们必须要节约能源.

在物理教学中要让学生关心科学技术的新进展和新思想,伴随着“低碳”的流行出现的一系列新概念本质都是以降低能源损耗来改善大家的生活环境.而“低碳”这个活动的最主要进行者,则是我们每个公民.比如少使用塑料袋,多用环保材料减少垃圾的产生等等.物理学的发展,使家用电器日新月异,对能源依赖最大的空调和冰箱也是“低碳经济”的最大焦点,技术创新中绿色空调的各种节能技术被大家所注目,首先是可以应用“直流无刷电机”、“PAM脉冲调幅控制”等尖端技术,有效避免了频繁的启动和关闭压缩机,节省了50%能耗.其次是Smart saver智能节电模式.还有能通过顶部摄像头来识别人数,从而调节出风量的多少等等,真正达到了低碳的目的.

到2050年,世界国内生产总值增长大约将达到目前的4-5倍,而CO2排放却需减少50%左右,如果同时实现上述两个目标,则需要全球国内生产总值的碳强度下降80% -90%.与发达国家相比,当前我国国内生产总值的碳强度仍然较高,2005年我国国内生产总值的碳强度仍约为发达国家平均水平的5倍,我国能源转换和利用技术效率较低,我国能源消费品种构成的高排放特征突出.

3 关注“低碳”与新能源,创新物理教学模式

新能源是近年来能源科学研究的热点之一,从物理学角度上看有核能、太阳能、地热能和风能等.

3.1 原子核反应与原子能发电

为了取用原子能,把铀和其他材料按一定的设计方式装置在一起,以发生链式反应,这种装置称为原子反应堆,根据所采用减速剂、冷却剂和燃料的不同形式和种类,反应堆分为重水堆,轻水堆(压水堆和沸水堆),高温气冷堆和快中子增值堆.由反应堆芯出来的重水将铀核裂变时释放的热量带出,在热交换器里把热量传递给外部回路层的水,使水变成蒸汽推动汽轮机发电,这就是原子能发电的原理.为提高核能利用率,我国已在原子能科学研究院投入26亿元,建成核能发展的第4代堆型——快中子堆试验电站,年发电2.5×105kW.作为新能源的一个重要方向,2020年我国核电将达4×107kW,比重提高到4%～5%.目前,我国新开工建设核电站8个,核准规模3.14×107kW,成为世界在建核电规模最大的国家.

3.2 太阳能发电

太阳能发电是一种高效无污染发电新技术.简单地说,太阳能发电是利用阳光和镜面发电.只要精确地计算一年中每一天每一刻太阳相对于各定日镜的不同位置,以及定日镜将光束反射到发电塔顶所需要的精确角度就可以精确设计各定日镜的排放位置.这样,定日镜就会按计算的要求将阳光聚集于发电塔的发电柱之上,将发电柱加热到很高的温度.如果将日照时多余的热能积聚起来,储存于蓄热器中,还可以实现持续发电.我国对此也很重视,比如中国馆等世博场馆就运用太阳能光伏项目,而上海虹桥交通枢纽京沪高铁车站上6.5×106W的光伏发电项目,则是目前亚洲最大的建筑一体化光伏项目之一.

3.3 地热能发电

地热能是指地球内部可释放出来的热量,一般认为它的来源主要是地球深处的压力和地球内部放射性元素衰变产生的热量.据估计,地热量总量大约有3.2×1010kW,仅地下热水和地热蒸汽的能量,就相当于地球上煤炭总储藏量的1.7倍,开发地热能的条件:一是钻井;二是要传热流体.目前,多数地热电站采用纯蒸汽和热水作为动力,它的工作原理:用管道将蒸汽从地下引出,经过分离器去掉杂质后通过汽轮机发电.这种蒸汽地热电站设备简单,成本低,并且发电效率高.地下热水发电则通过减压法使水变为蒸汽,然后驱动汽轮发电机工作,或用热水加热低沸点异丁烷类工作物质,利用这类工作物质带动汽轮机发电.我国上海不仅在世博场馆的规划中体现低碳理念,还在建设中体现了节能理念,世博不少场馆的空调就大量使用江水源和地热源.

3.4 风能发电

风能是空气流动的动能,它是一个巨大的能源,约相当于目前全世界耗能总量的两倍多,从本质上讲,风能应该是太阳能的一种转换形式,也可以说是一种热能形式.然而,从一般意义上讲,风能的利用是应用其动能转换成电能或其他形式的机械能的一种能量转换形式.随着科学技术的进步,特别是空气动力和航空领域的研究成果,为合理利用风能开创了新局面.根据不同的运动形式,风机分为振动式、平动式、固定式和旋转式四大类.振动式风机是利用风能引起的振动,将风能转换成振动动能的机械.船帆是一种平动式风力机械,它将风能转换成驱动帆船前进的动力.平动式风机又可以驱动风力发电机,它的工作原理是利用风力推动圆柱形的转体,转体再驱动发电机发电.固定式风机的一种典型装置是旋风型风能发电装置,它具有一个固定的旋风发生塔,塔体上设有迎风百叶窗,风进入塔体内形成强大的人造龙卷风,气压差形成推动涡轮叶的转动力矩,从而实现风力发电,这是一种可再生的清洁能源.

3.5 海洋能发电

海洋面积占地球表面积的71%,它也是一个巨大的能源,海洋能具体包括潮汐能、波浪能、海水偏差能和海流能.海水潮汐运动是地球与月球、太阳之间由于相对位置不同导致有引力不同而引起的海水周期性的涨落现象,海水在潮汐运动中所包含的大量动能和位能,称为潮汐能,潮汐发电的优点是无污染、低成本、功率比较稳定.海水温差能属于热能,因此也称海洋热能,海洋表面与海洋深处的温差可达15℃-20℃,利用这个温差,可以建造发电站.海水的运动,形成海流,也叫洋流,海流所具有的能量叫海流能,研究表明,利用海流可以发电.海浪具有很大的功能,它是一个巨大的能源,近年来,世界各国的技术工作者提出了许多关于波浪发电方案,波浪能的开发利用,目前还处在试验阶段.

3.6 新能源开发的同时注重能源的利用率

解决能源问题的主要途径是提高能源的利用率、节约能源、开发新能源.在热能章节的教学中介绍提高能源的利用率,举例说明生活中一般情况下能源的利用率是很低的,要提高能源的利用率主要靠科技进步,改进应用能源的技术,通常可以采用以下措施:让燃料充分燃烧;采用保温隔热措施,减小热量的损失;充分利用余热和减少有害摩擦;减少能量转化的中间环节等等.

在物理教学中要不懈努力和积极探索,紧扣时代的发展,紧跟时代的前沿,转变教育观念,以新的视角认识学生,以新的理念引导学生,以新的方法指导学生,充分开发学生的潜能,培养他们的科学探究精神和探索创造能力.

2010-07-06)

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