Giáo án Bài 16. Vòng năng lượng trên Trái Đất. Năng lượng hóa thạch

Gợi nhớ kiến thức đã biết về các nguồn năng lượng và dẫn dắt HS vào nội dung bài, xác định nhiệm vụ học tập là tìm hiểu chuỗi chuyển hóa năng lượng từ Mặt Trời đến điện năng.

GV đặt câu hỏi: “Đèn lớp học và quạt điện đang hoạt động nhờ năng lượng có nguồn gốc từ đâu?” và “Khi nhà máy nhiệt điện đốt than, năng lượng đi qua những dạng nào?”. HS suy nghĩ cá nhân trong 1 phút, sau đó trao đổi nhanh với bạn cùng bàn.

Các ý kiến dự kiến của HS: điện đến từ nhà máy; nhà máy dùng than hoặc nước, gió, Mặt Trời; năng lượng chuyển từ dạng hóa năng sang nhiệt rồi sang điện năng. Sau hoạt động, HS xác định được nhiệm vụ: làm rõ nguồn gốc năng lượng và cách năng lượng chuyển hóa, phân tán trong chuỗi từ ánh sáng đến điện năng.

Nêu được năng lượng Mặt Trời là nguồn lớn thúc đẩy quang hợp, vòng nước và nhiều chuyển động khí quyển; mô tả được cách năng lượng này được tích trữ thành hóa năng trong sinh vật.

HS quan sát mô phỏng 3D “Mặt Trời” và “Rừng đầm lầy cổ quang hợp” trên trang bài học NeoEdu, sau đó đọc mục Kiến thức và mối liên hệ trong sách. Nhiệm vụ nhóm: hoàn thành Phiếu học tập số 1 (phần A) để nêu các tác động của năng lượng Mặt Trời và ước lượng phần năng lượng cây quang hợp tích được.

Kết quả trên Phiếu học tập số 1 (phần A):

• Năng lượng Mặt Trời thúc đẩy quang hợp của cây xanh, chuyển ánh sáng thành hóa năng trong sinh khối cây.
• Năng lượng Mặt Trời thúc đẩy vòng nước (bốc hơi, mưa) và nhiều chuyển động khí quyển (gió, dòng không khí).
• Cây quang hợp tích khoảng 1% ánh sáng thành hóa năng.
  Kiến thức HS rút ra: Năng lượng Mặt Trời là nguồn lớn, là khởi đầu của phần lớn các dạng năng lượng trên Trái Đất.

Nêu được nhiên liệu hóa thạch là năng lượng tích trữ từ lịch sử sinh vật qua thời gian địa chất; giải thích được vì sao nhiên liệu hóa thạch là tài nguyên hữu hạn.

HS quan sát mô phỏng “Khối đá cắt mở với vỉa than” trên NeoEdu, ghi lại thời gian xác cây bị vùi lấp và quá trình hình thành vỉa than. Nhiệm vụ nhóm: hoàn thành Phiếu học tập số 1 (phần B) và trả lời câu hỏi: “Vì sao than không thể tạo ra nhanh như cây được trồng?”

Kết quả trên Phiếu học tập số 1 (phần B):

• Xác cây cổ bị vùi lấp khoảng 300 triệu năm thành vỉa than.
• Năng lượng hóa học của cây được tích trữ trong than qua thời gian địa chất.
• Than là tài nguyên hữu hạn vì quá trình hình thành cần điều kiện và thời gian rất dài.
  Kiến thức HS rút ra: Nhiên liệu hóa thạch tích trữ năng lượng từ lịch sử sinh vật qua thời gian địa chất.

Giải thích được dòng năng lượng là sự truyền và chuyển hóa năng lượng, trong đó một phần phân tán thành nhiệt; phân biệt được năng lượng đổi dạng, phân tán với việc năng lượng bị mất.

HS quan sát mô phỏng “Lò hơi và ống khói” trên NeoEdu và đồ thị phân bố năng lượng (40% có ích, 60% phân tán thành nhiệt). Nhiệm vụ nhóm: hoàn thành Phiếu học tập số 2 (điền chuỗi chuyển hóa và tỉ lệ năng lượng) và trả lời câu hỏi “Đốt than xong năng lượng có biến mất không?”

