Theo Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả số 50/2010/QH12 của Quốc hội “ Năng lượng bao gồm nhiên liệu, điện năng, nhiệt năng thu được trực tiếp hoặc thông qua chế biến từ các n
Trang 1SỞ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO THANH HOÁ
TRƯỜNG THPT LAM KINH
SÁNG KIẾN KINH NGHIỆM
MỘT SỐ KINH NGHIỆM TÍCH HỢP SỬ DỤNG NĂNG LƯỢNG TIẾT KIỆM, HIỆU QUẢ VÀ BẢO VỆ MÔI TRƯỜNG TRONG CHƯƠNG ‘‘CÁC ĐỊNH LUẬT BẢO TOÀN ’’
VẬT LÝ 10 CƠ BẢN
Người thực hiện: Hà Kim Quy Chức vụ: Giáo viên
Đơn vị công tác: Trường THPT Lam Kinh SKKN thuộc lĩnh vực (môn): Vật lý
THANH HÓA NĂM 2020
Trang 21 Mở đầu 1.1 Lí do chọn đề tài.
Theo Luật sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả số 50/2010/QH12 của
Quốc hội “ Năng lượng bao gồm nhiên liệu, điện năng, nhiệt năng thu được trực
tiếp hoặc thông qua chế biến từ các nguồn tài nguyên năng lượng không tái tạo
và tái tạo ”[4] Trong luật này quy định “ quyền, nghĩa vụ, trách nhiệm của tổ chức, hộ gia đình, cá nhân trong sử dụng năng lượng tiết kiệm hiệu quả”[4] Hiện nay năng lượng đang là vấn đề mang tính cấp thiết không chỉ ở nước ta mà còn mang tính toàn cầu Việc sử dụng năng lượng không tái tạo dẫn đến nguồn tài nguyên ngày càng cạn kiệt kéo theo vấn nạn ô nhiễm môi trường Chính vì vậy việc chuyển dần từ việc sử dụng năng lượng nhiệt, năng lượng điện sang sử dụng các dạng năng lượng sạch, tái tạo như năng lượng gió, năng lượng Mặt Trời đang là vấn đề cần được cả xã hội quan tâm
Vật lý là bộ môn gắn liền với các sự vật, hiện tượng xung quanh chúng ta Chính vì vậy việc giảng dạy trong nhà trường không những giúp các em có một kiến thức cơ bản mà còn biết vận dụng những kiến thức đó vào thực tiễn Là giáo viên giảng dạy Vật lý tôi thấy cần phải nâng cao sự hiểu biết và ý thức trách nhiệm trong việc sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm, hiệu quả và bảo
vệ môi trường Do đó, tôi đã mạnh dạn chọn đề tài: Một số kinh nghiệm tích hợp sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả và bảo vệ môi trường trong chương “ Các định luật bảo toàn” Vật lý 10 chương trình cơ bản để trao đổi
cùng đồng nghiệp
1.2 Mục đích nghiên cứu.
Nghiên cứu để đúc rút những sáng kiến, phương pháp mới trong việc giáo dục ý thức sử dụng năng lượng một cách tiết kiệm, có hiệu quả đồng thời bảo vệ môi trường Cũng như đổi mới phương pháp giảng dạy, hướng dẫn học sinh tìm
hiểu về các dạng năng lượng nhằm tăng tính hấp dẫn cho bài học và đáp ứng
mục tiêu bài học, biến mỗi học sinh thành một tuyên truyền viên tích cực trong bảo vệ môi trường
1.3 Đối tượng nghiên cứu.
Đối tượng nghiên cứu đưa các kiến thức về sử dụng năng lượng lồng ghép vào một số bài giảng của chương “ Các định luật bảo toàn ” chương trình vật lý
10 THPT [1] mà học sinh có thể tiếp thu một cách có hiệu quả nhất và có thể vận dụng được trong cuộc sống
1.4 Phương pháp nghiên cứu.
- Phương pháp tự nghiên cứu xây dựng cơ sở lí thuyết: Tôi chủ động tìm hiểu các tài liệu về nội dung sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả để đúc rút kinh nghiệm cho đề tài này
- Phương pháp điều tra, khảo sát thực tế, thu thập thông tin: Để có cơ sở cho việc áp dụng phương pháp và kinh nghiệm này, tôi đã tổ chức điều tra, khảo sát, thu thập thông tin về thực tế dạy học liên quan đến đề tài của mình ở các lớp
10 trường THPT Lam Kinh và một số lớp 10 trường THPT khác gần nhà trường
- Phương pháp thống kê, xử lí số liệu: Qua việc khảo sát, thu thập thông tin, tôi đã tiến hành xử lí số liệu, thống kê đối chiếu kết quả trước và sau khi áp
Trang 3dụng đề tài để rút kinh nghiệm và khẳng định tính thực tiễn và hiệu quả của đề tài
1.5 Phạm vi nghiên cứu
- Vấn đề sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả
- Chương “ Các định luật bảo toàn ” chương trình vật lý 10THPT
2 Nội dung 2.1 Cơ sở lí luận.
Trong Vật lí năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của vật, là số đo liên quan đến chuyển động vật chất, gồm cả hạt cơ bản và từ trường Trong lí thuyết tương đối của Albert Einstein giữa năng lượng và khối lượng của vật có sự liên hệ [5]
Năng lượng được chia thành các loại: động năng, thế năng, nhiệt năng, điện năng Cụ thể trong công nghiệp thì năng lượng được phân chia thành các dang sau: nhiệt điên, thủy điện, năng lương hạt nhân và năng lượng tái tạo bao gồm: năng lượng Mặt Trời, gió, thủy triều, địa nhiệt
Trong chương trình vật lí 10 THPT chỉ nhắc tới các dạng năng lượng là động năng, thế năng và cơ năng
- Động năng : Động năng là dạng năng lượng mà vật có được do nó đang
chuyển động
W đ = 21 mv 2
Trong đó: m : Khối lượng vật (kg) v: vận tốc ( m/s) Wđ : Động năng (J) [1]
- Thế năng trọng trường : Thế năng trọng trường của một vật là dạng năng
lượng tương tác giữa Trái Đất và vật ; nó phụ thuộc vào vị trí của vật trong trọng trường
W t = mgz
m : khối lượng của vật (kg); g : gia tốc trọng trường (m/s2)
z : Độ cao của vật so với gốc thế năng (m) [1]
- Thế năng đàn hồi : Thế năng đàn hồi là dạng năng lượng của một vật chịu
tác dụng của lực đàn hồi
Wt = 12 k(Dl)2
k : Độ cứng vật đàn hồi (N/m); Dl: Độ biến dạng (m)
Wt : Thế năng đàn hồi (J) [1]
- Cơ năng = động năng + thế năng
2.2 Thực trạng vấn đề trước khi áp dụng sáng kiến kinh nghiệm
Về cơ bản, năng lượng được hiểu là khả năng làm biến đổi về trạng thái hoặc thực hiện công, tác dụng lên hệ vật chất Tất cả mọi hoạt động xung quanh chúng ta có thể diễn ra là nhờ năng lượng, mỗi đối tượng lại sử dụng một loại khác nhau.[5]
Năng lượng là vấn đề không chỉ có tính cấp thiết đối với mỗi Quốc gia mà còn là vấn đề quan tâm của toàn thế giới Vậy tại sao năng lượng lại quan trọng vậy? Tổng số năng lượng trong vũ trụ là có hạn, chúng ta không thể tạo ra hay tiêu hủy năng lượng mà chỉ có thể chuyển đổi hay biến đổi nó
Trang 4Thực tế tại nhà trường và các nhà trường khác trong việc dạy học về năng lượng vẫn nặng về truyền thụ lí thuyết theo một chiều chưa có tính vận dụng nên không gây hứng thú và hấp dẫn cho học sinh Bài giảng của một số giáo viên chỉ