Kết quả trên Phiếu học tập số 2:

• Chuỗi chuyển hóa: hóa năng của than → nhiệt của hơi nước → cơ năng của tua-bin → điện năng.
• Năng lượng có ích: 40%; năng lượng phân tán thành nhiệt: 60%.
• Trả lời: Năng lượng không biến mất; chỉ đổi dạng và phân tán, thường thành nhiệt.
  Kiến thức HS rút ra: Dòng năng lượng là sự truyền và chuyển hóa năng lượng, một phần phân tán nhiệt. Năng lượng có ích giảm không có nghĩa tổng năng lượng bị mất.

Vận dụng được ba khái niệm đã học để ghép đúng đặc điểm; nhận biết và sửa được quan niệm sai về năng lượng khi đốt than.

Nhiệm vụ 1 (cá nhân, 3 phút): Ghép khái niệm với đặc điểm tương ứng (thẻ ghép). Nhiệm vụ 2 (cặp đôi, 4 phút): Chọn đáp án đúng cho câu 1, câu 2 và xét nhận định “Đốt than xong năng lượng biến mất hoàn toàn khỏi Trái Đất”. Nhiệm vụ 3 (GV tổng kết, 2 phút): HS trả lời câu hỏi về thuật ngữ “truyền và chuyển hóa, một phần phân tán nhiệt”.

Đáp án:

• Câu 1: B. Năng lượng Mặt Trời là nguồn lớn thúc đẩy quang hợp, vòng nước và nhiều chuyển động khí quyển.
• Câu 2: C. Nhiên liệu hóa thạch tích trữ năng lượng từ lịch sử sinh vật qua thời gian địa chất.
• Ghép: Năng lượng Mặt Trời – nguồn lớn thúc đẩy quang hợp, vòng nước và nhiều chuyển động khí quyển; Nhiên liệu hóa thạch – tích trữ năng lượng từ lịch sử sinh vật qua thời gian địa chất; Dòng năng lượng – truyền và chuyển hóa, một phần phân tán nhiệt.
• Nhận định “Đốt than xong năng lượng biến mất hoàn toàn khỏi Trái Đất”: Sai. Năng lượng đổi dạng và phân tán, thường thành nhiệt; tài nguyên hữu hạn và năng lượng có ích giảm không có nghĩa tổng năng lượng mất.
• Thuật ngữ “truyền và chuyển hóa, một phần phân tán nhiệt” mô tả: Dòng năng lượng.

Mô tả được chuỗi từ ánh sáng Mặt Trời đến điện năng khi đốt than ở mức khái quát, kèm hao phí; giải thích được vì sao trồng cây không làm lượng than vừa đốt được phục hồi ngay.

Nhiệm vụ cá nhân (có thể giao về nhà): Viết đoạn văn ngắn (5 đến 7 câu) mô tả chuỗi: Ánh sáng → hóa năng sinh vật cổ → hóa năng nhiên liệu qua quá trình địa chất → nhiệt → cơ năng → điện năng, kèm hao phí. Trả lời câu hỏi: “Vì sao trồng cây không làm lượng than vừa đốt được phục hồi ngay?” Có thể đề xuất một việc làm tiết kiệm năng lượng trong gia đình.

Đoạn văn mẫu đạt yêu cầu: Năng lượng từ ánh sáng Mặt Trời được cây cổ quang hợp và tích trữ dưới dạng hóa năng. Khi xác cây bị vùi lấp hàng trăm triệu năm, hóa năng được giữ trong than. Khi đốt than, hóa năng chuyển thành nhiệt, làm nước thành hơi, hơi quay tua-bin tạo cơ năng, máy phát tạo điện năng. Một phần năng lượng bị phân tán thành nhiệt trong quá trình này. Trồng cây hôm nay không làm lượng than vừa đốt phục hồi ngay vì than cần điều kiện và thời gian địa chất rất dài; cây mới chỉ tích lũy carbon, chưa bù được trữ lượng nhiên liệu và mọi phát thải.
Tiêu chí chấm: 40% nêu đúng dữ kiện và quan hệ khoa học; 40% suy luận đúng chuỗi chuyển hóa; 20% kết luận và điều kiện hoặc hạn chế.