ở mức độ cung cấp lí thuyết, công thức và áp dụng giải bài tập chứ ít người dừng lại để lồng ghép và giáo dục ý thức sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả đồng thời bảo vệ môi trường, trong khi năng lượng là vấn đề cấp thiết quốc gia
Việc giáo dục tiết kiệm năng lượng trong trường học cũng là bài học nên dạy cho các em càng sớm càng tốt nhằm tạo thói quen ngay từ khi còn nhỏ Học sinh lớn lên có những hiểu biết và nhận thức tốt hơn về tiết kiệm năng lượng cùng với đó là bảo vệ môi trường
Từ thực trạng này, tôi đã nghiên cứu, kết hợp phương pháp, sử dụng
phương tiện phù hợp để phát huy hiệu quả bài dạy về năng lượng và hướng tới
giáo dục ý thức sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả và bảo vệ môi trường cho học sinh Do vậy, tôi mạnh dạn trao đổi cùng đồng nghiệp kinh nghiệm:
Một số kinh nghiệm tích hợp sử dụng năng lượng tiết kiệm, hiệu quả và bảo
vệ môi trường trong chương “ Các định luật bảo toàn” Vật lý 10 chương trình cơ bản
2.3 Các giải pháp
Giáo viên thu thập tư liệu, thông tin liên quan đến năng lượng, sử dụng năng lượng như thế nào để tiết kiệm, hiệu quả mà vẫn bảo vệ môi trường Sau đó chia thành các nhóm kiến thức để lồng ghép vào mỗi bài của chương cho phù hợp Giao nhiệm vụ làm bài tìm hiểu, sưu tầm tranh ảnh về vấn đề này Có thể làm theo hình thức cá nhân hoặc theo nhóm để kích thích hứng thú học tập cho học sinh, giúp học sinh vận dụng các kiến thức đã học đề giải quyết các tình huống thực tiễn, từ đó phát triển nhân cách, tư duy cho học sinh, nâng cao kĩ năng sống Đồng thời biến mỗi em là một tuyên truyền viên tích cực trong cộng đồng
Khi thiết kế giáo án những nội dung được tích hợp trong từng bài của chương như sau:
2.3.1.Kiến thức có thể tích hợp vào “Bài 25 Động năng” :
Trong giáo án PHẦN III HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC gồm có
Hoạt động 1: Giới thiệu về các dạng năng lượng nói chung và động năng
nói riêng
Hoạt động 2: Tìm hiểu về động năng.
Hoạt động 3: Tìm hiểu công thức tính động năng.
Hoạt động 4: Tìm hiểu mối liên hệ giữa công của lực tác dụng và độ biến
thiên động năng
Hoạt động 5: Củng cố , giao nhiệm vụ về nhà.
Hoạt động lựa chọn để tích hợp là Hoạt động 1:
Để gây hứng thú cho học sinh trước khi bắt đầu vào bài học tôi đưa ra một bức tranh tổng thể về năng lượng:
- Năng lượng là gì?
- Các dạng năng lượng
- Cách sử dụng năng lượng tiết kiệm và hiệu quả Bảo vệ môi trường
Trang 5Qua đó làm các em nảy sinh nhu cầu tìm hiểu các kiến thức về năng lượng Năng lượng là đại lượng đặc trưng cho khả năng sinh công của vật Nguồn năng lượng đóng vai trò giúp vận hành các loại máy móc, thiết bị, sử dụng cho
hệ thống chiếu sáng, sản xuất, phân phối hàng hóa [5]
Các loại năng lượng trong công nghiệp:
- Năng lượng từ than đá
Trong lịch sử, than đá được sử dụng để tạo ra năng lượng từ rất sớm Từ cuối thế kỉ 19, việc sử dụng than đá cho các ngành công nghiệp đã khá phổ biến Tuy nhiên, than đá là loại năng lượng hóa thạch có tốc độ phục hồi chậm, việc khai thác và sử dụng than đá đã suy giảm nhanh chóng, giá thành bị đẩy lên cao đồng thời gây ô nhiễm cho môi trường.[5] Chính vì vậy, phần lớn các loại máy móc đã hướng đến sử dụng các loại năng lượng tái tạo, bảo vệ môi trường và chi phí thấp hơn
Hình 1- Than đá ở mỏ than Quảng Ninh ( Nguồn: Internet )
- Năng lượng từ dầu mỏ, khí đốt
Dầu mỏ cũng như than đá là nguồn nguyên liệu gần như không thể phục hồi, trữ lượng dự trữ cũng có dấu hiệu suy giảm Dầu mỏ và khí đốt đóng góp không nhỏ cho sự phát triển của nhiều ngành nghề Tính đến thời điểm hiện tại, dầu
mỏ, khí đốt vẫn giữ vai trò quan trọng trong cuộc sống và hoạt động sản xuất trên thế giới.[5]
Hình 2- Khai thác dầu khí ở mỏ Bạch Hổ ( Nguồn: Internet )
Trang 6- Năng lượng thủy điện
Thủy điện là một trong những nguồn năng lượng được sử dụng phổ biến nhất hiện nay Trên thế giới, thủy điện cũng là một trong những loại được ưa chuộng chiếm tỷ trọng 22% tổng năng lượng sử dụng trên thế giới Thủy điện được tạo ra bởi thế năng của dòng nước làm chạy các tuabin máy phát điện, do
đó, việc xây dựng các nhà máy thủy điện bị ảnh hưởng nhiều bởi yếu tố môi trường, địa lí So với nguồn nguyên liệu hóa thạch, thủy điện giúp tiết kiệm đáng
kể chi phí nhiên liệu, nhân công và cũng ít tạo nên tác động tiêu cực đến môi trường[5]
Hình 3- Đập thủy điện ở nhà máy thủy điện Hòa Bình ( Nguồn: Internet )
- Năng lượng hạt nhân
Nguồn năng lượng lượng hạt nhân đem lại hiệu suất cao, tạo nên nguồn điện độc lập, ít phụ thuộc vào vị trí địa lí hay các điều kiện từ tự nhiên Năng suất và khả năng cung ứng của năng lượng hạt nhân đều phù hợp cho việc ứng dụng vào các ngành công nghiệp, bao gồm cả những ngành có nhu cầu về điện, tiêu thụ năng lượng rất lớn Tuy nhiên, năng lượng hạt nhân yêu cầu trình độ kĩ thuật cao, cộng với khả năng rủi ro lớn trong trường hợp gặp phải sự cố Do đó,
ở nhiều nơi việc sử dụng năng lượng hạt nhân không được khuyến khích, thậm chí còn bị hạn chế bởi vô số các rào cản[5]
Nhà máy điện hạt nhân Ninh Thuận là tên gọi chung của chuỗi hai nhà máy điện hạt nhân I và II được lập dự án xây dựng cho đến năm 2016 tại tỉnh Ninh Thuận, Việt Nam với tổng công suất trên 4.000 MW Theo quy hoạch phát triển điện lực Quốc gia, nhà máy điện hạt nhân I và II sẽ được khởi công vào năm 2020 chậm hơn 6 năm dự kiến Sau thảm họa phóng xạ tại nhà máy điện hạt nhân Fukushima năm 2011 tại Nhật Bản do động đất và sóng thần, dự
án sau đó phải lùi địa điểm đã chọn vào đất liền sâu hơn, công trình được nâng lên để bảo đảm an toàn Ngày 22/11/2016, Chủ nhiệm Văn phòng Chính phủ Mai Tiến Dũng cho hay, Quốc hội đã biểu quyết dừng thực hiện dự án xây dựng nhà máy điện hạt nhân tại tỉnh Ninh Thuận Ông cũng cho biết thêm: “Việc dừng dự án không phải vì lý do công nghệ mà là do điều kiện kinh tế nước ta hiện nay” [9]
Trang 7Hình 4 – Nhà máy điện hạt nhân Kashiwazaki Kariwa ( Nguồn: Internet )
- Năng lượng Mặt Trời
Được sử dụng ở dưới cả hai dạng phổ biến là điện và nhiệt Nguồn năng lượng này được dùng với nhiều công dụng khác nhau trong sinh hoạt như đun nấu, thắp sáng và trong công nghiệp như sấy nông sản, sản xuất pin quang điện, cung cấp điện cho các loại máy móc [5]
Đây là nguồn năng lượng sạch, gần như vô hạn nên hiện nay trên thế giới khuyến khích chuyển đổi dần từ việc sử dụng năng lượng hóa thạch sang sử dụng các loại năng lượng này
Hình 5- Các tấm pin năng lượng Mặt Trời ( Nguồn: Internet )
- Năng lượng gió
Được tạo nên từ động năng do những luồng không khí chuyển động trong khí quyển Vì gió thổi đều đặn nên đây có thể xem là nguồn cung cấp năng lượng liên tục cho các tua bin dùng cho việc vận hành một số loại máy móc thiết bị hay
Trang 8sản xuất điện Nguồn năng lượng này hiện đang được sử dụng nhiều trong công nghiệp ở các nước Châu Âu, Mỹ và Ấn Độ.[5]
Hình 6- Cánh đồng điện gió ở Bạc Liêu ( Nguồn : Internet )
- Năng lượng địa nhiệt
Đây là loại năng lượng lấy từ tâm Trái Đất, được khai thác và sử dụng dưới
cả hai dạng điện và nhiệt Việc khai thác và sử dụng loại năng lượng này đang được khuyến khích và nhân rộng Ở Việt Nam cũng có nhà máy nhiệt điện đầu tiên nhưng nhìn chung loại năng lượng này vẫn chưa được biết đến và chú trọng Hoạt động tích hợp thứ hai: Sóng thần hay lũ quét có sức tàn phá ghê gớm là do nó có năng lượng được dự trữ dưới dạng động năng Ở nước ta lũ quét thường xảy ra ở những lưu vực sông, suối miền núi có địa hình chia cắt mạnh, độ dốc lớn, mất lớp phủ thực vật, bề mặt dễ bị bóc mòn khi có mưa lớn
đổ xuống
Hình 7 - Lũ quét xảy ra ở Lai Châu ( Nguồn: Internet )
Trang 9Hình 8- Sóng thần ở Indonesia ( Nguồn: Internet )
Ngoài ra, động năng có thể biến đổi thành các dạng năng lượng khác và ngược lại Ví dụ, động năng có thể biến đổi thành điện năng bởi các máy phát điện hoặc thành nhiệt năng bởi phanh thắng trên ô tô Ngược lại, điện năng có thể biến đổi thành động năng bởi các động cơ điện, nhiệt năng có thể biến đổi thành động năng bởi tuabin hơi, và hóa năng có thể biến đổi thành động năng bởi động cơ đốt trong.[8]
Học sinh thảo luận cho câu hỏi: Học sinh và gia đình phải làm gì để sử dụng năng lượng điện tiết kiệm, hiệu quả đồng thời bảo vệ môi trường?
Giáo viên tóm tắt và nêu kết luận:
- Khi sử dụng điều hòa phải đóng kín cửa để ngăn không khí thoát ra ngoài nhằm giảm chi phí điện năng
- Vào ban ngày thì nên sử dụng lượng đèn vừa đủ, tránh dư thừa Khuyến khích sử dụng ánh sáng thiên nhiên vừa có lợi cho mắt và tiết kiệm được nhiều chi phí
- Bảo vệ môi trường cũng là cách tiết kiệm điện năng trong trường học Khuyến khích học sinh sử dụng vật liệu thân thiện với môi trường Xả rác đúng nơi quy định
Ở hoạt động 5 giáo viên yêu cầu học sinh về nhà tìm hiểu và sưu tầm tranh ảnh và trả lời câu hỏi ở tiết sau: Thế năng là gì? Thế năng có ứng dụng như thế nào trong đời sống và kỹ thuật Nội dung này sẽ được thảo luận trong bài sau
2.3.2.Kiến thức có thể tích hợp vào “Bài 26: Thế năng ”
Trong giáo án PHẦN III HOẠT ĐỘNG DẠY HỌC gồm có
Hoạt động 1: Kiểm tra bài cũ.
Hoạt động 2: Tìm hiểu về thế năng trọng trường
Hoạt động 3: Tìm hiểu về thế năng đàn hồi
Hoạt động 4: Củng cố, giao nhiệm vụ về nhà.
Trong bài này tích hợp được lồng ghép vào hoạt động 2:
Trang 10Từ lâu con người đã biết lợi dụng độ cao, địa hình vào sản xuất và sinh hoạt
- Ở miền núi con người đã biết lợi dụng sức nước để đưa nước lên cao để sinh hoạt, để làm cối giã gạo, phát điện mà không cần dùng đến các loại máy gây tiếng ồn và ô nhiễm môi trường Với các công trường hiện đại, thế năng còn được sử dụng trong các máy đóng cọc Con người còn biết lợi dụng thế năng của nước để làm quay các tua bin trong các nhà máy điện
Hình 9 - Chày giã gạo bằng sức nước ( Nguồn: Internet )
Hình 10- Các téc nước được đặt trên nóc các tòa nhà để tăng áp lực của nước
( Nguồn: Internet)
